Using mechanobiological mimicry of red blood cells to extend circulation times of hydrogel microparticles — PNAS

Using mechanobiological mimicry of red blood cells to extend circulation times of hydrogel microparticles
Timothy J. Merkela, Stephen W. Jonesb, Kevin P. Herlihya, Farrell R. Kerseyc, Adam R. Shieldsd, Mary Napiera,c,e,f, J. Christopher Lufta,c,e,f, Huali Wug, William C. Zambonic,e,g,h, Andrew Z. Wangc, James E. Bearb,c,i, and Joseph M. DeSimonea,c,e,f,g,j,k,l,1

+ Author Affiliations

aDepartment of Chemistry,
bCell and Developmental Biology,
cLineberger Comprehensive Cancer Center,
dPhysics,
eCarolina Center of Cancer Nanotechnology Excellence,
fInstitute for Nanomedicine,
gEschelman School of Pharmacy,
hInstitute for Pharmacogenomics and Individualized Therapy,
iHoward Hughes Medical Institute,
jInstitute for Advanced Materials, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599;
kDepartment of Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University, Raleigh, NC 27695; and
lSloan–Kettering Institute for Cancer Research, Memorial Sloan–Kettering Cancer Center, 1275 York Avenue, New York, NY 10065

Edited by Chad A. Mirkin, Northwestern University, Evanston, IL, and approved November 22, 2010 (received for review July 9, 2010)

Abstract
It has long been hypothesized that elastic modulus governs the biodistribution and circulation times of particles and cells in blood; however, this notion has never been rigorously tested. We synthesized hydrogel microparticles with tunable elasticity in the physiological range, which resemble red blood cells in size and shape, and tested their behavior in vivo. Decreasing the modulus of these particles altered their biodistribution properties, allowing them to bypass several organs, such as the lung, that entrapped their more rigid counterparts, resulting in increasingly longer circulation times well past those of conventional microparticles. An 8-fold decrease in hydrogel modulus correlated to a greater than 30-fold increase in the elimination phase half-life for these particles. These results demonstrate a critical design parameter for hydrogel microparticles.

Using mechanobiological mimicry of red blood cells to extend circulation times of hydrogel microparticles — PNAS

Footnotes
1To whom correspondence should be addressed at: 257 Caudill Labs, The University of North Carolina at Chapel Hill, Department of Chemistry, CB#3290, Chapel Hill, NC 27599-3290. E-mail: desimone@unc.edu. Author contributions: T.J.M., S.W.J., A.R.S., M.N., A.Z.W., J.E.B., and J.M.D. designed research; T.J.M., S.W.J., K.P.H., F.R.K., A.R.S., and J.C.L. performed research; T.J.M., H.W., and W.C.Z. analyzed data; J.E.B. contributed new reagents/analytic tools; and T.J.M. wrote the paper.

Conflict of interest statement: The authors declare competing financial interest. Joseph DeSimone is a founder, member of the board of directors, and maintains a financial interest in Liquidia Technologies. Liquidia was founded in 2004 to commercialize PRINT technology and other discoveries of Professor Joseph DeSimone and colleagues at the University of North Carolina, Chapel Hill.

This article is a PNAS Direct Submission.

This article contains supporting information online at www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1010013108/-/DCSupplemental.



HEMATOLOGÍA
Actualidad Ultimas noticias - JANOes y agencias -
La flexibilidad de los glóbulos rojos podría abrir la vía al desarrollo de fármacos más eficaces
JANO.es y agencias · 11 Enero 2011 15:50

El descubrimiento puede resultar útil en las investigaciones que trabajen para mejorar las partículas biocompatibles en medicina y administración de medicamentos.



La flexibilidad de los glóbulos rojos podría abrir la vía al desarrollo de fármacos más eficaces, según un estudio de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Estados Unidos, que se publica en la edición digital de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Para crear partículas que circulen en el cuerpo el tiempo suficiente para administrar fármacos o eliminar células cancerígenas, los investigadores han buscado tradicionalmente optimizar las características de tamaño, forma y superficie. Hasta ahora, los investigadores ponían menos atención en una de las características más extraordinarias de los glóbulos rojos: su flexibilidad.

Los científicos, dirigidos por Joseph M. DeSimone, fabricaron una serie de partículas de polímeros de hidromel que se parecían a glóbulos rojos de ratón en tamaño y forma, pero que variaban en los grados de deformabilidad.

Los autores inyectaron las partículas en dispositivos artificiales y en animales vivos y descubrieron que las partículas más flexibles se mantenían más tiempo en circulación en comparación con las partículas convencionales. Los tiempos de circulación aumentaban con la mayor flexibilidad, entre varias horas y varios días, y las partículas rígidas se veían atrapadas con rapidez en los estrechos capilares de los pulmones y otros órganos.

Los descubrimientos sugieren que los investigadores que trabajen para mejorar las partículas biocompatibles en medicina y administración de fármacos deberían tener en cuenta la flexibilidad como un parámetro clave en el diseño de estas partículas.


PNAS (2010); doi: 10.1073/pnas.1010013108
Using mechanobiological mimicry of red blood cells to extend circulation times of hydrogel microparticles — PNAS

Universidad de Carolina del Norte
Home | The University of North Carolina at Chapel Hill

Actualidad Ultimas noticias - JANOes y agencias - La flexibilidad de los globulos rojos podria abrir la via al desarrollo de farmacos mas eficaces - JANO.es - ELSEVIER