a Struttura chimica del PPSU che mostra la struttura polimerica e gli atomi di ossigeno che trasportano cariche atomiche parziali positive/negative (blu/rosso), rispettivamente. b Istantanea della simulazione atomica che mostra un equilibrio di dissoluzione-complementarità in DMSO per sei catene PPSU20. L'inset è una sovrastruttura formata dall'auto-complementarità del PPSU. c Autocomplementarità del PPSU che porta a una sovrastruttura reversibile 2D con arricchimento di atomi di ossigeno sulla superficie. La formazione di sovrastrutture 3D è inibita in DMSO a causa della forte repulsione tra gli strati. d Energie dipolari medie per coppia dipolo-dipolo di solfone-solfone e solfone-solvente. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard da tre simulazioni parallele. e Istantanea di simulazione atomica che mostra la formazione di una sovrastruttura 3D attraverso il raggruppamento di PPSU in acqua. Riquadro che mostra la sovrastruttura 3D con o senza molecole d'acqua. Credito: Comunicazioni sulla natura (2020). DOI:10.1038/s41467-020-18657-5
I ricercatori della Northwestern University stanno gettando una rete per le nanoparticelle.
Il team ha scoperto un nuovo, metodo rapido per fabbricare nanoparticelle da un semplice, polimero autoassemblante. Il nuovo metodo presenta nuove possibilità per diverse applicazioni, compresa la depurazione dell'acqua, diagnostica e formulazioni di vaccini che generano rapidamente, che in genere richiedono la cattura o la somministrazione simultanea di molti tipi diversi di molecole.
Utilizzando una rete polimerica che collassa in idrogel su scala nanometrica (o nanogel), il metodo cattura in modo efficiente oltre il 95% delle proteine, DNA o farmaci a piccole molecole, da soli o in combinazione. A confronto, l'efficienza di caricamento è in genere tra il 5% e il 20% per altri sistemi di consegna di nanoparticelle.
"Utilizziamo un polimero che forma un'ampia rete attraverso una soluzione acquosa, " ha detto Evan A. Scott della Northwestern, che ha condotto lo studio. "Poi induciamo la rete a crollare. Raccoglie qualsiasi cosa all'interno della soluzione, intrappolando le terapie all'interno dei veicoli di consegna di nanogel con un'efficienza molto elevata."
"Funziona come una rete da pesca, che prima si diffonde a causa della repulsione elettrostatica e poi si restringe con l'idratazione per intrappolare "pesci, '" ha aggiunto Fanfan Du, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Scott.
Il documento è stato pubblicato la scorsa settimana (29 settembre) sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
Scott è il professore Kay Davis di ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. I professori della Northwestern Monica Olvera de la Cruz e Vinayak Dravid sono coautori del documento.
Molecole presenti in natura, come DNA e peptidi, può rapidamente autoassemblarsi e organizzarsi in diverse strutture. Imitando questo processo utilizzando sistemi polimerici creati dall'uomo, però, è rimasto limitato. I processi precedentemente sviluppati per i sistemi di somministrazione dei farmaci autoassemblanti richiedono molto tempo, laboriosa e difficile da scalare. I processi tendono anche ad essere terribilmente inefficienti, culminando in una piccola frazione del farmaco che effettivamente entra nel sistema di somministrazione.
"L'applicazione clinica delle nanoparticelle autoassemblate è stata limitata da difficoltà con la scalabilità e con il caricamento di terapie grandi o multiple, soprattutto proteine, "Scott ha detto. "Vi presentiamo un meccanismo altamente scalabile che può caricare stabilmente quasi tutte le molecole terapeutiche con alta efficienza".
Il team di Scott ha avuto successo utilizzando un omopolimero di polipropilene solfone (PPSU), che è altamente solubile in soluzione di dimetilsolfossido (DMSO), ma forma aggregati elettrostatici e idrofili in acqua. Gli aggregati sono anfifilici, che li fa assemblare in reti e infine collassare in gel.
"L'aggiunta di più acqua induce il collasso della rete, portando alla formazione di nanogel, " Du ha detto. "Il modo in cui viene aggiunta l'acqua influisce sulla formazione della catena PPSU, che cambia le dimensioni e la struttura dei nanogel."
Le simulazioni atomistiche, eseguite da Baofu Qiao nel gruppo Olvera de la Cruz, hanno confermato che le nanostrutture sono state stabilizzate da un debole legame solfone-solfone. Utilizzando simulazioni a grana grossa eseguite dal borsista postdottorato nordoccidentale Trung Dac Nguyen, i ricercatori hanno osservato le strutture di nanonet. Questo apre una nuova strada per l'assemblaggio di materiali morbidi mediante il legame sulfone-sulfone.
Oltre alle applicazioni per la somministrazione di farmaci, i ricercatori ritengono inoltre che il nuovo metodo potrebbe essere utilizzato per la purificazione dell'acqua. La rete potrebbe collassare per raccogliere contaminanti nell'acqua, lasciando dietro di sé acqua pura.
