Stefan Wilhelm, professore associato presso la Stephenson School of Biomedical Engineering dell'Università dell'Oklahoma, e diversi studenti del suo laboratorio di nanoingegneria biomedica hanno recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Nano Letters che delinea i loro recenti importanti progressi nel campo della nanomedicina.
Il gruppo ha esaminato come creare strumenti che producano nanomedicinali, come formulazioni di vaccini, direttamente nel punto di cura. In tal modo, le vaste strutture centralizzate, le sfide di spedizione e le sfide estreme di conservazione a freddo affrontate durante la pandemia di COVID-19 non limiterebbero più la distribuzione dei vaccini.
Wilhelm, con studenti ricercatori come Hamilton Young, uno studente senior di ingegneria biomedica, e Yuxin He, un assistente di ricerca laureato in ingegneria biomedica, hanno utilizzato parti della stampante 3D per mescolare insieme flussi di fluidi contenenti gli elementi costitutivi delle nanomedicine e i loro carichi utili in un miscelatore a T. formato.
"Questo dispositivo di miscelazione è essenzialmente un pezzo di tubo a forma di T che forza due flussi di fluido a fluire l'uno nell'altro, mescolando insieme i componenti del nanomateriale e del carico utile. Una volta miscelato, il prodotto finale uscirebbe attraverso l'altra estremità", ha detto Wilhelm. "Questo concetto di miscelazione viene utilizzato nei processi industriali, quindi ci siamo chiesti se potessimo rendere questi dispositivi il più economici possibile."
Il team ha scoperto una pubblicazione di un gruppo di ricerca europeo che dimostrava che le stampanti 3D disponibili in commercio potrebbero essere riassemblate in pompe a siringa necessarie per spingere i fluidi attraverso il dispositivo T-mixer. Una volta costruiti, hanno provato a produrre nanomedicinali con il loro T-mixer realizzato in 3D.
"Ci stavamo concentrando su formulazioni utilizzate in clinica, come nanoparticelle lipidiche di mRNA, liposomi e nanoparticelle polimeriche. Una delle molecole che abbiamo utilizzato è stata sviluppata da un collaboratore dell'OU Health Sciences per limitare la crescita delle cellule del cancro alla prostata", ha affermato Wilhelm. . "Abbiamo incapsulato questa molecola nelle nostre formulazioni di nanomedicina e abbiamo dimostrato che in realtà impedisce la crescita delle cellule tumorali della prostata."
Sulla base di questo esempio, la ricerca del team ha implicazioni potenzialmente ampie per nuove terapie antitumorali e vaccini contro le malattie infettive, poiché la tecnologia dell'mRNA è già utilizzata negli studi clinici per vaccini antitumorali personalizzati.
"Tutta questa tecnologia dell'mRNA si basa sulla nanotecnologia. Le molecole di mRNA si degradano troppo velocemente nel corpo per essere efficaci senza incapsularle in nanoparticelle", ha detto Wilhelm. "Questo processo potrebbe aprire un futuro luminoso per la nanotecnologia in medicina e, si spera, migliorerà notevolmente l'assistenza sanitaria."
Wilhelm prevede anche un futuro in cui gli studi medici e le cliniche nelle comunità rurali con risorse limitate potrebbero utilizzare questa tecnologia per creare vaccini personalizzati. Il suo lavoro con B4NANO, un programma di partnership e sensibilizzazione con le tribù e le comunità dei nativi americani in Oklahoma, ispira questo obiettivo.
"Potrei vedere una situazione futura in cui un paziente entra in uno studio medico con una malattia infettiva, forse un cancro. Dopo una diagnosi da parte del medico, un vaccino viene prodotto nello studio medico in un modo simile a come viene prodotta una caffettiera monodose. funziona:basta inserire le capsule, premere un pulsante e ottenere un vaccino personalizzato per quel paziente", ha detto Wilhelm. "Il nostro obiettivo è sviluppare questo tipo di dispositivo da banco e poi, si spera, trovare partner del settore per commercializzare sistemi come questi."
Un altro obiettivo di Wilhelm è formare la prossima generazione di ingegneri biomedici, come Young e He, per risolvere le sfide dell'assistenza sanitaria.
"Le sfide che affrontiamo nell'ingegneria biomedica richiedono la presenza di un team diversificato, con persone provenienti da contesti diversi. Ognuno porta la sua prospettiva unica e le sue competenze uniche", ha affermato Wilhelm. "Il mio laboratorio pone molta enfasi sul lavoro con studenti universitari, anche delle scuole superiori, e sul colmare il divario tra studenti universitari, laureati e post-dottorato. Imparano gli uni dagli altri e imparano a farsi da mentori a vicenda."
Ulteriori informazioni: Hamilton Young et al, Verso la sintesi scalabile, rapida, riproducibile ed economicamente vantaggiosa di nanomedicine personalizzate al punto di cura, Nanolettere (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04171
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dall'Università dell'Oklahoma
