« Comme un filet de pêche », Nanonet s’effondre pour capturer des molécules de drogue


Comme-un--de-peche-Nanonet-seffondre-pour-capturer-.jpg" alt=""Wie ein Fischernetz" kollabiert Nanonet, um Drogenmoleküle einzufangen" title="a Chemische Struktur von PPSU, die das Polymerrückgrat und die Sauerstoffatome zeigt, die positive / negative (blau / rot) atomare Teilladungen tragen. b Momentaufnahme der atomistischen Simulation, die ein Gleichgewicht zwischen Auflösung und Komplementarität in DMSO für sechs PPSU20-Ketten zeigt. Der Einschub ist ein Überbau, der durch PPSU-Selbstkomplementarität gebildet wird. c PPSU-Selbstkomplementarität, die zu einer reversiblen 2D-Überstruktur mit Anreicherung von Sauerstoffatomen an der Oberfläche führt. Die Bildung von 3D-Überstrukturen wird in DMSO aufgrund der starken Abstoßung zwischen den Schichten gehemmt. d Durchschnittliche dipolare Energien pro Dipol-Dipol-Paar aus Sulfon-Sulfon und Sulfon-Lösungsmittel. Fehlerbalken repräsentieren die Standardabweichung von drei parallelen Simulationen. e Atomistischer Simulationsschnappschuss, der die Bildung eines 3D-Aufbaus durch PPSU-Bündelung in Wasser zeigt. Einschub mit Darstellung des 3D-Aufbaus mit oder ohne Wassermoleküle. Bildnachweis: Communications de la nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-18657-5 « width = » 800 « height = » 480 « />

a Structure chimique du PPSU montrant le squelette du polymère et les atomes d’oxygène qui portent des charges atomiques partielles positives / négatives (bleu / rouge). b Instantané de simulation atomistique montrant un équilibre résolution-complémentarité dans le DMSO pour six chaînes PPSU20. L’insert est une superstructure formée par l’auto-complémentarité PPSU. c L’auto-complémentarité PPSU, qui conduit à une superstructure 2D réversible avec enrichissement en atomes d’oxygène en surface. La formation de superstructures 3D est inhibée dans le DMSO en raison de la forte répulsion entre les couches. d Energies dipolaires moyennes par paire dipôle-dipôle de sulfone-sulfone et sulfone-solvant. Les barres d’erreur représentent l’écart type de trois simulations parallèles. e Instantané de simulation atomistique montrant la formation d’une structure 3D par empaquetage de PPSU dans l’eau. Insertion montrant la structure 3D avec ou sans molécules d’eau. Reconnaissance: Communication avec la nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-18657-5

Les chercheurs de l’Université Northwestern ont jeté un filet pour les nanoparticules.

L’équipe a découvert une nouvelle méthode rapide de fabrication de nanoparticules à partir d’un simple polymère auto-assemblant. Le nouveau procédé ouvre de nouvelles possibilités pour diverses applications, y compris la purification de l’eau, les diagnostics et les formulations de vaccins à génération rapide qui nécessitent généralement de nombreux types de molécules différents pour être capturés ou libérés en même temps.

Avec un de polymères qui se transforme en hydrogels (ou nanogels) à l’ nanométrique, le processus capture efficacement plus de 95% des protéines, de l’ADN ou des ingrédients actifs de faible poids moléculaire – seuls ou en combinaison. En comparaison, l’efficacité de chargement des autres systèmes de livraison de nanoparticules est généralement comprise entre 5% et 20%.

«Nous utilisons un polymère qui forme un vaste réseau dans une solution aqueuse», a déclaré Evan A. Scott de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Ensuite, nous induisons l’effondrement du Web. Il rassemble tout dans la solution et piège les produits thérapeutiques dans des véhicules de livraison de nanogel avec une efficacité très élevée. »

«Il fonctionne comme un filet de pêche qui se dilate d’abord en raison de la répulsion électrostatique, puis rétrécit lorsque vous le buvez pour attraper du« poisson »», a ajouté Fanfan Du, stagiaire postdoctoral au laboratoire de Scott.

L’article a été publié dans le magazine la semaine dernière (29 septembre) Communication avec la nature.

Scott est le professeur Kay Davis de génie biomédical à la McCormick School of Engineering dans le Nord-Ouest. Les professeurs du Nord-Ouest Monica Olvera de la Cruz et Vinayak Dravid ont rédigé l’article ensemble.

Les molécules naturelles telles que l’ADN et les peptides peuvent s’organiser rapidement et s’organiser en différentes structures. Cependant, imiter ce processus en utilisant des systèmes polymères artificiels est resté limité. Les méthodes précédemment développées pour les systèmes de délivrance de médicaments auto-organisés sont longues, laborieuses et difficiles à mettre à l’échelle. Les processus ont également tendance à être extrêmement inefficaces, aboutissant à une petite partie du médicament qui entre réellement dans le système d’administration.

« L’application clinique des nanoparticules auto-assemblées a été limitée par des difficultés d’évolutivité et de chargement de produits thérapeutiques volumineux ou multiples, en particulier les protéines », a déclaré Scott. « Nous présentons un mécanisme hautement évolutif qui peut charger de manière stable presque n’importe quelle molécule thérapeutique avec une efficacité élevée. »

L’équipe de Scott a réussi à utiliser un homopolymère de polypropylène sulfone (PPSU) qui est facilement soluble dans une solution de diméthylsulfoxyde (DMSO), mais forme des agrégats électrostatiques et hydrophiles dans l’eau. Les agrégats sont amphiphiles, ce qui les amène à s’assembler en réseaux et finalement à s’ en gels.

« Ajouter plus d’eau provoque la décomposition du réseau, entraînant la formation de nanogels », a déclaré Du. « La façon dont l’eau est ajoutée affecte la formation de la chaîne PPSU, qui modifie la taille et la structure des nanogels. »

Des simulations atomistiques – réalisées par Baofu Qiao dans le groupe Olvera de la Cruz – ont confirmé que les nanostructures étaient stabilisées par de faibles liaisons sulfone-sulfone. À l’aide de simulations à gros grains menées par Trung Dac Nguyen, stagiaire postdoctoral dans le Nord-Ouest, les chercheurs ont observé les structures de nanonets. Cela ouvre une nouvelle façon d’assembler des matériaux souples à l’aide de liaisons sulfone-sulfone.

En plus des applications d’administration de médicaments, les chercheurs pensent également que la nouvelle méthode pourrait être utilisée pour purifier l’eau. Le réseau pourrait s’effondrer pour collecter les contaminants dans l’eau, laissant derrière lui de l’eau pure.


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Plus d’information:
Fanfan Du et al., Auto-assemblage d’homopolymères d’hydrogels de poly (propylène sulfone) via des liaisons sulfone-sulfone non covalentes dynamiques, Communication avec la nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-18657-5

Fourni par Northwestern University

Citation: «  Comme un filet de pêche  », Nanonet s’effondre pour capturer des molécules de médicaments (6 octobre 2020) trouvées le 17 octobre 2020 sur https://phys.org/news/2020-10-fishing-net-nanonet-collapses-drug .html

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