Biyouyumlu odaklanmış ultrason, kanser ilaçlarını hedefe ulaştırıyor – Fizik Dünyası

Biyolojik ortamlardaki kimyasal reaksiyonların uzaktan kontrolü, çok çeşitli tıbbi uygulamalara olanak sağlayabilir. Örneğin kemoterapi ilaçlarının vücutta hedefe yönelik salınması, bu toksik bileşiklerle ilişkili zararlı yan etkilerin atlatılmasına yardımcı olabilir. Bu amaçla Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar (Caltech), teşhis veya tedavi edici bileşikleri tam olarak ihtiyaç duyulan zamanda ve yerde serbest bırakmak için ultrason kullanan tamamen yeni bir ilaç dağıtım sistemi yarattılar.

Laboratuvarlarda geliştirilen platform Maxwell Robb ve mihail shapiro, fiziksel kuvvete maruz kaldığında kimyasal değişikliklere uğrayan ve daha küçük kargo molekülleri salan, mekanoforlar olarak bilinen kuvvete duyarlı moleküllere dayanmaktadır. Mekanik uyarı, biyolojik dokuların derinliklerine nüfuz eden ve milimetre altı hassasiyetle uygulanabilen odaklanmış ultrason (FUS) aracılığıyla sağlanabiliyor. Ancak bu yöntemle ilgili daha önceki çalışmalar, ısınmaya neden olan ve yakındaki dokulara zarar verebilecek yüksek akustik yoğunluklar gerektiriyordu.

Daha düşük ve daha güvenli ultrason yoğunluklarının kullanımını sağlamak için araştırmacılar, ultrason kontrast maddeleri olarak kullanılabilen hava dolu protein nanoyapıları olan gaz keseciklerine (GV'ler) yöneldiler. GV'lerin ultrason enerjisini odaklamak için akustik-mekanik dönüştürücüler olarak işlev görebileceğini varsaydılar: FUS'a maruz kaldıklarında GV'ler kavitasyona maruz kalıyor ve ortaya çıkan enerji mekanoforu aktive ediyor.

Araştırmanın ilk yazarlarından biri şöyle açıklıyor: "Ultrason aracılığıyla kuvvet uygulamak genellikle küçük çözünmüş gaz kabarcıklarının patlamasını tetikleyen çok yoğun koşullara dayanır." Molly McFadden bir basın açıklamasında. "Onların çöküşü, mekanoforu harekete geçiren mekanik kuvvetin kaynağıdır. Veziküllerin ultrasona duyarlılığı artmıştır. Bunları kullanarak aynı mekanofor aktivasyonunun çok daha zayıf ultrason altında elde edilebileceğini gördük."

Bulgularını raporlayarak Ulusal Bilimler Akademisi TutanaklarıAraştırmacılar, bu yaklaşımın biyouyumlu FUS kullanarak mekanofor işlevselleştirilmiş polimerlerden kargo moleküllerinin salınmasını uzaktan tetikleyebileceğini gösteriyor.

İlaç dağıtım geliştirme

McFadden ve meslektaşları ilk olarak fizyolojik uygulamalar için güvenli ultrason parametrelerini belirlediler. 330 kHz FUS ile yapılan deneyler, %1.47 görev döngüsüyle (darbe başına 4.5 döngü) 3000 MPa tepe negatif basıncın biyouyumlu bir üst sınırını ortaya çıkardı; bu da 3.6 W/cm akustik yoğunlukla sonuçlandı². Dokuyu taklit eden bir jel fantomunda bu parametreler yalnızca 3.6 °C'lik maksimum sıcaklık artışına yol açtı.

Araştırmacılar daha sonra FUS'un bu biyouyumlu parametreleri kullanarak mekanofor içeren polimerleri aktive edip edemeyeceğini araştırdılar. Florojenik küçük bir molekülle yüklenmiş zincir merkezli bir mekanofor içeren PMSEA polimerini incelediler. Bu polimerin seyreltik bir çözeltisinin GV'lerin varlığında biyouyumlu FUS'a maruz bırakılması, floresansta güçlü bir artışa neden oldu; bu, yükün başarılı bir şekilde serbest bırakıldığını gösterir - 15 dakikalık FUS'a maruz kaldıktan sonra yaklaşık %10'lik bir salınım. Önemli olarak, GV'ler olmadan FUS'a maruz kalma, florojenik bir tepkiyi tetiklemedi, bu da GV'lerin akustik-mekanik dönüştürücüler olarak önemli bir rol oynadığını doğruladı.

Daha sonra araştırmacılar, sistemin mekanik olarak tetiklenen ilaç salınımına uygun olup olmadığını inceledi. Kemoterapi ajanı kamptotesini mekanofora bağladılar, ardından PMSEA-CPT'yi oluşturmak için polimerizasyon yaptılar ve kontrollü salım sağlamak için FUS kullandılar. Biyouyumlu FUS artı GV'lere 10 dakika maruz kaldıktan sonra kamptotesinin yaklaşık %8'i serbest bırakıldı. Florojenik molekül için bulunduğu gibi, GV'lerin yokluğunda hiçbir ilaç salımı tespit edilmedi.

Ortak ilk yazara göre Yuxing YaoFUS'un biyolojik ortamda belirli bir kimyasal reaksiyonu kontrol ettiği ilk kez kanıtlanmıştır. Yao, "Daha önce ultrason bir şeyleri bozmak veya bir şeyleri hareket ettirmek için kullanılıyordu" diyor. "Fakat şimdi mekanokimyayı kullanarak bize bu yeni yolu açıyor."

Platformun hastalarda hedefe yönelik kemoterapiye yönelik gelecekteki potansiyelini değerlendirmek için araştırmacılar platformun sitotoksisitesini araştırdı in vitro lenfoblast benzeri Raji hücrelerinde. Daha önce FUS ve GV'lere maruz bırakılan PMSEA-CPT ile iki gün boyunca inkübe edilen hücreler canlılıkta önemli bir azalma sergiledi. Buna karşılık, FUS'a maruz kalmayan PMSEA-CPT ile inkübe edilen hücrelerde veya FUS'a maruz kalan ancak GV'ler olmayan PMSEA-CPT'de önemli bir sitotoksisite görülmedi.

Işıkla tetiklenen implante edilebilir cihaz, programlanabilir ilaç iletimi sağlar

Araştırmacılar, "Polimerlerden sulu ortamda mekanik olarak tetiklenen moleküler yüklerin salınması, bu yaklaşımın invazif olmayan biyogörüntüleme ve polimer mekanokimyasının terapötik uygulamaları için gücünü gösteriyor" diye yazıyor. "Daha genel olarak bu çalışma, FUS'un sağladığı uzay-zamansal hassasiyet ve doku penetrasyonuyla biyomedikal açıdan ilgili koşullar altında belirli kimyasal reaksiyonların uzaktan kontrolünü sağlamaya yönelik bir yaklaşımı ortaya koyuyor."

Kontrollü laboratuvar koşullarında yapılan bu ilk testlerin ardından araştırmacılar artık platformlarını canlı organizmalarda test etmeyi planlıyor. "Bu temel keşfi dünyaya tercüme etmek için çalışıyoruz. in vivo ilaç dağıtımı ve diğer biyomedikal teknolojilere yönelik uygulamalar” diyor Robb. Fizik dünyası.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/biocompatible-focused-ultrasound-delivers-cancer-drugs-on-target/