Las nanopartículas "peludas" fabricadas con materiales sensibles a la luz que se ensamblan por sí mismas algún día podrían convertirse en "nanoportadores", proporcionando a los médicos una nueva forma de introducir simultáneamente tanto fármacos terapéuticos como calor para combatir el cáncer en los tumores. Esa es una aplicación potencial para una nueva tecnología que combina materiales repelentes al agua pero sensibles a la luz y absorbentes del agua en nano-reactores poliméricos para crear nanopartículas de oro fotosensibles.

La luz de longitudes de onda específicas hace que las nanopartículas se ensamblen y desmonten a pedido, permitiendo la organización dinámica de las nanopartículas para la liberación inteligente de fármacos in vitro. Al incluir moléculas de quimioterapia en las estructuras de nanopartículas cuando se ensamblan, las moléculas podrían introducirse en los tumores y luego liberarse con la aplicación de una luz en una longitud de onda más corta que desencadena el desmontaje a través de la fotoescisión.

Además de un autoensamblaje y desmontaje tan dinámico, la encapsulación y liberación de moléculas de quimioterapia también podría lograrse mediante la unión covalente reversible de fármacos contra el cáncer a los "pelos" poliméricos situados en la superficie de las nanopartículas. Y al absorber la misma luz que desencadena la liberación de la droga, las nanopartículas de oro también podrían calentar las células cancerosas, proporcionando un doble golpe.

En una amplia gama de otras aplicaciones, El proceso de autoensamblaje de nanopartículas también podría desencadenarse por factores ambientales, incluida la temperatura, pH o polaridad del disolvente mediante el diseño racional de los pelos poliméricos. En este estudio, se utilizaron nanopartículas de oro, pero el proceso también podría producir nanopartículas autoensambladas a partir de una variedad de metales y óxidos metálicos. Al adaptar la superficie de las nanopartículas con polímeros absorbentes de agua que contienen componentes sensibles al infrarrojo cercano, la liberación del fármaco podría realizarse in vivo.

Las nanopartículas de oro esféricas se pueden reemplazar con nanomateriales de formas más complejas, como nanopartículas huecas, nanorods, o nanotubos:para lograr una mejor absorción de la luz del infrarrojo cercano para penetrar en los tejidos biológicos. Hasta ahora no se han realizado pruebas de estas nanopartículas en células u organismos vivos.

La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias, y se informó el 31 de enero en la primera edición de la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los científicos de materiales del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Tecnología del Sur de China fueron coautores del artículo.

"Prevemos que estas nanopartículas de oro protegidas con polímeros fotosensibles podrían algún día servir como nanoportadores para la administración de fármacos en el cuerpo utilizando nuestro proceso robusto y reversible de montaje y desmontaje". "dijo Zhiqun Lin, profesor de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Utilizado en la terapia del cáncer, este proceso podría aumentar el impacto de un tratamiento al calentar las células cancerosas mientras se introduce el compuesto farmacológico en el tumor ".

Bajo la luz los conjuntos de nanopartículas fotosensibles se separan durante un período de horas a una velocidad que puede ser controlada por la intensidad y la longitud de onda de la luz. "Debido a que el desmontaje se puede encender y apagar a voluntad, podríamos proporcionar una liberación programada del fármaco controlando la exposición a la luz de longitud de onda corta, "Agregó Lin.

Las nanopartículas peludas se fabrican alrededor de un pequeño núcleo de beta-ciclodextrina a partir del cual se cultivan cadenas poliméricas de poli (ácido acrílico) -bloque-poli (7-metilacriloiloxi-4-metilcumarina) (PAA-b-PMAMC). Ese material atrae a los precursores de metales solubles en agua, que utilizan el espacio dentro de los pelos de polímero como nano-reactores para formar nanopartículas de oro.

A estas estructuras internas, que son polímeros PAA hidrófilos, los investigadores agregan pelos hechos del monómero hidrófobo MAMC. Estos materiales son sensibles a la luz, y hacen que las nanopartículas se autoensamblen a través de un proceso de fotodimerización (reticulación) cuando se someten a luz a una longitud de onda de 365 nanómetros.

El proceso de ensamblaje se puede invertir de manera confiable bajo demanda utilizando una longitud de onda más corta a 254 nanómetros.

"Una vez que las cadenas de polímero de las nanopartículas de oro adyacentes comienzan a foto-reticularse, unen nanopartículas a través de un proceso de autoensamblaje para generar grandes conjuntos de nanopartículas, ", dijo Lin." Este proceso es completamente reversible y puede repetirse en muchos ciclos ".

El equipo de investigación incorporó moléculas de colorante en las nanopartículas autoensambladas para simular lo que se podría hacer para incorporar y luego liberar agentes de quimioterapia. Un material de óxido magnético incorporado en las nanopartículas podría permitir que los conjuntos se dirijan al sitio del tumor mediante un imán externo, y también podría admitir imágenes de diagnóstico.

Más allá de la actividad de las drogas, los efectos plasmónicos de las nanopartículas de oro podrían calentar las nanopartículas cuando se someten a la luz, atacando las células cancerosas a través de una segunda ruta.

Además de los posibles usos médicos, la técnica de autoensamblaje podría tener aplicaciones en óptica, optoelectrónica, tecnologías magnéticas, sensores de materiales y dispositivos, catálisis y nanotecnología. La técnica también podría conducir a una nueva investigación básica en cinética de cristalización, utilizando el proceso de autoensamblaje para crear "cristales artificiales" unidos por cadenas de polímero.

El laboratorio de Lin ha trabajado en los polímeros de bloque anfifílicos en forma de estrella durante varios años, agregando nuevas características y explorando nuevas capacidades para los sistemas de nanopartículas.

"Nuestro trabajo proporciona una estrategia de diseño que permite la manipulación tanto del bloque exterior como del bloque interior de un copolímero de bloque en forma de estrella, ", dijo." Nuestra contribución fundamental en este trabajo es preparar juiciosamente un copolímero de bloque en forma de estrella en el que el bloque interno tiene la capacidad de coordinarse con los precursores metálicos, mientras que el bloque externo permite que los materiales fotosensibles interactúen, lo que a su vez hace que la elaboración de nanopartículas de oro fotosensibles para un autoensamblaje confiable y reversible con luz habilitada ".