I ricercatori hanno trovato un modo semplice per produrre nanoparticelle di carbonio abbastanza piccole da eludere il sistema immunitario del corpo, riflettono la luce nel vicino infrarosso per un facile rilevamento, e trasportare carichi di farmaci ai tessuti mirati.

A differenza di altri metodi per produrre nanoparticelle di carbonio - che richiedono attrezzature costose e processi di purificazione che possono richiedere giorni - il nuovo approccio genera le particelle in poche ore e utilizza solo una manciata di ingredienti, compresa la melassa acquistata in negozio.

I ricercatori, guidato dai professori di bioingegneria dell'Università dell'Illinois Dipanjan Pan e Rohit Bhargava, riportare i loro risultati sulla rivista Piccolo .

"Se hai un forno a microonde e miele o melassa, puoi praticamente fare queste particelle a casa, " disse Pan. "Basta mescolarli insieme e cuocerli per pochi minuti, e ottieni qualcosa che assomiglia a char, ma si tratta di nanoparticelle ad alta luminescenza. Questo è uno dei sistemi più semplici a cui possiamo pensare. È sicuro e altamente scalabile per un eventuale uso clinico."

Queste sfere di carbonio "di nuova generazione" hanno diverse proprietà attraenti, i ricercatori hanno scoperto. Diffondono naturalmente la luce in un modo che li rende facili da differenziare dai tessuti umani, eliminando la necessità di coloranti aggiunti o molecole fluorescenti per aiutarli a rilevarli nel corpo.

Le nanoparticelle sono rivestite con polimeri che mettono a punto le loro proprietà ottiche e il loro tasso di degradazione nel corpo. I polimeri possono essere caricati con farmaci che vengono rilasciati gradualmente.

Le nanoparticelle possono anche essere fatte abbastanza piccole, meno di otto nanometri di diametro (un capello umano è 80, da 000 a 100, 000 nanometri di spessore).

"Il nostro sistema immunitario non riconosce nulla al di sotto dei 10 nanometri, " disse Pan. "Allora, queste minuscole particelle sono un po' mimetizzate, Direi; si nascondono dal sistema immunitario umano."

Il team ha testato il potenziale terapeutico delle nanoparticelle caricandole con un farmaco anti-melanoma e mescolandole in una soluzione topica che è stata applicata sulla pelle di maiale.

Il laboratorio di Bhargava ha utilizzato tecniche spettroscopiche vibrazionali per identificare la struttura molecolare delle nanoparticelle e del loro carico.

"La spettroscopia Raman e infrarossa sono i due strumenti che si usano per vedere la struttura molecolare, " Bhargava ha detto. "Pensiamo di aver rivestito questa particella con un polimero specifico e con un carico specifico di droga - ma l'abbiamo fatto davvero? Usiamo la spettroscopia per confermare la formulazione e per visualizzare la consegna delle particelle e delle molecole del farmaco".

Il team ha scoperto che le nanoparticelle non rilasciavano il carico utile del farmaco a temperatura ambiente, ma a temperatura corporea ha cominciato a rilasciare il farmaco antitumorale. I ricercatori hanno anche determinato quali applicazioni topiche penetrano nella pelle fino alla profondità desiderata.

In ulteriori esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che potrebbero alterare l'infusione delle particelle nelle cellule di melanoma regolando i rivestimenti polimerici. L'imaging ha confermato che le cellule infuse hanno iniziato a gonfiarsi, un segno di morte cellulare imminente.

"Questa è una piattaforma versatile per trasportare una moltitudine di farmaci - per il melanoma, per altri tipi di cancro e per altre malattie, " Bhargava ha detto. "Puoi rivestirlo con polimeri diversi per dargli una risposta ottica diversa. Puoi caricarlo con due farmaci, o tre, o quattro, così puoi fare una terapia multifarmaco con le stesse particelle."

"Utilizzando una chimica superficiale definita, possiamo cambiare le proprietà di queste particelle, "Pan ha detto. "Possiamo farli brillare a una certa lunghezza d'onda e anche possiamo sintonizzarli per rilasciare i farmaci in presenza dell'ambiente cellulare. Questo è, Penso, la bellezza del lavoro».