گروهی از محققان آمریکایی نشان داده‌اند که می‌توان دو جزء حساس در برابر تغییرات pH را در یک زنجیره پلیمری وارد کرده و سپس آنها را به شکل نانوذرات با پاسخ دوگانه درآورد به‌طوری‌که آنها بتوانند مولکول‌های کوچک آبگریز و پروتئین‌های بزرگ را کپسوله کنند.
رهایش هدفمند با استفاده از نانوذرات پاسخگوی دوگانه
بسیاری از نانوساختارها به تغییرات محیطی همچون دما، pH، یا قطبیت حلال پاسخ می‌دهند. یکی از عرصه‌های بسیار جذاب فناوری نانو استفاده از ویژگی پاسخگویی این نانوساختارها در دو زمینه زیر است: تولید مواد نانومقیاس «هوشمند»؛ به عنوان مثال می‌توان از این مواد در سطوح خودترمیم یا تغییرات ساختاری برگشت‌پذیر در مواد خودآرا بهره برد.
رسانش هدفمند و کنترل شده مواد دارویی یا تشخیصی در مقیاس سلولی.
حال گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو به رهبری آداه آلموتایری نشان داده‌اند که می‌توان دو جزء حساس در برابر تغییرات pH (یک سوئیچ حلالیت pH و یک گروه ناپایداری pH) را در یک زنجیره پلیمری وارد کرده و سپس آنها را به شکل نانوذرات با پاسخ دوگانه درآورد به‌طوری‌که بتوانند مولکول‌های کوچک آبگریز و پروتئین‌های بزرگ را کپسوله کنند.
این پژوهشگران یافته‌های خود را در مجله ACS Nano منتشر کرده‌اند. آنها در این مقاله عملکرد این نانوذرات دوگانه را تنظیم دقیق رهایش بار خود و تجزیه شدن پس از رهایش توصیف کرده‌اند.
بنا بر گفته آلموتایری، آنها فرض را بر این گذاشتند که تولید سامانه‌ای که دو یا چند مکانیسم پاسخی از خود نشان می‌دهد، می‌تواند تنظیم دقیق‌تر این پاسخ را در برابر محرک pH امکان‌پذیر سازد.
به‌همین ترتیب آنها یک کوپلیمر با دو پاسخ مختلف در برابر تغییرات pH تولید کردند که از دو مکانیسم مختلف بهره می‌برد: توانایی تغییر ویژگی از آبگریزی به آبدوستی (مثل پلی بتا آمینو استرها) و آغاز هیدرولیز کاتالیز شده اسید-باز (استفاده از یک جزء کتال).
این نانوذرات شبیه یک گیت منطقی AND عمل می‌کنند. بخش بتاآمینو استری به عنوان سوئیچ حلالیت در برابر تغییرات pH عمل می‌کند. زمانی که این سوئیچ در حالت «روشن» قرار دارد، بخش کتالی نیز فعال شده (حالت ON) و هیدرولیز سریع اسیدی را انجام می‌دهد.
محققان برای تولید این نانوذرات از پلی بتاآمینواستر کتال ۲ بهره بردند که در محلول اسیدی ملایم با pH بین ۵ تا ۵/۶ آبدوست شده و در نتیجه موجب می‌شود بخش کتالی واکنش هیدرولیز را تسریع نماید. زنجیره آمینی در پاسخ به کاهش pH یک تغییر آبگریز-آبدوست سریع را متحمل می‌شود. این امر منجر به افزایش جذب آب (انحلال توده‌ای) و در نتیجه افزایش هیدرولیز کتال (تجزیه سطحی) می‌گردد. بدین ترتیب یک عامل محرک (کاهش pH) موجب شروع دو فرایند متفاوت و مکمل می‌شود.
این نانوذرات در pH فیزیولوژیکی سالم به مدت ۲۴ ساعت پایدار بودند و با کاهش pH به سطح اندوزومی (pH=5)، به سرعت تجزیه شده و به‌طور همزمان محتوای خود را رها می‌کنند.
آلموتایری نتیجه می‌گیرد که این سامانه می‌تواند حامل دارویی نویدبخشی برای رهایش هدفمند مولکول‌های آبدوست و آبگریز باشد.
