החוקרים הוכיחו כי מכולות למסירת תרופות מיקרוסקופיות יכולות להימנע באופן מגנטי למטרותיהם, ולקדם את התפתחות הרפואה המדויקת לטיפול במחלות כמו סרטן.
צוות רב-אוניברסיטאי בראשות ג'י פנג, פרופסור למדעי מכונות והנדסה במכללת גרינגר להנדסה באוניברסיטת אורבנה-שמפיין באוניברסיטת אילינוי, הוכיח כי ניתן להשתמש בחלקיקים מגנטיים המכוסים בשלפוחית השומנים כדי להניע את שלפוחית הנוזלים.
יצירה זו, שפורסמה בכתב העת של החברה המלכותית לכימיה ננומטוסבונה על תוצאות קודמות המראות כי ניתן להנדס שלפוחית השומנים כדי לשחרר תרופות כאשר הם מוארים באור לייזר. המערכת המתקבלת, המשלבת את שתי התוצאות, היא אב -טיפוס מקיף לדיוק ולמסירת תרופות ממוקדות.
"הפנייה של שלפוחית השומנים למסירת תרופות היא שהמבנה שלהם דומה לתא, כך שניתן יהיה ליצור אותם באינטראקציה רק עם סוגים מסוימים של תאים – יתרון משמעותי לטיפול בסרטן. אחד האתגרים למימוש כלי רכב כאלה הוא לדעת כיצד להנחות אותם לפני שאנחנו מתחילים את האתר הנכון.
ג'י פנג, פרופסור, מדע מכני והנדסה, המכללה גריינגר להנדסה, אוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין
פנג ציין כי ניתן היה להחזיר מחדש טכנולוגיות רפואיות קיימות כמו MRI כדי להניע רכבי מסירת סמים עם שדותיהם המגנטיים, מה גם ששדות אלה נועדו לחדור לגוף האדם. ניתן להשיג זאת על ידי עטיפה של חלקיק סופר -פרמגנטי בתוך רכב מסירת התרופות, כך שהוא מתקשר עם השדה המגנטי המבוקש חיצוני.
השלב הראשון ביצירת שלפוחיות השומנים הניתנות לניצוח מגנטית היה פיתוח שיטה אמינה להכנת חלקיקים מגנטיים בשלפוחית. Vinit Malik, סטודנט לתואר שני בהנדסה של אילינוי גריינגר במעבדה של פנג ובמחבר הראשי של המחקר, השתמש בשיטה של "תחליב הפוך", בו מתווספים חלקיקים מגנטיים לפיתרון של שומנים מומסים, מה שמוביל לטיפות שומנים הנוצרות סביב החלקיקים.
"לא היה ברור מה הדרך הטובה ביותר להכיל חלקיקי שומנים, כך שהיה חיפוש ספרותי גדול וקצת ניסוי וטעייה", אמר מאליק. "היינו צריכים לקבוע מה גודל החלקיקים המגנטי הטוב ביותר, ואז היינו צריכים להבין שלשיטת האמולסיה ההפוכה יש את התשואות הגבוהות ביותר עבור חלקיקים מכוסים."
בשלב הבא, החוקרים הדגימו כי שדות מגנטיים יכולים לכוון את שלפוחית השומנים. מליק פיתח פלטפורמה הניתנת להדפסת תלת מימד להעברת המגנטים בצורה מאובטחת במיקרוסקופ ולהציב את שלפוחית הפתרון בין המגנטים. על ידי התבוננות בתנועה המתקבלת, החוקרים הבחינו עד כמה המהירות השתנתה ביחס בין גודל החלקיקים המגנטיים לגודל שלפוחית. הם גם אישרו כי שלפוחית השלפוחית רק משחררת את המטען שלהם כשהם מוארים באור לייזר לאחר שעברו לסוף הערוץ המיקרו -פלואידי.
בעוד ניסויים אלה הראו כי שלפוחית השומנים נעו כצפוי בשדות מגנטיים, היה צורך להבין גם כיצד החלקיק המגנטי דוחף את שלפוחית מבפנים כדי להבין את התנהגות המכשיר כולו.
חוקרי אילינוי שיתפו פעולה עם חוקרים באוניברסיטת סנטה קלרה כדי ללמוד חישובי את הדינמיקה הפנימית של שלפוחית כדי לחזות את מהירות התנועה. בעזרת שיטת בולצמן סריג, הם הבחינו כיצד החלקיק המגנטי גורר את כל שלפוחית השלפוח כאשר הוא נע בשדה מגנטי.
"זה איפשר לנו להרחיב את הניסויים שלנו, מכיוון שקשה אחרת להתבונן או לחזות את התגובה של מערכת שלפוחית כזו", אמר מאליק. "זה נותן לנו כוח חזוי שישפר את הנחיות העיצוב ויאפשר לנו להבין את המנגנונים הפיזיים השולטים בתנועה."
חמושים בהפגנות ניסיוניות של שחרור תרופות הנגרמות על ידי אור והיגוי מגנטי, מעבדה של פנג נועדה כעת להתחיל במחקרים חוץ גופיים המדגימים כי ניתן להנחות את שלפוחית השומנים למקומות ספציפיים באמצעות נוזלים כמו דם אנושי.
"התוצאות המשולבות שלנו מניחות את הבסיס למערכת מסירת תרופות מדויקת מקיפה, ואנחנו מוכנים לחקור את השימושים הפוטנציאליים בטיפול", אמר פנג. "אנו פועלים לקראת השלב הבא: שימוש בתרופה אמיתית וביצוע מחקר חוץ גופתי במערכת מיקרו -פלואידית המדמה תכונות של סביבות ביולוגיות."
