Un team di ricercatori dell'Università della Pennsylvania ha sviluppato un modello al computer che aiuterà nella progettazione di nanovettori, strutture microscopiche utilizzate per guidare i farmaci verso i loro bersagli nel corpo. Il modello spiega meglio come le superfici di diversi tipi di celle si ondulano a causa delle fluttuazioni termiche, caratteristiche informative dei nanovettori che li aiuteranno ad aderire alle celle abbastanza a lungo da fornire i loro carichi utili.

Lo studio è stato condotto da Ravi Radhakrishnan, professore nei dipartimenti di bioingegneria e ingegneria chimica e biomolecolare della Penn's School of Engineering and Applied Science, e Ramakrishnan Natasan, un membro del suo laboratorio.

Hanno contribuito allo studio anche Richard Tourdot, un membro del laboratorio Radhakrishnan; David Eckmann, l'Horatio C. Wood Professor di anestesiologia e terapia intensiva presso la Perelman School of Medicine di Penn; Portonovo Ayyaswamy, l'Asa Whitney Professor di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata in Penn Engineering; e Vladimir Muzykantov, un professore di farmacologia in Penn Medicine.

È stato pubblicato sulla rivista Royal Society Scienza Aperta .

I nanocarrier possono essere progettati con molecole all'esterno che si legano solo ai biomarcatori presenti su un certo tipo di cellula. Questo tipo di targeting potrebbe ridurre gli effetti collaterali, come quando i farmaci chemioterapici distruggono le cellule sane invece di quelle cancerose, ma la biomeccanica di questo processo di legame è complessa.

Il lavoro precedente di alcuni ricercatori ha scoperto una relazione controintuitiva che suggeriva che l'aggiunta di più molecole mirate sulla superficie del nanocarrier non è sempre migliore.

Un nanocarrier con più di quelle molecole mirate potrebbe trovare e legarsi a molti dei corrispondenti biomarcatori contemporaneamente. Sebbene tale configurazione sia stabile, può diminuire la capacità del nanovettore di distinguere tra tessuti sani e malati. Avere meno molecole mirate rende il nanovettore più selettivo, poiché avrà più difficoltà a legarsi al tessuto sano dove i corrispondenti biomarcatori non sono sovraespressi.

Il nuovo studio del team aggiunge nuove dimensioni al modello dell'interazione tra la superficie cellulare e il nanocarrier.

"La superficie della cella stessa è come una tenda da roulotte in una giornata ventosa in un deserto, " ha detto Radhakrishnan. "Più eccesso nella stoffa, più il battito della tenda. Allo stesso modo, l'area della membrana cellulare più in eccesso sui "pali della tenda", ' il citoscheletro della cellula, maggiore è il flutter della membrana dovuto al movimento termico."

Il team di Penn ha scoperto che diversi tipi di cellule hanno quantità diverse di questa area di membrana in eccesso e che questo parametro meccanico determina il modo in cui i nanovettori possono legarsi alla cellula. Tenendo conto del fluttuare della membrana nei loro modelli al computer, oltre alla quantità di molecole bersaglio sul nanocarrier e biomarcatori sulla superficie cellulare, ha evidenziato l'importanza di questi aspetti meccanici nell'efficienza con cui i nanovettori possono fornire i loro carichi utili.

"Questi criteri di progettazione, " Radhakrishnan ha detto, "può essere utilizzato nella progettazione personalizzata di nanovettori per un dato paziente o coorte di pazienti, mostrando quindi un'importante via da seguire per la progettazione di nanocarrier personalizzati nell'era della medicina personalizzata".