Verwenden von Modellrechnungen, die Forscher an der Carnegie Mellon University, der Colorado School of Mines und der Universität von Kalifornien, Davis, haben sich mit einem Entwurf für eine bessere Liposomen kommen. Ihre Erkenntnisse, die zwar theoretisch könnte die Grundlage für den Bau effizienter neuer Fahrzeuge für die Lieferung nanodrug bereitzustellen.

Liposome sind kleine Behälter mit Schalen aus Lipiden, dem gleichen Material, die die Zellmembran bildet gemacht. In den letzten Jahren wurden Liposomen zur gezielten Abgabe von Arzneimitteln verwendet worden.



In diesem Verfahren wird die Membran eines Liposoms, enthaltend das Arzneimittel entwickelt, um Proteine ​​zu erkennen, enthalten und wirken mit komplementären Proteine ​​auf der Membran einer erkrankten Zelle oder dysfunktional. Nachdem die Liposomen, die Medikamente verabreicht werden, fahren sie durch den Körper, im Idealfall die Verbindung mit Zielzellen, die das Arzneimittel freizusetzen.

Toxische Nebenwirkungen

Diese Verpackungstechnik wird häufig mit nanodrugs hoch toxisch, wie zum Beispiel Chemotherapeutika verwendet werden, in einem Versuch, das freie Arzneimittel von Krebszellen nicht schädlich verhindern. Studien haben jedoch dieses Liefermodell in vielen Fällen weniger als 10 Prozent der Medikamente, die von Liposomen transportiert am Ende in Krebszellen gezeigt, dass.

Oft wird die Liposomen gebrochen, bevor es einer Tumorzelle erreicht, und das Arzneimittel in den Körperorganen absorbiert, einschließlich der Leber und der Milz, mit toxischen Nebenwirkungen.

Markus Deserno, Professor für Physik an der Carnegie Mellon University und Mitglied des Zentrums für Membranbiologie und Biophysik, sagte:

"Auch mit den aktuellen Formen der gezielten Wirkstofftransport, gibt Behandlungen wie Chemotherapie immer noch sehr brutal. Wir wollten sehen, wie wir besser gezielten Wirkstofftransport zu machen."

Deserno und Kollegen schlagen vor, dass die gezielte Abgabe von Medikamenten kann, indem es stabiler Liposomen verbessert werden.

Verwendung von drei verschiedenen Arten von Computermodellierung haben sie gezeigt, dass Liposome können robustere durch Einbringen eines Kern-Nanopartikel aus einem Material wie beispielsweise Gold oder Eisen, und dass die Kernverbindung auf der Liposomenmembran unter Verwendung des Polymers Fangbänder erfolgen.

Der Kern und die Angriffe dienen als Gerüst und Stoßdämpfer-System Hub- und Spoke-ähnliche Liposomen, die die Spannungen und Dehnungen es Begegnungen Wetter, wie es durch den Körper, sein Ziel reist zu helfen.

Das Ganze sehen

Francesca Stanzione und Amadeu K. Summe der Colorado School of Mines führte eine feinkörnige Simulation, wie die Fangbänder verankern die Polymermembran der Liposomen auf atomarer sucht. Roland Faller der UC Davis machte eine mesoskalige Simulation, die sah aus wie eine Reihe von Angriffen wurde auf einen kleinen Patch, der Membran gehalten.

Jede dieser Simulationen konnten die Forscher kleinere Komponenten des Liposoms, Nanopartikelkern und angreifen, aber nicht die gesamte Struktur zu suchen.

Um die gesamte Struktur zu sehen, haben Deserno Carnegie Mellon und Mingyang Hu ein Modell, das die groben Komponentengruppen darstellt, anstatt einzelne Atome entwickelt.

Beispielsweise eines der Lipide in der Zellmembran haben können 100 Atomen. In einer Simulation feinkörnigem würde jedes Atom repräsentiert werden. In der Simulation von groben Deserno können diese Atome durch nur drei Stücken statt 100 dargestellt werden.

"Es ist nicht praktikabel, auf atomarer Konstrukt beobachten voll. Es gibt zu viele Atome in Betracht gezogen werden, und der Zeitplan ist zu lang. Selbst mit den modernsten Supercomputern, würden wir die Macht, eine Simulation auf der Ebene des Atoms laufen nicht", sagte Deserno . "Aber die physische ist wichtig, nicht lokal spezifisch. Es ist mehr wie der Soft Matter Physik, die mit einer sehr viel gröbere Auflösung beschrieben werden kann."

Simulierte Versammlung

Deserno Simulation konnten die Forscher sehen, wie die ganze Konstrukt Liposomen verstärkt reagierten auf Stress und Anspannung. Sie schlugen vor, dass, wenn ein Liposom zur Nabe und Angriffe richtige Größe gegeben, würde seine Membran viel beständiger sein, Biegen um Stöße und Druck zu absorbieren.

Darüber hinaus konnten sie simulieren, wie man das Beste, das System der Liposomen, Nabe und halter montieren. Sie fanden heraus, dass, wenn die Nabe und Halteseil miteinander verbunden sind und in einer Lösung von Lipiden angeordnet, und die Lösungsmittelbedingungen geeignet ausgewählt werden, ein Liposom richtig dimensioniert wäre selbstorganisieren um die Nabe und Angriffe.

Die Forscher hoffen, dass Chemiker und Drogen-Entwickler eines Tages in der Lage, ihre Simulationen verwenden, um festzustellen, was Anbindehaltung grundlegenden Dimensionen und Polymere, die brauchen, um wirksam gewährleisten ein Liposomen entwickelt, um ein bestimmtes Medikament oder andere Nanopartikel zur Verfügung zu stellen sein, .

Mit Hilfe dieser Simulationen kann die Konstruktionsparameter zu beschränken, beschleunigen den Entwicklungsprozess und die Kosten zu senken.

Mingyang Hu et al.
Design-Prinzipien für die Nanopartikel in einem Polymer-fixierten Lipid eingebettet
ACS Nano.