Eine gemeinsame Forschung zwischen dem Biological Actuation, Sensing, and Transport (BAST) Lab der SMU-Nanorobotikbehörde MinJun Kim und dem internationalen Forschungs- und Ingenieurunternehmen ARA hat zum ersten Mal gezeigt, dass bestimmte chemische Beschichtungen, die auf Mikro-/Nanopartikel aufgebracht werden, deren Schwimmantrieb innerhalb biologischer verändern können Flüssigkeiten.
Die gemeinsame Forschung wurde in veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.
Die Entwicklung spezialisierter Oberflächenbeschichtungen zur Erzeugung spezifischer Antriebseigenschaften wird neue Ansätze für Strategien zur Arzneimittelverabreichung bieten, so die Schlussfolgerung der Studie. Die Fähigkeit, Mikropartikel schnell zu navigieren, unterstützt den Medikamenteneinsatz, wenn die Verabreichungsgeschwindigkeit für die Genesung des Patienten entscheidend ist. Darüber hinaus ermöglicht die präzise Navigation dieser „schwimmenden“ Mikropartikel ihnen, durch komplexe Flüssigkeiten und Gewebeumgebungen zu Zielorten im menschlichen Körper zu wandern.
„Dank der Partnerschaft mit der SMU werden wir die Grenzen der Mikrorobotik-Forschung weiter verschieben und freuen uns darauf, unsere laufende Arbeit mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu teilen“, sagte Louis William Rogowski, leitender Mikrorobotik-Forscher bei ARA. „Wir fühlen uns geehrt, dass unsere gemeinsame Forschung in veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Berichte.“
Rogowski, Kim und ihre Teammitglieder konnten zeigen, dass eine Veränderung der Oberflächenchemie von Mikropartikeln das Antriebsverhalten dynamisch verändern kann.
„Wir freuen uns über die Machbarkeit chemisch beschichteter magnetischer Mikropartikel für die präzise Navigation in Körperflüssigkeitsumgebungen“, sagte Kim, Robert C. Womack-Lehrstuhlinhaber an der Lyle School of Engineering der SMU und Hauptforscher des BAST-Labors. „Wir werden weiterhin zusammenarbeiten, um eine neue Art von Mikrorobotik für gezielte Arzneimittelverabreichungssysteme zu entwickeln.“
Für diese Studie wurden Biotin, Biotin-PEG3-Amin und Biotin-Chitosan chemisch auf die Oberfläche von Mikropartikeln aufgebracht. Beschichtete Mikropartikel wurden dann in Schleim suspendiert, der aus Magenschleimen von Schweinen (Glykoproteine, die in Schleim gefunden werden) synthetisiert wurde, und mit rotierenden Magnetfeldern unter Verwendung eines spontanen symmetriebrechenden Antriebsmechanismus navigiert. Die Oberflächenbeschichtungen veränderten das Vortriebsverhalten von Mikropartikeln in Abhängigkeit sowohl von Magnetfeldeigenschaften als auch von lokalisierten Schleimeigenschaften.
Die nächsten Schritte, sagen die Forscher, umfassen das Beschichten von Mikropartikeln mit einer tatsächlichen pharmazeutischen Verbindung und das Messen der Aufnahme in lebenden Umgebungen unter Verwendung von „Schwärmen“ von Mikropartikeln oder das Untersuchen von Wechselwirkungen zwischen Zellmembranen. Das Entwerfen spezialisierter Oberflächenbeschichtungen zur Erzeugung spezifischer Antriebseigenschaften wird auch neue Ansätze für Strategien zur Arzneimittelabgabe bieten. Die Autoren hoffen, dass die Studie das Interesse an mikropartikelbasierten Antriebsmechanismen steigern und dazu beitragen wird, neuartige Innovationen für gezielte Arzneimittelabgabeanwendungen bereitzustellen.
Mehr Informationen:
Louis William Rogowski et al, Spontaner symmetriebrechender Antrieb chemisch beschichteter magnetischer Mikropartikel, Wissenschaftliche Berichte (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-21725-z