Les chercheurs ont trouvé un moyen simple de produire des nanoparticules de carbone suffisamment petites pour échapper au système immunitaire du corps, réfléchir la lumière dans le proche infrarouge pour une détection facile, et transporter des charges utiles de médicaments pharmaceutiques vers des tissus ciblés.

Contrairement à d'autres méthodes de fabrication de nanoparticules de carbone - qui nécessitent un équipement coûteux et des processus de purification pouvant prendre des jours - la nouvelle approche génère les particules en quelques heures et n'utilise qu'une poignée d'ingrédients, y compris la mélasse du commerce.

Les chercheurs, dirigé par les professeurs de bio-ingénierie de l'Université de l'Illinois Dipanjan Pan et Rohit Bhargava, rapportent leurs découvertes dans le journal Petit .

"Si vous avez un micro-ondes et du miel ou de la mélasse, vous pouvez à peu près faire ces particules à la maison, " Dit Pan. " Vous venez de les mélanger ensemble et de le faire cuire pendant quelques minutes, et vous obtenez quelque chose qui ressemble à du char, mais ce sont des nanoparticules à haute luminescence. C'est l'un des systèmes les plus simples auxquels nous puissions penser. Il est sûr et hautement évolutif pour une éventuelle utilisation clinique."

Ces sphères de carbone « nouvelle génération » ont plusieurs propriétés intéressantes, les chercheurs ont trouvé. Ils diffusent naturellement la lumière d'une manière qui les rend faciles à différencier des tissus humains, éliminant le besoin d'ajouter des colorants ou des molécules fluorescentes pour aider à les détecter dans le corps.

Les nanoparticules sont recouvertes de polymères qui affinent leurs propriétés optiques et leur vitesse de dégradation dans l'organisme. Les polymères peuvent être chargés de médicaments qui sont progressivement libérés.

Les nanoparticules peuvent également être assez petites, moins de huit nanomètres de diamètre (un cheveu humain vaut 80, 000 à 100, 000 nanomètres d'épaisseur).

"Notre système immunitaire ne reconnaît rien en dessous de 10 nanomètres, " dit Pan. " Alors, ces minuscules particules sont en quelque sorte camouflées, Je dirais; ils se cachent du système immunitaire humain."

L'équipe a testé le potentiel thérapeutique des nanoparticules en les chargeant d'un médicament anti-mélanome et en les mélangeant dans une solution topique appliquée sur la peau de porc.

Le laboratoire de Bhargava a utilisé des techniques de spectroscopie vibrationnelle pour identifier la structure moléculaire des nanoparticules et de leur cargaison.

"La spectroscopie Raman et infrarouge sont les deux outils que l'on utilise pour voir la structure moléculaire, " a déclaré Bhargava. "Nous pensons que nous avons enduit cette particule d'un polymère spécifique et d'une charge de médicament spécifique - mais l'avons-nous vraiment fait ? Nous utilisons la spectroscopie pour confirmer la formulation et visualiser l'administration des particules et des molécules de médicament. »

L'équipe a découvert que les nanoparticules ne libéraient pas la charge utile du médicament à température ambiante, mais à la température du corps a commencé à libérer le médicament anticancéreux. Les chercheurs ont également déterminé quelles applications topiques ont pénétré la peau à la profondeur souhaitée.

Dans d'autres expériences, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient modifier l'infusion des particules dans les cellules de mélanome en ajustant les revêtements polymères. L'imagerie a confirmé que les cellules infusées ont commencé à gonfler, signe de mort cellulaire imminente.

"Il s'agit d'une plate-forme polyvalente pour transporter une multitude de médicaments - pour le mélanome, pour d'autres types de cancers et pour d'autres maladies, " Bhargava a déclaré. "Vous pouvez le recouvrir de différents polymères pour lui donner une réponse optique différente. Vous pouvez le charger avec deux médicaments, ou trois, ou quatre, vous pouvez donc faire une polychimiothérapie avec les mêmes particules."

"En utilisant une chimie de surface définie, on peut changer les propriétés de ces particules, " Pan a dit. "Nous pouvons les faire briller à une certaine longueur d'onde et aussi nous pouvons les régler pour libérer les médicaments en présence de l'environnement cellulaire. C'est-à-dire, Je pense, la beauté de l'oeuvre."