自组装“毛”纳米粒子可以给癌症一种双重打击

“毛”纳米粒子用感光材料,组装自己终有一天会成为“nano-carriers”提供医生同时引入的新方法治疗药物和抗癌热成肿瘤。这是一个潜在的应用新技术,结合研发光敏和吸水材料成为高分子nano-reactors创建photo-responsive金纳米粒子。

特定波长的光使纳米粒子组装和拆卸,允许动态组织智能纳米粒的体外药物释放。包括化疗分子的纳米结构组装时,肿瘤分子可能会卷入,然后发布与应用程序的更短的波长的光通过photo-cleavage触发拆卸。

除了这样一个动态自组装和拆卸,化疗的封装和释放分子也可以通过可逆共价键抗癌药物的聚合物“毛”坐落在纳米颗粒的表面。和通过吸收相同的光触发药物释放,金纳米粒子也可以热癌症细胞,提供了一个双重打击。

在广泛的其他应用程序,纳米粒子自组装过程也可能是由环境因素包括温度、pH值或溶剂极性的合理设计聚合物的毛发。在这项研究中,金纳米粒子被使用,但是这个过程也可以使自组装纳米粒子从各种金属和金属氧化物。通过调整纳米粒子的表面吸水聚合物包含近红外响应组件,药物释放可以被执行在活的有机体内。

球形金纳米粒子可以替换为更复杂的形状的纳米材料,如中空纳米颗粒、纳米棒、纳米管——呈现更好的吸收近红外光穿透生物组织。没有测试这些纳米粒子已经完成到目前为止在活细胞或生物体。

这项研究是由美国空军科学研究办公室和美国国家科学基金会,并报道1月31日的《华尔街日报》的早期版本美国国家科学院院刊》上。来自乔治亚理工学院的材料科学家和华南理工大学合作的论文。

“我们设想,这些photo-responsive polymer-capped金纳米粒子有一天作为药物输送到体内nano-carriers使用装配和拆卸的健壮和可逆过程,”说Zhiqun林佐治亚理工学院教授材料科学与工程学院。“用于癌症治疗,这一过程可能会增加治疗的影响通过加热癌细胞,而药物化合物引入肿瘤。”

光下,对光敏感的组装纳米粒子分离一段时间速度可以控制的强度和波长的光。“因为拆卸可以开启和关闭,我们可以提供一个定时释放药物的控制短波长曝光,”林说。

毛茸茸的纳米粒子周围制造一个小核心的beta-cyclodextrin聚合物链的聚(acrylicacid) -block-poly (7-methylacryloyloxy-4-methylcoumarin) (PAA-b-PMAMC)增长。材料吸引了水溶性金属前体,使用聚合物毛发内的空间作为nano-reactors形成金纳米粒子。

这些内在结构——这是亲水聚合物PAA -研究人员添加头发由疏水单体MAMC。这些材料对光线很敏感,导致纳米粒子自组装通过photo-dimerization过程-交联时受到光的波长365纳米。

可以可靠地装配过程逆转使用更短的波长254纳米的需求。

“一旦相邻的金纳米粒子的聚合物链开始photo-crosslink,他们一起把纳米颗粒通过自组装过程产生大的纳米粒子的组装,”林说。“这个过程是完全可逆的,可以反复在许多周期。”

研究小组将染料分子的自组装纳米粒子模拟将会做什么,然后释放化疗药物。磁性氧化物材料纳入纳米粒子允许组件可以由外部磁铁定向到肿瘤部位,并诊断成像还可以支持。

药物的活动之外,电浆的影响金纳米粒子可以加热纳米颗粒时受光,通过第二个路线攻击癌细胞。

除了潜在的医疗用途,自组装技术可以应用在光学、光电子学、磁技术、传感材料和设备、催化和纳米技术。这项技术也可能导致结晶动力学的新基础研究,利用自组装过程创造“人工晶体”由聚合物链。

林的实验室一直从事两亲性星形块聚合物好几年了,添加新的功能,探索纳米系统的新功能。

”我们的工作提供了一个设计策略,允许的操作外块,内块星形块丙烯,”他说。“我们的基本贡献在这工作是明智而审慎地准备一个星形的块内的丙烯块有能力配合金属前体而外块允许photo-responsive材料互动,进而呈现photo-responsive金纳米粒子的制作light-enabled可逆的和可靠的自组装”。

研究小组包括一璜陈,与佐治亚理工学院和华南理工大学;Zewei Wang实证,他年轻的小君Yoon Jaehan荣格,佐治亚理工学院,Guangzhao张从华南理工大学。

这项工作是由美国空军科学研究办公室(格兰特fa9550 - 16 - 1 - 0187)和美国国家科学基金会(土木、机械和制造创新拨款1562075和1562075;部门的材料研究资助1709420)。任何意见、发现和结论或建议用这种材料的作者(年代),不一定反映的意见赞助商。

引用:陈一璜,et al .,“Light-enabled可逆的自组装和可调稳定的纳米粒子的光学性质,”(《美国国家科学院学报》,2018年)。http://www.pnas.org/content/early/2018/01/30/1714748115。