Una nuova tecnologia di rivestimento sviluppata al MIT, combinato con una nuova tecnologia di produzione di nanoparticelle sviluppata presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, può offrire agli scienziati un modo per produrre rapidamente in serie nanoparticelle su misura che sono appositamente rivestite per applicazioni specifiche, compresi farmaci ed elettronica.

Utilizzando questa nuova combinazione delle due tecnologie esistenti, gli scienziati possono produrre molto piccoli, particelle uniformi con strati di materiale personalizzati che possono trasportare farmaci o altre molecole per interagire con il loro ambiente, o addirittura mirare a specifici tipi di cellule.

Creazione di lotti altamente riproducibili di prodotti progettati con precisione, le nanoparticelle rivestite è importante per la produzione sicura di farmaci e per ottenere l'approvazione normativa, dice Paula Hammond, il David H. Koch Professor in Ingegneria Chimica al MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

"Tutti sono entusiasti del potenziale della nanomedicina, e ci sono alcuni sistemi che stanno arrivando sul mercato, ma le persone sono anche preoccupate per quanto sia riproducibile ogni batch. Ciò è particolarmente importante per applicazioni come le terapie contro il cancro, "Dice Hammond. "Fortunatamente, abbiamo combinato due tecnologie che sono in prima linea nell'affrontare questi problemi e che mostrano grandi promesse per il futuro della nanoproduzione".

Hammond e Joseph De Simone, l'eminente professore di chimica del cancelliere all'UNC e il professore distinto di ingegneria chimica William R. Kenan Jr. alla North Carolina State University, sono gli autori senior di un documento che descrive la tecnologia nell'edizione online del 1 luglio di Materiale avanzato . L'autore principale del documento è Stephen Morton, uno studente laureato nel laboratorio di Hammond.

'Una piattaforma molto versatile'

Il laboratorio di Hammond aveva precedentemente sviluppato una tecnica di deposizione strato per strato per rivestire superfici di nanoparticelle con strati alternati di farmaci, RNA, proteine ​​o altre molecole di interesse. Questi rivestimenti possono anche essere progettati per proteggere le nanoparticelle dall'essere distrutte dal sistema immunitario del corpo prima di raggiungere gli obiettivi previsti.

"È una piattaforma molto versatile per incorporare terapie, "Dice Hammond.

Però, i processi di applicazione strato per strato comunemente usati oggi per rivestire le nanoparticelle richiedono troppo tempo per essere utili per una rapida, produzione su larga scala:per ogni strato, le particelle devono essere immerse in una soluzione del materiale di rivestimento, quindi centrifugato in una centrifuga per rimuovere il rivestimento in eccesso. L'applicazione di ogni strato richiede circa un'ora.

Nel nuovo studio, i ricercatori del MIT hanno utilizzato una tecnica a base di spray, che consente loro di applicare ogni strato in pochi secondi. Questa tecnologia è stata precedentemente sviluppata nel laboratorio Hammond ed è ora commercializzata da Svaya Nanotechnologies.

Hammond ha combinato questo approccio con una tecnologia di produzione di nanoparticelle nota come piattaforma PRINT (Particle Replication In Non-wetting Templates), che è stato sviluppato nel laboratorio DeSimone dell'UNC e ora viene commercializzato da Liquidia Technologies. Liquidia si concentra sull'utilizzo della piattaforma PRINT per creare nuovi prodotti sanitari basati sulla nanotecnologia, vaccini e terapie.

La piattaforma PRINT è una tecnologia di stampaggio di particelle roll-to-roll continua che consente la progettazione e la produzione di massa di particelle progettate con precisione di dimensioni controllate, forma e composizione chimica. Per creare particelle come quelle usate in questo studio, una miscela di polimeri e molecole di farmaci (o altro carico utile) viene applicata a un grande rotolo di pellicola che consiste in uno stampo di dimensioni nanometriche contenente caratteristiche della forma e delle dimensioni desiderate. La miscela riempie ogni caratteristica dello stampo e si solidifica per creare miliardi di nanoparticelle. Le particelle vengono rimosse dallo stampo utilizzando un altro rotolo di pellicola adesiva, che possono quindi essere spruzzati con strati di rivestimenti specializzati utilizzando la nuova tecnologia di Hammond e separati in singole particelle.

"L'idea era di mettere insieme questi due processi su scala industriale e creare un sofisticato, nanoparticelle splendidamente rivestite, nello stesso modo in cui i panifici glassano la tua ciambella preferita sul nastro trasportatore, "Dice Hammond.

"La combinazione di PRINT e spray strato per strato fornisce una piattaforma versatile per modificare rapidamente la chimica superficiale delle particelle, "dice Franco Caruso, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'Università di Melbourne che non faceva parte del gruppo di ricerca. "Questo approccio promette anche un'elevata produttività nello sviluppo di sistemi di consegna di particelle per applicazioni di nanomedicina".

Molteplici funzioni

Questo nuovo processo promette di produrre grandi quantità di nanoparticelle rivestite riducendo drasticamente i tempi di produzione. Consente inoltre la progettazione personalizzata di un'ampia varietà di materiali, sia nel nucleo di nanoparticelle che nel rivestimento, per applicazioni che includono l'elettronica, consegna farmaci, vaccini, guarigione delle ferite o imaging, dice Morton.

"Sia la tecnologia PRINT che quella layer-by-layer consentono l'incorporazione di molti materiali diversi che hanno proprietà uniche per realizzare sistemi con più funzioni integrate, " lui dice.

Per dimostrare la potenziale utilità di questa tecnica, i ricercatori hanno creato particelle ricoperte di acido ialuronico, che ha dimostrato di colpire le proteine, chiamati recettori CD44, che si trovano in alti livelli sulle cellule tumorali aggressive. Hanno scoperto che le cellule del cancro al seno cresciute in laboratorio inglobano particelle ricoperte con strati di acido ialuronico in modo molto più efficiente rispetto alle particelle prive di rivestimento o con rivestimenti non contenenti acido ialuronico.

Negli studi successivi, i ricercatori hanno in programma di progettare particelle contenenti farmaci antitumorali e rivestimenti antitumorali per vedere se possono ridurre efficacemente i tumori. Alcune di queste particelle possono includere combinazioni, come due diversi farmaci chemioterapici, o un farmaco combinato con molecole di RNA che prendono di mira i geni cancerosi. Queste combinazioni possono lavorare insieme in modo sinergico per disarmare e uccidere selettivamente le cellule tumorali.

Il documento è intitolato "Fabbricazione scalabile di nanomedicina costruita su ordinazione:funzionalizzazione a spruzzo assistita strato per strato di nanoparticelle di stampa".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.