Ricercatori dell'Università della California, Scuola di farmacia e scienze farmaceutiche di San Diego Skaggs, in collaborazione con scienziati dei materiali, ingegneri e neurobiologi, hanno scoperto un nuovo meccanismo per utilizzare la luce per attivare nanoparticelle che rilasciano farmaci e altre sostanze terapeutiche mirate all'interno del corpo.

Questa scoperta rappresenta una grande innovazione, disse Adah Almutairi, dottorato di ricerca, professore associato e direttore del Joint UC San Diego-KACST Center of Excellence in Nanomedicine. Fino ad ora, lei disse, sono state segnalate solo una manciata di strategie che utilizzano il rilascio innescato dalla luce da nanoparticelle.

Il meccanismo, descritto nel 1 aprile, Edizione online 2014 di ACS Nano , utilizza la luce del vicino infrarosso (NIR) proveniente da un laser a bassa potenza per riscaldare sacche d'acqua intrappolate all'interno di nanoparticelle polimeriche non fotosensibili infuse di farmaci. Le sacche d'acqua assorbono l'energia luminosa sotto forma di calore, che ammorbidisce il polimero incapsulante e permette al farmaco di essere rilasciato nel tessuto circostante. Il processo può essere ripetuto più volte, con un preciso controllo della quantità e della dispersione del farmaco.

"Un vantaggio chiave di questo meccanismo è che dovrebbe essere compatibile con quasi tutti i polimeri, anche quelli disponibili in commercio, " disse Mathieu Viger, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Almutairi e co-autore principale dello studio. "Abbiamo osservato l'intrappolamento dell'acqua all'interno di particelle composte da tutti i polimeri biodegradabili che abbiamo testato finora".

Il metodo, ha osservato Viger, potrebbe quindi essere facilmente adottato da molti laboratori biologici.

L'uso combinato di polimeri idrati e luce del vicino infrarosso sembra risolvere una serie di barriere tecnologiche e sanitarie che hanno ostacolato precedenti, approcci simili. Gli sforzi precedenti per utilizzare il rilascio innescato da NIR non sono stati ampiamente sfruttati perché richiedevano speciali polimeri di design, costosi laser ad alta potenza e/o il co-incapsulamento di particelle inorganiche la cui sicurezza nel corpo rimane discutibile.

Il nuovo metodo descritto da Almutairi e dai colleghi dei dipartimenti di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Neuroscienza, e Chimica e Biochimica presso l'UC San Diego utilizza NIR a una lunghezza d'onda vibrazionale innescata per eccitare le molecole d'acqua, che assorbono l'energia ottica e la convertono in calore. Il NIR è in grado di penetrare nei tessuti biologici a profondità maggiori rispetto alla luce visibile o ultravioletta.

Co-autore Wangzhong Sheng, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, ha spiegato la selettività del riscaldamento confrontando l'acqua intrappolata all'interno delle particelle con un bicchiere d'acqua e l'acqua circostante all'interno della soluzione o del tessuto con una vasca da bagno. La minore quantità di acqua viene riscaldata molto più rapidamente a causa dell'enorme differenza di volume.

Un uso ovvio del metodo, disse Almutairi, è la somministrazione di farmaci innescata dalla luce, ma con più ricerche, prevede che il nuovo metodo potrebbe fornire una varietà di applicazioni industriali, applicazioni mediche e scientifiche, compresa "qualsiasi applicazione tecnologica che richieda che la chimica sia controllata nel tempo e nello spazio, come nella catalisi o nei materiali autoriparanti o nei filtri solari attivati ​​dalla luce o nel dosaggio di pesticidi".