Con la continua necessità di dispositivi molto piccoli in applicazioni terapeutiche, c'è una crescente domanda per lo sviluppo di nanoparticelle in grado di trasportare e fornire farmaci a cellule bersaglio nel corpo umano.

Recentemente, ricercatori hanno creato nanoparticelle che, nelle giuste condizioni, autoassemblarsi – intrappolando molecole ospiti complementari all'interno della loro struttura. Come piccoli sottomarini, questi versatili nanovettori possono navigare nell'ambiente acquoso che circonda le cellule e trasportare le loro molecole ospiti attraverso la membrana delle cellule viventi per consegnare in sequenza il loro carico.

Sebbene il trasporto di molecole all'interno delle cellule con nanoparticelle fosse stato precedentemente ottenuto utilizzando vari metodi, i ricercatori hanno sviluppato nanoparticelle in grado di rilasciare e scambiare molecole complementari. Per applicazioni pratiche, questi nanovettori sono altamente desiderabili, spiega Francisco Raymo, professore di chimica presso l'Università di Miami College of Arts and Sciences e capo ricercatore di questo progetto.

"La capacità di fornire specie distinte all'interno delle cellule in modo indipendente e costringerle a interagire, esclusivamente nell'ambiente intracellulare, può evolvere in una valida strategia per attivare i farmaci all'interno delle cellule, "dice Raimo.

I nuovi nanovettori hanno un diametro di 15 nanometri. Sono costrutti supramolecolari costituiti da elementi costitutivi chiamati polimeri anfifilici. Questi nanovettori trattengono le molecole ospiti all'interno dei confini del loro interno idrosolubile e utilizzano il loro esterno idrosolubile per viaggiare attraverso un ambiente acquoso. Di conseguenza, questi nanoveicoli sono ideali per trasferire molecole che altrimenti sarebbero insolubili in acqua, attraverso un ambiente liquido.

"Una volta dentro una cellula vivente, le particelle si mescolano e scambiano il loro carico. Questa interazione consente il trasferimento di energia tra le molecole interiorizzate, "dice Raimo, direttore del laboratorio di UM per la fotonica molecolare. "Se i donatori e gli accettori di energia complementare vengono caricati separatamente e in sequenza, il trasferimento di energia tra di loro avviene esclusivamente all'interno dello spazio intracellulare, " dice. "Mentre avviene il trasferimento di energia, gli accettori emettono un segnale fluorescente che può essere osservato con un microscopio."

Essenziali per questo meccanismo sono i legami non covalenti che tengono insieme in modo lasco i costrutti supramolecolari. Questi legami deboli esistono tra molecole con forme complementari e proprietà elettroniche. Sono responsabili della capacità delle supramolecole di assemblarsi spontaneamente in ambienti liquidi. Nelle giuste condizioni, la reversibilità di questi deboli contatti non covalenti consente ai costrutti supramolecolari di scambiare i loro componenti così come il loro carico.

Gli esperimenti sono stati condotti con colture cellulari. Non è ancora noto se le nanoparticelle possano effettivamente viaggiare attraverso il flusso sanguigno.

"Questo sarebbe il sogno, ma non abbiamo prove che possano effettivamente farlo, " dice Raymo. "Tuttavia, questa è la direzione in cui stiamo andando".

La fase successiva di questa indagine consiste nel dimostrare che questo metodo può essere utilizzato per eseguire reazioni chimiche all'interno delle cellule, invece dei trasferimenti di energia.

"La dimensione di queste nanoparticelle, il loro carattere dinamico e il fatto che le reazioni avvengono in condizioni biologiche normali (a temperatura ambiente e ambiente neutro) rende queste nanoparticelle un veicolo ideale per l'attivazione controllata di terapie, direttamente all'interno delle cellule, "dice Raimo.

L'attuale studio è intitolato "Scambio di ospiti intracellulari tra ospiti supramolecolari dinamici". È pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana .

Altri autori sono John F. Callan, co-autore corrispondente dello studio, dalla Scuola di Farmacia e Scienze Farmaceutiche dell'Università dell'Ulster; Subramani Swaminathan e Janet Cusido del Laboratorio di fotonica molecolare di UM, Dipartimento di Chimica del College of Arts and Sciences; e Colin Fowley e Bridgeen McCuaghan, Scuola di Farmacia e Scienze Farmaceutiche presso l'Università dell'Ulster.