Thiết kế hạt nano thông thường không cho phép chia tỉ lệ bởi chúng phải được định hình trước và sau đó đóng gói các phân tử thuốc bên trong hay gắn kết hóa học các phân tử thuốc vào hạt nano. Những cố gắng để bổ sung thêm thuốc vào cấu trúc này khiến việc hoàn thiện hạt nano trở nên khó khăn hơn.

Để vượt qua những giới hạn vừa nêu, Jeremiah Johnson - phó giáo sư hóa học tại MIT đã tạo ra các khối tạo dựng hạt nano và các khối này chứa loại thuốc yêu cầu. Với tên gọi "polymer hóa đồng loạt ngay từ đầu", phương pháp tiếp cận này cho phép các nhà nghiên cứu tích hợp nhiều loại thuốc vào trong một hạt nano đơn và kiểm soát lượng thuốc chính xác của mỗi loại.

Phó giáo sư Johnson cho biết: "Đây là phương pháp mới để chế tạo các hạt nano ngay từ đầu. Nếu tôi muốn một hạt nano chứa 5 loại thuốc, tôi chỉ việc lấy 5 khối tạo dựng chứa loại thuốc mong muốn và ghép vào hạt. Về cơ bản, không có giới hạn về số lượng thuốc bạn có thể thêm vào hạt và tỉ lệ thuốc mà hạt có thể đem theo chỉ phụ thuộc vào cách chúng được trộn với nhau ngay từ đầu."

Bên cạnh thuốc, mỗi khối tạo dựng chứa một đơn vị liên kết cho phép nó dễ dàng kết nối với các khối tạo dựng khác và một hợp chất bảo vệ để đảm bảo thuốc vẫn được giữ nguyên trạng cho đến khi xâm nhập tế bào. Phương pháp trên không chỉ cho phép các khối tạo dựng chứa thuốc khác nhau được ghép vào nhiều cấu trúc đặc trưng mà còn cho phép mỗi loại thuốc được giải phóng độc lập trong tế bào thông qua các cơ chế kích hoạt riêng.

Hạt nano được thiết kế để giải phóng doxorubicin dưới ánh sáng cực tím, trong hình: tế bào ung thư buồng trứng chuyển màu đỏ khi doxorubicin liên tục được tiết ra theo thời gian.​

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các hạt nano chứa 3 loại thuốc thường được dùng để điều trị ung thư buồng trứng bao gồm doxorubicin, cisplatin và camptothecin trên các tế bào ung thư trong phòng thí nghiệm. Các kết quả đã cho thấy khả năng của các hạt nano mới khi chúng đã tiêu diệt các tế bào ung thư ở tỉ lệ cao hơn so với những hạt nano chứa ít thuốc hơn.

"Chúng tôi nghĩ đây là thí nghiệm về hạt nano đầu tiên có thể chứa một lượng thuốc chính xác của 3 loại thuốc và có thể phân phối thuốc tương ứng với 3 cơ chế kích hoạt khác nhau," Johnson nói. Trong trường hợp này, cisplatin trong hạt nano đã được đưa ngay lập tức đến tế bào và nó phản ứng trước sự hiện diện của một chất chống oxy hóa tìm thấy trong tế bào ung thư buồng trứng với tên gọi glutathione. Khi hạt nano gặp phải một enzyme tế bào có tên esteraza, nó giải phóng loại thuốc thứ 2 là camptothecin. Cuối cùng, khi được phơi dưới ánh sáng cực tím, doxorubicin được kích hoạt, chỉ để lại các tàn dư có thể phân hủy sinh học của hạt nano.

Các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp này tiềm năng có thể được sử dụng để kết nối hàng trăm khối tạo dựng nhằm tạo ra một loại hạt nano chứa nhiều loại thuốc và mở đường cho các loại hình điều trị ung thư mới, không gây tác dụng phụ như phương pháp hóa trị truyền thống. Nhóm nghiên cứu tại MIT hiện đang tìm cách cải tiến các hạt nano để nó có thể đem theo 4 loại thuốc và bắt đầu thử nghiệm chữa trị các tế bào ung thư trên động vật.