การค้นพบอนุภาคนาโน "รูปราสเบอร์รี่" เป็นวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของยาที่มีอยู่

เทคนิคที่ค้นพบใหม่ซึ่งรายงานในวารสาร Nanoscale นำเสนอวิธีที่ต้นทุนต่ำในการเพิ่มประสิทธิภาพของยาที่มีอยู่

Bradley Smith ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ Emil T. Hofman แห่งมหาวิทยาลัย Notre Dame กล่าวว่า "ถ้าคุณเอาทรายไปอุ่นที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ก็จะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง" ดังนั้น Smith ซึ่งเป็นผู้อำนวยการของ Integrated Imaging Facility ของ Notre Dame สล็อต รู้สึกงงงวยเมื่อ Canjia Zhai และ Cassandra Shaffer นักศึกษาปริญญาเอกสองคนในภาควิชาเคมีและชีวเคมีที่ทำงานในห้องทดลองของเขาพบว่าพวกเขาได้เปลี่ยนโครงสร้างของอนุภาคของ ซิลิกา -; ส่วนประกอบหลักของทราย -; ที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส อุณหภูมิใกล้เคียงกับถ้วยกาแฟ

การค้นพบเกิดขึ้นโดยบังเอิญ อนุภาคมีขนาดเล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ -; เส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งในพันของเส้นผมมนุษย์ แต่เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ชิ้นใหญ่ที่ระบุว่า "ซิลิกาเจล" ในบรรจุภัณฑ์ที่ติดมากับเสื้อผ้าชิ้นใหม่ อนุภาคเหล่านี้มีรูพรุนและสามารถกักเก็บสารเคมีไว้ได้ ในกรณีนี้ สารเคมีนั้นเป็นสีย้อมสีน้ำเงินที่ใช้ในการตรวจหาเนื้องอกในหนู สีย้อมชนิดใหม่ซึ่งได้รับการพัฒนาขึ้นในห้องทดลองของ Smith ใช้เวลานานในการเข้าสู่รูพรุนแคบๆ ในอนุภาค ดังนั้น เพื่อให้โมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้น Shaffer และ Zhai จึงอุ่นส่วนผสมจนเดือดแล้วทิ้งไว้ข้ามคืน เมื่อพวกเขากลับมาในวันรุ่งขึ้น พวกเขาจะเห็นว่าอนุภาคเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน

เพื่อยืนยันว่าสีย้อมได้ซึมซาบหมดแล้ว Shaffer และ Zhai จึงขอความช่วยเหลือจาก Tatyana Orlova และ Maksym Zhukovskyi ผู้เชี่ยวชาญด้านกล้องจุลทรรศน์ที่ Notre Dame Integrated Imaging Facility Orlova และ Zhukovskyi สร้างภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีความละเอียดสูง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแค่ใส่สีย้อมเท่านั้น แต่อนุภาคซิลิกาเองก็เปลี่ยนรูปร่างด้วย อนุภาคเดิมเป็นทรงกลมเดี่ยวๆ มีรูเล็กๆ ประปรายเหมือนผิวส้ม โครงสร้างใหม่เป็นทรงกลมและประกอบด้วยทรงกลมขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยสีย้อม พวกเขายังมีช่องเล็ก ๆ ที่นี่และที่นั่นซึ่งเผยให้เห็นแกนกลางที่กลวงอยู่ข้างใน หน่วยโดยรวมคล้ายกับราสเบอร์รี่กลวง

หลังจากการค้นพบครั้งแรกที่น่าประหลาดใจก็มีคำถามเชิงปฏิบัติตามมามากมาย สารเคมีอื่นใดที่นักวิจัยสามารถบรรจุลงในอนุภาครูปราสเบอร์รี่ที่คล้ายกันได้ และที่สำคัญที่สุดคือสารเคมีเหล่านั้นจะยังคงทำงานอยู่แม้ว่าโครงสร้างโดยรอบจะเปลี่ยนรูปร่างไปแล้วหรือไม่? เพื่อนนักศึกษาปริญญาเอก Jordan Chasteen ตอบคำถามเหล่านี้ โดยทำซ้ำขั้นตอนโดยใช้ยารักษามะเร็ง หลังจากการทดสอบหลายครั้ง เขายืนยันว่ายารักษามะเร็งที่ใส่เข้าไปในอนุภาคนั้นยังคงทำงานอยู่และสามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้

