Usando modelagem computacional, pesquisadores da Carnegie Mellon University, a Escola de Minas do Colorado e a Universidade da Califórnia, Davis propôs um design para um lipossoma melhor. Suas descobertas, enquanto teórico, poderia fornecer a base para a construção eficiente de novos veículos para a entrega de nanofármacos.

Os lipossomas são pequenos recipientes com conchas feitas de lipídios, o mesmo material que compõe a membrana celular. Nos últimos anos, os lipossomas têm sido usados ​​para a distribuição direcionada de fármacos. Nesse processo, a membrana de um lipossoma contendo drogas é projetada para conter proteínas que irão reconhecer e interagir com proteínas complementares na membrana de uma célula doente ou disfuncional. Depois que os lipossomas contendo a droga são administrados, eles viajam pelo corpo, idealmente conectando-se com células-alvo onde liberam a droga.

Esta técnica de embalagem é frequentemente usada com nanodármacos altamente tóxicos, como drogas quimioterápicas, em uma tentativa de evitar que a droga livre danifique as células não cancerosas. Contudo, estudos desse modelo de entrega mostraram que, em muitos casos, menos de 10% das drogas transportadas pelos lipossomas acabam nas células tumorais. Muitas vezes, o lipossoma se quebra antes de atingir uma célula tumoral e a droga é absorvida pelos órgãos do corpo, incluindo o fígado e o baço, resultando em efeitos colaterais tóxicos.

"Mesmo com as formas atuais de administração de drogas direcionadas, tratamentos como a quimioterapia ainda são muito brutais. Queríamos ver como poderíamos melhorar a distribuição direcionada de medicamentos, "disse Markus Deserno, professor de física na Carnegie Mellon e membro do Center for Membrane Biology and Biophysics da universidade.

Em um artigo publicado em ACS Nano , Deserno e colegas propõem que a distribuição direcionada da droga pode ser melhorada pela produção de lipossomas mais estáveis. Usando três tipos diferentes de modelagem de computador, eles mostraram que os lipossomas podem se tornar mais resistentes incorporando um núcleo de nanopartículas feito de um material como ouro ou ferro e conectando esse núcleo à membrana do lipossoma usando amarras de polímero. O núcleo e as amarras atuam como um andaime semelhante a um cubo e um sistema absorvedor de choque que ajuda o lipossoma a resistir às tensões e tensões que encontra enquanto viaja pelo corpo até seu alvo.

Francesca Stanzione e Amadeu K. Sum, da Colorado School of Mines, conduziram uma simulação refinada que examinou como as amarras de polímero ancoram a membrana do lipossoma em um nível atomístico. Roland Faller, da UC Davis, fez uma simulação em mesoescala que parecia uma série de cordas presas a um pequeno pedaço de membrana. Cada uma dessas simulações permitiu aos pesquisadores olhar para componentes menores do lipossoma, núcleo de nanopartículas e amarras, mas não toda a estrutura.

Para ver toda a estrutura, Deserno e Mingyang Hu de Carnegie Mellon desenvolveram um modelo de granulação grossa que representa agrupamentos de componentes em vez de átomos individuais. Por exemplo, um lipídio na membrana celular pode ter 100 átomos. Em uma simulação de grão fino, cada átomo seria representado. Na simulação de grãos grossos de Deserno, esses átomos podem ser representados por apenas três peças em vez de 100.

"É inviável olhar para a construção completa em um nível atomístico. Há muitos átomos a serem considerados, e a escala de tempo é muito longa. Mesmo com o supercomputador mais avançado, não teríamos o poder de executar uma simulação em nível de átomo, "Deserno disse." Mas a física que importa não é localmente específica. É mais como a física da matéria mole, que pode ser descrito em uma resolução muito mais grosseira. "

A simulação de Deserno permitiu aos pesquisadores ver como toda a construção do lipossoma reforçado respondia ao estresse e à tensão. Eles propuseram que, se um lipossoma recebesse o hub e as amarras do tamanho certo, sua membrana seria muito mais resistente, dobrar para absorver o impacto e a pressão.

Adicionalmente, eles foram capazes de simular a melhor forma de montar o lipossoma, hub e sistema tether. Eles descobriram que, se o hub e a corrente forem anexados e colocados em uma solução de lipídios, e as condições do solvente são adequadamente escolhidas, um lipossoma de tamanho correto se auto-montaria em torno do hub e das amarras.

Os pesquisadores esperam que os químicos e desenvolvedores de medicamentos um dia sejam capazes de usar suas simulações para determinar o tamanho do núcleo e das amarras de polímero que eles precisam para proteger com eficácia um lipossoma projetado para entregar um medicamento específico ou outra nanopartícula. O uso de tais simulações pode restringir os parâmetros de projeto, agilizar o processo de desenvolvimento e reduzir custos.