Os bioengenheiros podem ser capazes de usar as propriedades mecânicas exclusivas das células doentes, tais como células cancerosas metastáticas, para ajudar a melhorar a entrega de tratamentos com drogas às células-alvo, de acordo com uma equipe de pesquisadores da Penn State.

Muitos laboratórios em todo o mundo estão desenvolvendo com base em nanopartículas, sistemas de distribuição de drogas para direcionar seletivamente os tumores. Eles contam com um sistema de chave e fechadura no qual as chaves de proteína na superfície da nanopartícula se encaixam nas fechaduras de uma proteína altamente expressa na superfície da célula cancerosa. A membrana celular então envolve a nanopartícula e a ingere. Se uma quantidade suficiente de nanopartículas e sua carga de drogas for ingerida, a célula cancerosa morrerá.

A força adesiva da fechadura e da chave é o que leva a nanopartícula para a célula, disse Sulin Zhang, professor de ciências da engenharia e mecânica.

"É quase universal que sempre que houver uma força motriz para um processo, sempre há uma força resistiva, "Zhang disse." Aqui, a força motriz é bioquímica - a interação proteína-proteína. "

A força resistiva é o custo da energia mecânica necessária para a membrana envolver a nanopartícula. Até agora, os bioengenheiros apenas consideraram a força motriz e projetaram nanopartículas para otimizar as interações químicas, uma estratégia de segmentação chamada "quimio-segmentação". Zhang acredita que eles também devem levar em consideração a mecânica das células para projetar nanopartículas para alcançar um direcionamento aprimorado, que forma uma nova estratégia de segmentação chamada "mecanotargeting".

"Essas duas estratégias de direcionamento são complementares; você pode combinar quimio-direcionamento e mecanosegmentação para atingir todo o potencial de agentes terapêuticos e diagnósticos baseados em nanopartículas, "Disse Zhang." O fato é que a eficiência da seleção de alvos requer um equilíbrio delicado entre as forças motrizes e de resistência. Por exemplo, se houver muitas chaves na superfície das nanopartículas, embora essas chaves interajam apenas fracamente com os bloqueios não correspondentes nas células normais, estes fracos, interações fora do alvo ainda podem fornecer energia de adesão suficiente para que as nanopartículas penetrem na membrana celular e matem as células saudáveis. "

Por outro lado, se a energia de adesão não for alta o suficiente, a nanopartícula não entrará na célula.

Em "Mechanotargeting:Mechanics-dependente Cellular Uptake of Nanoparticles, "publicado online antes da impressão no jornal Materiais avançados , Zhang e a equipe relatam os resultados de experimentos com células cancerosas cultivadas em hidrogéis de rigidez variável. Em hidrogéis moles, as células permaneceram coesas e benignas e experimentaram um estresse quase constante que limitou a absorção das nanopartículas. Mas em hidrogéis rígidos, as células tornaram-se metastáticas e adotaram uma forma tridimensional, oferecendo mais área de superfície para as nanopartículas aderirem, e ficou menos estressado. Sob esta condição, as células ocuparam cinco vezes o número de nanopartículas que as células benignas.

"As nanopartículas são fluorescentes, então contamos o número de nanopartículas que entram na célula pela intensidade da fluorescência. Descobrimos que nas células malignas a intensidade é cinco vezes maior, "Zhang disse." Isso prova que a segmentação mecânica funciona. "