(PhysOrg.com) -- Una delle promesse della nanomedicina è la progettazione di minuscole particelle che possono insediarsi nelle cellule malate e penetrare al loro interno. Le nanoparticelle possono trasportare farmaci nelle cellule e taggare le cellule per la risonanza magnetica e altri test diagnostici; e possono anche entrare nel nucleo di una cellula per riparare i geni danneggiati. Sfortunatamente, progettarli richiede la stessa fortuna dell'ingegneria.
"Tutto in nanomedicina in questo momento è incostante per quanto riguarda il destino biologico delle nanoparticelle, ", ha affermato la ricercatrice di bioingegneria della Rice University Jennifer West. "Non esiste una comprensione sistematica di come progettare una particella per raggiungere un determinato obiettivo in termini di dove va in una cellula o se entra anche in una cellula".
Il laboratorio di West e altri 11 nel Texas Medical Center, inclusi tre presso il BioScience Research Collaborative di Rice, sperano di cambiare la situazione, grazie a una sovvenzione Grand Opportunity (GO) di 3 milioni di dollari del National Institutes of Health. NIH ha istituito il programma di sovvenzioni GO con finanziamenti dell'American Recovery and Reinvestment Act (ARRA).
Un problema che gli scienziati devono affrontare oggi è che le nanoparticelle sono disponibili in molte forme e dimensioni e possono essere realizzate con materiali molto diversi. Alcune nanoparticelle sono sferiche. Altri sono lunghi e sottili. Alcuni sono realizzati in plastica biodegradabile e altri in oro, carbonio o metalli semiconduttori. E a volte le dimensioni, piuttosto che la forma o il materiale, sono fondamentali.
West lo dimostra usando un video sul suo computer che è stato creato dall'investigatore della Rice GO Grant Junghae Suh. Il film è stato creato scattando un'immagine con un microscopio ogni pochi secondi. Nel video, decine di particelle si muovono all'interno di una cellula. La metà delle particelle è marcata con un colorante fluorescente rosso e si muove molto lentamente. Gli altri sono verdi e sfrecciano da un posto all'altro.
"Questi sono fatti dello stesso materiale e hanno la stessa chimica, " disse Occidente, Isabel C. Cameron Professor di Rice e presidente del dipartimento di Bioingegneria. "Sono solo di dimensioni diverse. Eppure puoi vedere le profonde differenze nel modo in cui si muovono nella cellula. Quando iniziamo a esplorare ulteriormente la gamma di dimensioni e ad alterare la chimica delle particelle, pensiamo che probabilmente vedremo impatti ancora maggiori su dove vanno le cose all'interno della cellula".
Il compito di determinare se è così spetta a Suh, assistente professore in bioingegneria alla Rice. A differenza di altri studi nel campo, che si basano su istantanee di cellule morte, Il metodo di Suh consente ai ricercatori di tracciare singole particelle nelle cellule viventi. Il suo laboratorio utilizzerà il metodo nei confronti fianco a fianco delle particelle fornite dagli altri 11 laboratori dello studio.
In tutto, saranno studiate otto classi di nanoparticelle. Questi includono lunghi, sottili tubi di puro carbonio chiamati fullereni, minuscoli granelli di semiconduttori chiamati punti quantici, bacchette e sfere d'oro puro, così come i nanoshells - nanoparticelle inventate alla Rice che consistono in un nucleo di vetro ricoperto da un sottile guscio d'oro. Inoltre, Il laboratorio di Suh esaminerà particelle organiche costituite da glicole polietilenico e da chitosano.
"Utilizzeremo un metodo chiamato tracciamento di singole particelle per catturare la dinamica del movimento delle nanoparticelle nelle cellule vive, " Suh ha detto. "Utilizzando la microscopia confocale, prima creiamo filmati delle particelle mentre transitano nelle cellule. Quindi, usiamo software di elaborazione delle immagini per estrarre informazioni su quanto velocemente si muovono, da quali regioni sono attratti, ecc. Confrontando il movimento e il destino delle varie nanoparticelle progettate dai molteplici laboratori di ricerca, speriamo di identificare le correlazioni tra le proprietà fisico-chimiche di una nanoparticella e il loro comportamento intracellulare".
Al termine dei due anni di studio, il team spera di avere un database che registri la risposta attesa di particelle di una data dimensione, tipo e chimica. In definitiva, la speranza è quella di fornire ai ricercatori uno strumento che aiuti a prevedere come è probabile che si comporti una particolare particella. Quella, a sua volta, potrebbe aiutare i ricercatori ad accelerare lo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie.
"Vogliamo capire dove vanno le particelle all'interno della cellula, a quali organelli si associano, se si associano o meno a una qualsiasi delle strutture citoscheletriche e come si muovono all'interno della cellula, " Suh ha detto. "Per diverse applicazioni, vorrai che le tue particelle vadano in posti diversi. Abbiamo bisogno di sapere dove vanno e come si comportano in modo da poter progettare la particella giusta per un particolare lavoro".
"Siamo entusiasti di avere l'opportunità di unire davvero le forze per studiare questo, " Suh ha detto. "E 'proprio il tipo di problema che richiede il tipo di supporto NIH sta fornendo con il finanziamento ARRA. È un problema che richiede davvero una multidisciplinarietà, approccio interistituzionale”.
Gli altri investigatori principali del progetto includono Rebekah Drezek e Lon Wilson, entrambi di Riso; Mauro Ferrari, Paolo Decuzzi, David Gorenstein, Jim Klostergaard, Chun Li, Gabriel Lopez-Berestein e Anil Sood, tutto il Centro di Scienze della Salute dell'Università del Texas a Houston; e Wah Chiu del Baylor College of Medicine.
Il finanziamento delle sovvenzioni GO è fornito dal National Institute of General Medical Sciences del NIH. NIH ha istituito il programma di sovvenzioni GO per sostenere progetti che affrontano grandi, sforzi di ricerca specifici che potrebbero produrre una crescita a breve termine e investimenti nella ricerca e nello sviluppo biomedico, sanità pubblica e erogazione dell'assistenza sanitaria.
Fornito dalla Rice University
