Una collaborazione internazionale guidata da chimici e ingegneri dell'Università della Pennsylvania ha preparato una libreria di biomateriali sintetici che imitano le membrane cellulari e che mostrano risultati promettenti nella somministrazione mirata di farmaci antitumorali, terapia genetica, proteine, agenti di imaging e diagnostici e cosmetici in modo sicuro per il corpo nel campo emergente chiamato nanomedicina.

Lo studio appare nell'attuale numero della rivista Scienza .

La ricerca fornisce la prima descrizione della preparazione, struttura, autoassemblaggio e proprietà meccaniche di vescicole e altri nanoassemblaggi complessi selezionati realizzati con dendrimeri di Janus.

I cosiddetti dendrimeromi sono stabili, vescicole a doppio strato che si formano spontaneamente dall'esatta composizione chimica dei dendrimeri di Janus. Il team ha riportato una miriade di popolazioni di capsule a doppio strato, taglia uniforme, stabile nel tempo in una grande varietà di mezzi e temperature, che sono sintonizzabili per temperatura e chimica con proprietà meccaniche superiori ai normali liposomi e impermeabili ai composti incapsulati. Sono in grado di incorporare proteine ​​che formano pori, possono assemblarsi con fosfolipidi e copolimeri a blocchi che dirigono la struttura e offrono una periferia molecolare adatta alla funzionalizzazione chimica senza influire sul loro autoassemblaggio.

Co-autori Virgil Percec del Dipartimento di Chimica di Penn e Daniel A. Hammer del Dipartimento di Bioingegneria di Penn, insieme a Frank Bates e Timothy Lodge dell'Università del Minnesota, Michael Klein della Temple University e Kari Rissanen della Jyväskylä University, in Finlandia, hanno dendroni idrofili e idrofobici accoppiati chimicamente per creare dendrimeri di Janus anfifilici con una ricca tavolozza di morfologie tra cui cubosomi, dischi, vescicole tubolari e nastri elicoidali e ha confermato le strutture assemblate mediante microscopia elettronica a trasmissione criogenica e microscopia a fluorescenza.

"I dendrimeromi sposano la stabilità e la resistenza meccanica ottenibili dai polimeri, vescicole costituite da copolimeri a blocchi, con la funzione biologica dei liposomi fosfolipidi stabilizzati, " disse Percec, la cattedra P. Roy Vagelos e professore di chimica a Penn, "ma con superiore uniformità di grandezza, facilità di formazione e funzionalizzazione chimica."

"Questi materiali mostrano una promessa speciale perché le loro membrane hanno lo spessore delle membrane naturali a doppio strato, ma hanno proprietà dei materiali superiori e regolabili, " disse Martello, l'Alfred G. e Meta A. Ennis Professore di Bioingegneria alla Penn. "A causa del loro spessore di membrana, sarà più semplice incorporare componenti biologici nelle membrane delle vescicole, come recettori e canali”.

"Nessun'altra singola classe di molecole, compresi i copolimeri a blocchi e i lipidi, è nota per assemblarsi in acqua in una tale diversità di strutture supramolecolari, " disse Bates, il Regents Professor e Capo del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali presso l'Università del Minnesota.

Nanostrutture autoassemblanti, ottenuto da anfifili naturali e sintetici, servono sempre più come imitatori delle membrane biologiche e consentono la somministrazione mirata di farmaci, acidi nucleici, proteine, terapia genica e agenti di imaging per la medicina diagnostica. La sfida per i ricercatori è creare queste precise disposizioni molecolari che si combinano per funzionare come vettori biologici sicuri mentre trasportano il carico utile all'interno.

Gli assemblaggi di dendrimeri Janus offrono diversi vantaggi rispetto ad altre tecnologie concorrenti per il rilascio di nanoparticelle. I liposomi sono imitazioni di membrane cellulari assemblate da fosfolipidi naturali o da anfifili sintetici, compresi i polimeri. Ma, i liposomi non sono stabili, anche a temperatura ambiente, e variano ampiamente in dimensioni, richiedendo noiose stabilizzazioni e frazionamenti per tutte le applicazioni pratiche. polimeri, d'altra parte, sono stabili ma polidispersi, e la maggior parte di loro non sono biocompatibili, che richiedono un intervento scientifico per combinare le migliori proprietà di entrambi per la nanomedicina. I dendrimeromi offrono stabilità, monodispersità, sostenibilità e versatilità, e fanno avanzare in modo significativo la scienza delle nanostrutture autoassemblate per applicazioni biologiche e mediche.