Il lavoro rivela come le onde sonore possono controllare con precisione le nanoparticelle morbide, che sono meno capaci delle loro controparti dure di resistere ai cambiamenti fisici nel corpo mentre trasportano il loro carico.
“Molti farmaci sono fragili, quindi controllare il modo in cui queste nanoparticelle morbide si trasformano nel tempo è incredibilmente importante per la somministrazione dei farmaci e altre applicazioni mediche”, ha affermato Ming Guo, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali.
“L’uso del suono ci offre un modo per dirigere in modo non invasivo la quantità e la rapidità con cui i farmaci dovrebbero essere rilasciati, fornendo un nuovo livello di controllo per colpire malattie e tessuti.
Guo e colleghi hanno riportato oggi la loro tecnica nanomeccanica acustica sulla rivista Advanced Materials.
Le nanoparticelle riempite di liquido hanno mostrato un grande potenziale per fornire terapie, ma sono più suscettibili delle nanoparticelle solide alle forze fisiche e biologiche nel corpo. Oltre al rilascio prematuro dei farmaci durante il parto, gli scienziati temono anche che il corpo possa rimuovere le nanoparticelle prima che raggiungano la destinazione prevista.
Una soluzione potrebbe essere quella di modificare il materiale che trasporta il farmaco – come il polimero, il lipide o il metallo – per rendere le nanoparticelle più resistenti. Ma ciò spesso complica la chimica delle nanoparticelle, rendendo più difficile controllare il modo in cui rilascia il farmaco.
Un’opzione più delicata per controllare la dose del farmaco consiste nell’utilizzare trigger esterni come luce, calore o ultrasuoni. Ma anche questi metodi spesso comportano controlli complicati o imprecisi, ha detto Guo.
"Ad esempio, la luce può essere troppo invasiva e può provocare effetti collaterali indesiderati", ha affermato. “E mentre gli ultrasuoni hanno una risoluzione spaziale e temporale molto più elevata, il controllo preciso degli effetti meccanici richiede un’attenta progettazione degli impulsi ultrasonici.
Nella loro ricerca per sviluppare un modo per manipolare con precisione le nanoparticelle morbide utilizzando gli ultrasuoni, Guo e colleghi hanno optato per un processo in due fasi.
Innanzitutto, hanno progettato nanoparticelle con un nucleo di perfluorocarburo liquido circondato da un guscio a doppio strato lipidico, proprio come una membrana cellulare.
Il team ha scoperto che quando le nanoparticelle venivano messe in un liquido e poi pulsate con gli ultrasuoni, le onde sonore creavano minuscole bolle all'interno delle nanoparticelle. Nel corso del tempo, queste bolle si sono espanse, rompendo infine il guscio lipidico e rilasciando il nucleo liquido.
“La rottura innescata acusticamente si verifica solo quando la dimensione, la concentrazione delle bolle e il loro tasso di crescita raggiungono una certa soglia”, ha detto Guo. "E abbiamo scoperto che i parametri degli ultrasuoni potrebbero essere progettati per manipolare con precisione questi parametri."
Come prova del concetto, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica per fornire un carico utile fluorescente, che rappresentava un farmaco, nelle cellule in una piastra da laboratorio. I risultati hanno suggerito che il metodo potrebbe essere utilizzato per controllare la somministrazione di farmaci all’interno del corpo.
Per i prossimi passi, il team di Guo prevede di concentrarsi su come i parametri acustici potrebbero essere adattati per il rilascio controllato di farmaci per diverse malattie e tessuti. “Una sfida fondamentale sarà garantire che questi parametri possano essere tradotti clinicamente”, ha affermato Guo. “Siamo molto incoraggiati dalla validazione iniziale in vitro e ciò guiderà il nostro lavoro futuro”.
