Een onderzoeksteam aan het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft gekwantificeerd de interactie van gouden nanodeeltjes met belangrijke eiwitten in het menselijk bloed, een aanpak die moet bruikbaar zijn in de ontwikkeling van nanodeeltjes op basis van medische therapieën en voor een beter begrip van de fysieke oorsprong van de toxiciteit van bepaalde nanodeeltjes.
Insuline, een van de meest voorkomende eiwitten in het menselijk bloed, kan zich ophopen in de vezelachtige massa's bij het misfolds. Onderzoek door een team van NIST geeft aan dat goud nanodeeltjes blijkbaar de insulinebehoefte verhogen de neiging om deze vezels te vormen. (. Color toegevoegd voor de duidelijkheid) Credit: NIST
Nanodeeltjes veelbelovend als voertuigen voor drug delivery, als medische diagnostische hulpmiddelen, en als een behandeling van kanker agent in hun eigen recht. Gouden nanodeeltjes, bollen die in grootte variëren tussen 5 en 100 miljardste van een meter in diameter, zijn bijzonder nuttig omdat van de vele manieren hun metalen oppervlakken kunnen worden "gefunctionaliseerd" door het aanbrengen van moleculen op maat om verschillende taken uit te voeren in het lichaam. Echter, behandelingen vereisen een groot aantal deeltjes worden geïnjecteerd in de bloedbaan, en deze gevaarlijk zouden kunnen zijn als ze omgaan met het lichaam in onvoorziene manieren.
Volgens NIST materialen wetenschapper Jack Douglas, een van de belangrijkste problemen waarmee nanomedicine is de neiging van eiwitten vast te houden aan de nanodeeltjes die vrij zweven in de bloedbaan. "Nanodeeltjes bedekt met eiwitten zal hun interactie over het algemeen te veranderen met het lichaam en de nanodeeltjes kan worden verwacht dat een complementaire wijziging in de eiwit-chemische activiteit veroorzaken," zegt Douglas. "De coating kan ook de oorzaak nanodeeltjes samen te klonteren in grote aggregaten, die een enorme immuunrespons uit te lokken. Natuurlijk, dat is iets wat je wilt vermijden. "
Wetenschappers hebben een slecht begrip van deze interacties, zodat de NIST team besloten om te onderzoeken wat er gebeurt wanneer nanodeeltjes van verschillende formaten ontmoeting vijf gemeenschappelijke bloedeiwitten. Met behulp van een schare van microscopen en spectroscopie apparaten, vond het team een aantal algemene patronen van gedrag. "Zodra de eiwitten zich aan de nanodeeltjes, de optische eigenschappen van zowel de deeltjes en de eiwitten te veranderen," zegt Douglas. "Het meten van deze veranderingen helpt ons de kleverigheid van de nanodeeltjes te kwantificeren voor de eiwitten, de dikte van de geadsorbeerde eiwit laag en de neiging van de deeltjes samen te voegen door de aanwezigheid van het eiwit lagen."
Meer specifiek, het team geleerd dat alle vijf van de eiwitten vast aan het goud, de NP waardoor te aggregeren, en dat het verhogen van de bollen 'diameter verhoogden hun kleverigheid. Zij vonden ook dat deze samenvoeging meestal een verandering in de vorm van de eiwitten, "die over het algemeen enige verandering in hun functie impliceert ook," zegt Douglas veroorzaakt.
Aggregatie niet altijd leidt tot een toxische reactie, Douglas zegt, maar kan invloed hebben op de vraag of de drugs op de nanodeeltjes ooit hun beoogde doel te bereiken. "Het belangrijkste is dat interacties grotendeels worden bepaald door de aanwezigheid van het eiwit laag," zegt hij. "Je wilt iets over deze proteïne lagen weten als je wilt weten wat nanodeeltjes gaan doen in het lichaam."
Douglas zegt dat het NIST onderzoek richt metrologie behoeften die in een National Research Council rapport ** verschenen het afgelopen jaar opgeroepen tot meer kwantitatieve testen op nanodeeltjes interacties met biologische media en dat er veel meer werk nodig is langs deze en andere lijnen. "Zo hebben we nog niet begrijpen hoe de verschillende kleine deeltjes binden aan het oppervlak membranen van cellen, dat is waar veel interacties met andere geneesmiddelen plaatsvinden", zegt hij.
* SHD Lacerda, J. Park, C. Maas, D. Pristinski, ML Becker, A. Karim en JF Douglas. Interactie van gouden nanodeeltjes met gemeenschappelijke menselijk bloed eiwitten. ACS Nano, december 18, 2009, DOI: 10.1021/nn9011187.
** NRC-rapport, "Het beoordelen van de federale strategie voor nanotechnologie-gerelateerde milieu, gezondheid en veiligheid Research," online beschikbaar op www.nap.edu/catalog.php?record_id=12559 # toc .