Per la prima volta, ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno dimostrato che il successo della somministrazione di farmaci da nanoparticelle può essere quantificato all'interno di una cellula.

"Possiamo dire con precisione quanto farmaco è stato rilasciato dal vettore in un dato momento, "dichiarò Dipanjan Pan, assistente professore di Bioingegneria all'Illinois. "Al meglio delle nostre conoscenze, questo rappresenta il primo esempio di one-step, procedura facile per sintetizzare nanoparticelle di carbonio passivate pro-farmaci. Il risultato è significativo e potrebbe eventualmente aiutare ad aumentare l'efficacia della terapia e aiutarci a capire meglio cosa guida l'ingresso cellulare delle nanoparticelle e il rilascio di farmaci.

"Sebbene la nanotecnologia sia un campo nascente, il suo potenziale per rilevare e curare le malattie umane è affascinante, " aggiunse Pan. "Ma, affinché queste entusiasmanti tecnologie che coprono minuscoli agenti progrediscano verso l'uso umano, dobbiamo comprendere appieno i meccanismi alla base del loro assorbimento intracellulare all'interno delle nostre complesse reti biologiche. È anche di grande importanza trovare un modo solido per monitorare il rilascio del farmaco per valutare il successo del processo".

Pan ha spiegato che le attuali piattaforme di somministrazione dei farmaci soffrono di maggiori oneri (ad es. eludere il sistema immunitario per raggiungere il tessuto bersaglio). Poiché questi veicoli di consegna incontrano più barriere lungo il percorso verso il loro obiettivo, il rilascio prematuro dei farmaci dal carico spesso porta a risultati infruttuosi.

"Una comprensione fondamentale della scienza di base del trasporto del particolato porterà al successo della capacità di controllare e manipolare la somministrazione di farmaci, " disse Pan. "In questo lavoro, poniamo domande critiche come, "Quanta droga viene rilasciata dalla nanoparticella una volta che le particelle entrano nelle cellule?" "C'è un modo per monitorare lo stato di avanzamento di questo processo di consegna?" "Come possiamo quantificare la quantità di farmaco che è già stata rilasciata dalla particella e quanto è ancora trattenuta all'interno?"

Nel passato, i ricercatori hanno dimostrato che il rilascio del farmaco può essere studiato in provetta; però, la quantificazione non è banale in presenza di una cellula vivente.

"Le informazioni spaziali e spettrali di un nanocarrier e del suo carico utile sono cruciali per il progresso dell'imaging basato sulla luminescenza, rilevamento di malattie, e trattamento in ambiente biologico complesso, " disse Santosh Misra, un associato post-dottorato in Illinois e primo autore del documento che appare in Materiali funzionali avanzati . "Per la prima volta, lo stiamo dimostrando, utilizzando una tecnica di imaging iperspettrale, questo può essere raggiunto. I nostri risultati hanno mostrato che possiamo mappare con precisione la quantità di farmaco che è stata rilasciata dalla particella in un dato momento. Gettiamo anche luce nel percorso meccanicistico della nanoparticella, per cui viene interiorizzato all'interno di una cellula cancerosa".

Il gruppo di ricerca di Pan ha progettato tre sistemi comprendenti sferici, zwitterionico (una molecola neutra con cariche elettriche sia positive che negative) e nanoparticelle stabilizzate con fosfolipidi come sistema modello per la somministrazione di farmaci fluorescenti e non fluorescenti, a dimostrazione del concetto con un farmaco antitumorale approvato dalla FDA sulle cellule del cancro al seno.

"I risultati hanno mostrato che le nanoparticelle e gli agenti terapeutici possono essere mappati e misurati contemporaneamente, salvo il requisito di un colorante, fornendo così nuove strade nella caratterizzazione spazio-temporale e nel rilevamento e nella quantificazione sincrona del carico utile e del vettore, " ha detto Pan. "Prevedo che i nostri risultati aiuteranno la comunità biomedica a ripensare il livello di controllo necessario quando si lavora con i vettori di consegna di farmaci, e alla fine verrà immaginato un risultato terapeutico molto (più) efficace".