Ingegneri dell'Università della California, San Diego ha sviluppato una nuova tecnologia che utilizza un campo elettrico oscillante per isolare facilmente e rapidamente le nanoparticelle di rilascio di farmaci dal sangue. La tecnologia potrebbe servire come strumento generale per separare e recuperare nanoparticelle da altri fluidi complessi per uso medico, ambientale, e applicazioni industriali.

Nanoparticelle, che sono generalmente mille volte più piccoli della larghezza di un capello umano, sono difficili da separare dal plasma, la componente liquida del sangue, a causa delle loro piccole dimensioni e bassa densità. I metodi tradizionali per rimuovere le nanoparticelle dai campioni di plasma in genere comportano la diluizione del plasma, aggiungendo una soluzione zuccherina ad alta concentrazione al plasma e facendola girare in una centrifuga, o attaccando un agente mirato alla superficie delle nanoparticelle. Questi metodi alterano il normale comportamento delle nanoparticelle o non possono essere applicati ad alcuni dei tipi di nanoparticelle più comuni.

"Questo è il primo esempio di isolamento di un'ampia gamma di nanoparticelle dal plasma con una quantità minima di manipolazione, " disse Stuart Ibsen, un borsista post-dottorato presso il Dipartimento di NanoEngineering dell'UC San Diego e primo autore dello studio pubblicato a ottobre sulla rivista Piccolo . "Abbiamo progettato una tecnica molto versatile che può essere utilizzata per recuperare le nanoparticelle in molti processi diversi".

Questa nuova tecnologia di separazione delle nanoparticelle consentirà ai ricercatori, in particolare a coloro che progettano e studiano le nanoparticelle di rilascio di farmaci per le terapie delle malattie, di monitorare meglio ciò che accade alle nanoparticelle che circolano nel flusso sanguigno di un paziente. Una delle domande che i ricercatori devono affrontare è come le proteine ​​del sangue si leghino alle superfici delle nanoparticelle di somministrazione dei farmaci e le rendano meno efficaci. I ricercatori potrebbero anche utilizzare questa tecnologia in clinica per determinare se la chimica del sangue di un particolare paziente è compatibile con le superfici di alcune nanoparticelle di somministrazione di farmaci.

"Eravamo interessati a un modo semplice e veloce per estrarre queste nanoparticelle dal plasma in modo da poter scoprire cosa sta succedendo sulle loro superfici e riprogettarle per lavorare in modo più efficace nel sangue, " ha detto Michael Heller, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e autore senior dello studio.

Il dispositivo utilizzato per isolare le nanoparticelle di rilascio del farmaco era un chip elettrico delle dimensioni di una monetina prodotto dalla Biological Dynamics di La Jolla, che ha concesso in licenza la tecnologia originale da UC San Diego. Il chip contiene centinaia di minuscoli elettrodi che generano un campo elettrico rapidamente oscillante che estrae selettivamente le nanoparticelle da un campione di plasma. I ricercatori hanno inserito una goccia di plasma addizionato di nanoparticelle nel chip elettrico e hanno dimostrato il recupero delle nanoparticelle entro 7 minuti. La tecnologia ha funzionato su diversi tipi di nanoparticelle per la somministrazione di farmaci che vengono generalmente studiate in vari laboratori.

La svolta nella tecnologia si basa sulla progettazione di un chip in grado di funzionare nell'elevata concentrazione di sale del plasma sanguigno. La capacità del chip di estrarre le nanoparticelle dal plasma si basa sulle differenze nelle proprietà del materiale tra le nanoparticelle ei componenti del plasma. Quando gli elettrodi del chip applicano un campo elettrico oscillante, le cariche positive e negative all'interno delle nanoparticelle si riorientano ad una velocità diversa rispetto alle cariche nel plasma circostante. Questo momentaneo squilibrio nelle cariche crea una forza attrattiva tra le nanoparticelle e gli elettrodi. Quando il campo elettrico oscilla, le nanoparticelle vengono continuamente tirate verso gli elettrodi, lasciando il resto del plasma dietro. Anche, il campo elettrico è progettato per oscillare alla giusta frequenza:15, 000 volte al secondo.

"È incredibile che questo metodo funzioni senza alcuna modifica ai campioni di plasma o alle nanoparticelle, " disse Ibsen.