En créant ce qui pourrait être le plus petit bloc non officiel tridimensionnel du monde "M, " Des chercheurs de l'Université du Michigan ont démontré un procédé de fabrication de nanoparticules capable de produire des formes précises.
Les chercheurs disent que leur technique pourrait ouvrir la voie à des médicaments qui peuvent cibler des cellules spécifiques, livrer plusieurs médicaments à des moments et des taux différents, et même permettre aux médecins de diriger les médicaments vers des endroits particuliers du corps. Ils pourraient également offrir aux chercheurs de meilleurs moyens de tester de nouvelles thérapies.
La nouvelle méthode produit des particules qui peuvent avoir 10 couches ou plus d'épaisseur - pour incorporer plusieurs traitements médicamenteux, métaux, plastiques ou pratiquement tout autre matériau. Ils peuvent être fabriqués dans des tailles et des formes contrôlées avec précision, aussi petites que 25 nanomètres de diamètre. À 115 par 160 microns et 3 microns d'épaisseur, les faux logos du Michigan ont chacun la taille d'un grain de sable. Un micron, ou micromètre, est un millième de millimètre.
"Les Block 'M's' étaient un test, " dit Anish Tuteja, U-M professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux et développeur du processus. "Cela ouvre toutes sortes d'opportunités pour combiner différents polymères et molécules dans une variété de formes. Et parce que c'est simple et peu coûteux, nous pouvons explorer de nouvelles possibilités beaucoup plus facilement que par le passé."
Les chercheurs disent que l'une des premières applications pourrait être en chimiothérapie, où leur capacité à incorporer plusieurs couches pourrait permettre aux fabricants de médicaments de combiner différents médicaments de chimiothérapie et de cibler plusieurs types de cellules cancéreuses avec un seul traitement. Ils pourraient également recouvrir des matériaux magnétiques permettant aux médecins d'orienter les médicaments vers les tumeurs.
Un autre trait clé est la forme flexible des particules, taille et maquillage, ce qui peut permettre aux médecins et aux fabricants de médicaments d'optimiser les médicaments pour cibler plus efficacement les cellules cancéreuses et endommager moins les cellules saines.
« Différents types de cancer ont des structures cellulaires différentes, et chaque type peut internaliser les nanoparticules de manière différente, " a déclaré Geeta Mehta, U-M professeur adjoint de science et ingénierie des matériaux, qui travaille sur le projet. "Nous pouvons facilement adapter la forme et les combinaisons de médicaments de ces nouvelles particules à chaque type de cancer afin qu'elles soient plus efficaces contre les cellules cancéreuses et moins nocives pour les cellules saines."
Bien que tout nouveau traitement soit probablement prévu dans cinq à dix ans, l'équipe espère avoir une première itération des médicaments disponibles pour les tests d'ici un à deux ans.
La polyvalence des particules et leur processus de production relativement simple les rendent également utiles en laboratoire pour tester de nouveaux traitements, et pour mieux comprendre comment les médicaments interagissent avec les cellules.
« L'Université du Michigan possède une vaste bibliothèque de nouveaux médicaments contre le cancer en cours de développement, et je pense que ces particules vont nous aider à comprendre comment les utiliser le plus efficacement possible, " a déclaré Mehta. "Nous pouvons facilement essayer de nouvelles combinaisons de médicaments et différentes formes de particules, et nous pouvons inclure des colorants et d'autres marqueurs pour voir comment ils se comportent à l'intérieur d'une cellule."
Les particules peuvent également être utiles pour d'autres applications d'administration de médicaments, y compris les vaccins inhalables et les médicaments d'ordonnance à libération prolongée qui pourraient être pris beaucoup moins fréquemment que les médicaments actuels.
Alors que les chercheurs ont réussi à créer des nanoparticules multicouches dans le passé, ces particules sont les premières à combiner cette capacité avec un contrôle précis de la forme des particules, taille et composition.
L'équipe de recherche a commencé le processus de production avec une plaquette de silicium dotée d'un revêtement hydrofuge. Ils ont utilisé la lumière ultraviolette pour graver le revêtement sous la forme des particules finales. Finalement, ils ont plongé la plaquette gravée dans un liquide contenant leur polymère dissous dans un solvant. Le liquide s'est déposé uniquement sur les zones gravées, et lorsque le solvant s'est évaporé, le polymère est resté, laissant des nanoparticules de forme précise. Pour obtenir plusieurs couches, les chercheurs ont simplement plongé la plaquette encore et encore, formant une nouvelle couche à chaque fois.
Tuteja a déclaré que les méthodes actuelles de fabrication de nanoparticules multicouches sont plus complexes que la nouvelle approche. La plupart ne peuvent produire que des particules sphériques, et le contrôle de la taille des particules est difficile. Il a déclaré que l'équipe était en train de développer des méthodes de fabrication automatisées qui pourraient éventuellement produire un plus grand nombre de particules avec une plus grande efficacité. Le processus pourrait potentiellement être utilisé pour fabriquer des particules pour une variété d'applications, y compris les écrans d'ordinateur, des capteurs de diagnostic et même des moteurs microscopiques.
Mehta est également professeur adjoint de génie biomédical et de science et ingénierie macromoléculaires. Tuteja est également professeur adjoint de science et d'ingénierie macromoléculaires.
Un article sur la technique, intitulé "Wettability Engendered Templated Self-Assembly (WETS) pour la fabrication de particules multiphasiques, " est publié dans le numéro du 25 février du magazine ACS Applied Materials &Interfaces. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation et l'Office of Naval Research.
