Η απροσδόκητη ανακάλυψη της Παναγίας των Παρισίων ενισχύει την ισχύ των ναρκωτικών

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Notre Dame ανακάλυψαν μια μέθοδο χαμηλού κόστους για να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα των φαρμάκων φορτώνοντάς τα σε θερμικά τροποποιημένα σωματίδια πυριτίου. Τα τροποποιημένα σωματίδια μπορούν να διατηρήσουν χημικές ουσίες και να ελέγξουν τον ρυθμό απελευθέρωσής τους, παρέχοντας έτσι μια λεωφόρο για βελτιωμένα συστήματα χορήγησης φαρμάκων και μια νέα κατανόηση της βιομεταλλοποίησης.

Μια τεχνική που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, που αναφέρεται στο περιοδικό Νανοκλίμακα προσφέρει έναν χαμηλού κόστους τρόπο ενίσχυσης της αποτελεσματικότητας των υπαρχόντων φαρμάκων.

«Αν πάρεις άμμο και τη ζεστάνεις στους 500 βαθμούς Κελσίου, τίποτα δεν αλλάζει», δήλωσε ο Μπράντλεϊ Σμιθ, καθηγητής Επιστήμης Έμιλ Τ. Χόφμαν στο Πανεπιστήμιο της Νοτρ Νταμ. Έτσι ο Smith, ο οποίος είναι επίσης διευθυντής της Ολοκληρωμένης Εγκατάστασης Απεικόνισης της Notre Dame, μπερδεύτηκε όταν ο Canjia Zhai και η Cassandra Shaffer, δύο διδακτορικοί φοιτητές στο Τμήμα Χημείας και Βιοχημείας που εργάζονταν στο εργαστήριό του, ανακάλυψαν ότι είχαν αλλάξει τη δομή των σωματιδίων του πυρίτιο – το κύριο συστατικό της άμμου – στους 80 βαθμούς Κελσίου, μια θερμοκρασία παρόμοια με αυτή ενός φλιτζανιού καφέ.

Η ανακάλυψη έγινε τυχαία. Τα σωματίδια ήταν μικροσκοπικά μικρά – ένα χιλιοστό της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας. Αλλά όπως και τα μεγαλύτερα αντίστοιχά τους που σημείωσαν «πήκτωμα πυριτίου» σε συσκευασίες που συνδέονται με νέα είδη ένδυσης, αυτά τα σωματίδια ήταν πορώδη και μπορούσαν να συγκρατήσουν μια χημική ουσία. Σε αυτή την περίπτωση, αυτή η χημική ουσία ήταν μια μπλε χρωστική που χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση όγκων σε ποντίκια.

Η νέα βαφή, η οποία είχε αναπτυχθεί στο εργαστήριο του Smith, χρειαζόταν πολύ χρόνο για να εισχωρήσει στους στενούς πόρους των σωματιδίων. Έτσι, για να κάνουν τα μόρια να κινούνται πιο γρήγορα, ο Shaffer και ο Zhai ζέσταναν το μείγμα μέχρι να βράσει και το άφησαν όλη τη νύχτα. Όταν επέστρεψαν την επόμενη μέρα, μπορούσαν να δουν ότι τα σωματίδια είχαν γίνει μπλε.

Για να επιβεβαιώσουν ότι η βαφή είχε εγχυθεί πλήρως, ο Shaffer και ο Zhai ζήτησαν τη βοήθεια των Tatyana Orlova και Maksym Zhukovskyi, ειδικών στη μικροσκοπία στην Ολοκληρωμένη Εγκατάσταση Απεικόνισης Notre Dame.

Οι Orlova και Zhukovskyi παρήγαγαν εικόνες υψηλής ανάλυσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που έδειξαν ότι όχι μόνο είχε εγχυθεί η χρωστική, αλλά και τα ίδια τα σωματίδια πυριτίου είχαν αλλάξει σχήμα. Τα αρχικά σωματίδια ήταν μοναχικές σφαίρες ελαφρά διάστικτες με πόρους σαν το δέρμα ενός πορτοκαλιού. Οι νέες δομές ήταν σφαιρικές και αποτελούνταν από μικρότερα σφαιρίδια γεμάτα με βαφή. Είχαν επίσης μικρά ανοίγματα εδώ κι εκεί που αποκάλυπταν έναν κοίλο πυρήνα μέσα. Η συνολική μονάδα έμοιαζε με ένα κοίλο βατόμουρο.

Μετά την έκπληξη της αρχικής ανακάλυψης ήρθαν μια σειρά από πρακτικά ερωτήματα. Ποιες άλλες χημικές ουσίες θα μπορούσαν να φορτώσουν οι ερευνητές σε παρόμοια σωματίδια σε σχήμα βατόμουρου; Και, το πιο σημαντικό, θα παρέμεναν ενεργές αυτές οι χημικές ουσίες ακόμα και όταν οι περιβάλλοντες δομές τους είχαν αλλάξει σχήμα;

 

Ο συνάδελφος διδακτορικός φοιτητής Τζόρνταν Τσάστιν απάντησε αυτές τις ερωτήσεις, επαναλαμβάνοντας τη διαδικασία χρησιμοποιώντας ένα φάρμακο για τον καρκίνο. Μετά από μια σειρά δοκιμών, επιβεβαίωσε ότι το φάρμακο για τον καρκίνο που φορτώθηκε στα σωματίδια ήταν ακόμα ενεργό και ικανό να σκοτώσει καρκινικά κύτταρα.

Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει ένα νέο εργαλείο για να γίνουν πιο αποτελεσματικά τα υπάρχοντα φάρμακα, είπε ο Smith.

«Αυτό που έχουμε τώρα είναι ένας τρόπος να εξετάσουμε ολόκληρο τον κατάλογο των φαρμάκων που περιέχουν αμίνες και ακολουθώντας τα απλά βήματα που ανακαλύψαμε, μπορούμε να δημιουργήσουμε νέες εκδόσεις υπαρχόντων φαρμάκων που θα μπορούσαν να είναι πιο αποτελεσματικές ή να έχουν λιγότερες ανεπιθύμητες παρενέργειες. ” αυτός είπε.

Ο Smith και οι μαθητές του ανακάλυψαν ότι οι ανεπαίσθητες αλλαγές στη διαδικασία φόρτωσης τους επιτρέπουν να αλλάξουν το πάχος των σωματιδίων, προσφέροντας μια ολόκληρη σειρά από νέες επιλογές για να ρυθμίσουν τα σωματίδια ώστε να απελευθερώνουν φάρμακα με διαφορετικούς ρυθμούς. Η μοναδική δομή του νέου σωματιδίου μπορεί επίσης να επιτρέψει τη φόρτωσή του με περισσότερα από ένα συστατικά – για παράδειγμα, ένα φάρμακο στο εξωτερικό στρώμα και μια βαφή μέσα στο “βατόμουρο” – για να ενισχύσει την ικανότητα των ερευνητών να παρατηρούν τον τρόπο με τον οποίο απελευθερώνονται τα φάρμακα.

Επιπλέον, το νέο σωματίδιο, είπε ο Smith, ρίχνει επίσης φως σε ένα ελάχιστα κατανοητό βιολογικό φαινόμενο γνωστό ως βιομεταλλοποίηση.

«Διαπιστώσαμε ότι τα φάρμακα που περιέχουν αμίνες έχουν ορισμένες χημικές ιδιότητες που επιταχύνουν τη διαδικασία αποδόμησης και αναμόρφωσης στο πυρίτιο και πιστεύουμε ότι είναι παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στη φύση», είπε. Ο Smith ανέφερε ως παράδειγμα τα διάτομα, ένα είδος μικροσκοπικού πλαγκτού, και τα ευαίσθητα γυάλινα κελύφη τους που σχηματίζονται από πυρίτιο.

«Αυτοί οι μικροοργανισμοί έχουν μηχανισμούς που τους επιτρέπουν να πάρουν άμμο και να την αναδιαμορφώσουν στο κέλυφός τους», είπε. «Και το κάνουν ξεκάθαρα σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία χρησιμοποιώντας οργανικά μόρια. Αυτό που ανακαλύψαμε είναι πιθανώς κάποια από τη χημεία πίσω από αυτή τη διαδικασία».

Καθώς ο Smith και το εργαστήριό του συνεχίζουν να καινοτομούν, εμπνέονται τόσο από τη φύση όσο και από ανακαλύψεις στο εργαστήριο. «Το γενικό μάθημα εδώ», είπε, «είναι ότι μπορούμε να ανακαλύψουμε στο εργαστήριο πώς λειτουργούν οι φυσικές διεργασίες και στη συνέχεια μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη γνώση και να μιμηθούν αυτές τις διαδικασίες για να σχεδιάσουμε κάτι εντελώς νέο».

Αναφορά: «Αναδιαμόρφωση νανοσωματιδίων πυριτίου υπό ήπιες συνθήκες: ευέλικτη μετατροπή ενός σταδίου μεσοπόρων σε κοίλα νανοσωματίδια με ταυτόχρονη φόρτωση ωφέλιμου φορτίου» από τους Cassandra C. Shaffer, Canjia Zhai, Jordan L. Chasteen, Tatyana Orlova, Maksym Zhukovskyi, και 21 Νοεμβρίου 2022, Νανοκλίμακα.
DOI: 10.1039/D2NR05528G

Αυτή η ανακάλυψη έγινε δυνατή με τη χρηματοδότηση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών και του Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.

Διαβάστε επίσης :Η κβαντική ανακάλυψη της Microsoft – Έκαναν λάθος;(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Απροσδόκητη πολυπλοκότητα των μυστηριωδών δομών του Γαλαξία(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει τις ελλείψεις σημαντικών δόσεων φαρμάκων και εμβολίων στο παρελθόν(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Απροσδόκητη πολυπλοκότητα των μυστηριωδών δομών του Γαλαξία(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει τις ελλείψεις σημαντικών δόσεων φαρμάκων και εμβολίων στο παρελθόν(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Απάντηση