การค้นพบนี้เป็นเครื่องมือใหม่ในการทำให้ยาที่มีอยู่มีประสิทธิภาพมากขึ้น Smith กล่าว

สิ่งที่เรามีในตอนนี้คือวิธีการดูแคตตาล็อกยาที่มีเอมีนทั้งหมด และการทำตามขั้นตอนง่ายๆ ที่เราค้นพบ เราสามารถสร้างยาเวอร์ชันใหม่ที่อาจมีประสิทธิภาพมากขึ้นหรือมีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์น้อยลง" Bradley Smith ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ Emil T. Hofman แห่งมหาวิทยาลัยนอเทรอดาม

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

ยาที่มีอยู่อาจช่วยลดผลข้างเคียงของการรักษามะเร็งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

นักวิจัยพัฒนาโมเดลออร์แกนอยด์ 3 มิติเพื่อพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับมะเร็งทางแยกของทางเดินอาหาร

นักวิจัยพัฒนาวัคซีนป้องกันมะเร็ง mRNA ที่มีศักยภาพแต่มีการอักเสบต่ำ

Smith และนักเรียนของเขาพบว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในขั้นตอนการโหลดช่วยให้พวกเขาสามารถปรับความหนาของอนุภาคได้ ซึ่งเสนอทางเลือกใหม่มากมายในการปรับแต่งอนุภาคอย่างละเอียดเพื่อปลดปล่อยยาในอัตราที่ต่างกัน โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของอนุภาคใหม่นี้อาจทำให้สามารถบรรจุส่วนผสมได้มากกว่าหนึ่งอย่าง -; ตัวอย่างเช่นยาในชั้นนอกและสีย้อมภายใน "ราสเบอร์รี่" -; เพื่อเพิ่มความสามารถของนักวิจัยในการสังเกตวิธีการปลดปล่อยยา

นอกจากนี้ สมิธกล่าวว่า อนุภาคใหม่นี้ยังให้ความกระจ่างเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางชีววิทยาที่ไม่ค่อยมีใครเข้าใจ ซึ่งเรียกว่าการเกิดไบโอมิเนอรัลไลเซชัน

"เราพบว่ายาที่มีเอมีนมีคุณลักษณะทางเคมีบางอย่างที่ช่วยเร่งกระบวนการย่อยสลายและปฏิรูปซิลิกา และเราคิดว่ามันก็คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ" เขากล่าว สมิธกล่าวถึงไดอะตอมเป็นตัวอย่าง ซึ่งเป็นแพลงตอนขนาดเล็กชนิดหนึ่ง และเปลือกที่บอบบางคล้ายแก้วที่ก่อตัวขึ้นจากซิลิกา

จุลินทรีย์เหล่านี้มีกลไกที่ช่วยให้พวกมันดูดทรายและสร้างเปลือกของมันใหม่ และเห็นได้ชัดว่าทำที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำโดยใช้โมเลกุลอินทรีย์ สิ่งที่เราค้นพบคืออาจมีสารเคมีบางอย่างที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการนั้น"

Bradley Smith ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ Emil T. Hofman แห่งมหาวิทยาลัยนอเทรอดาม

ขณะที่สมิธและห้องทดลองของเขาสร้างสรรค์นวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง พวกเขาได้รับแรงบันดาลใจทั้งจากธรรมชาติและจากการค้นพบในห้องแล็บ "บทเรียนกว้างๆ ที่นี่" เขากล่าว "คือการที่เราสามารถค้นพบในห้องทดลองว่ากระบวนการทางธรรมชาติทำงานอย่างไร จากนั้นเราสามารถใช้ความรู้นั้นและเลียนแบบกระบวนการเหล่านั้นเพื่อออกแบบสิ่งใหม่ทั้งหมด"

การค้นพบนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการระดมทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและสถาบันสุขภาพแห่งชาติ