Een opkomend hydrogelmateriaal met het vermogen om af te breken en spontaan te hervormen in het maagdarmkanaal, zou onderzoekers kunnen helpen bij het ontwikkelen van effectievere methoden voor orale toediening van geneesmiddelen.

"De meeste medicijnen en voedingsstoffen worden in de darmen in het lichaam opgenomen, maar om er te komen, ze moeten de maag doorkruisen - een zeer zure, ruwe omgeving die kan interfereren met de actieve moleculen in geneesmiddelen, " zegt Kelly Schultz, een universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering aan de P.C. Rossin College of Engineering en Toegepaste Wetenschappen.

Schultz en vierdejaars chemische technologie Ph.D. student Nan Wu bestudeert covalente aanpasbare hydrogels (CAH's), die zijn ontworpen om moleculen af ​​​​te geven wanneer ze polymeer in de maag verliezen, maar dan vanzelf opnieuw geleren, die de moleculen beschermt en hen in staat stelt actief te blijven voor gerichte levering in de darmen. Het microreologieonderzoek van het team is te zien in een artikel en een afbeelding op de binnenkant van de omslag in de huidige uitgave van: Zachte materie .

Om het materiaal te karakteriseren en inzicht te geven in zijn farmaceutisch potentieel, Wu heeft een microfluïdisch apparaat dat oorspronkelijk in het laboratorium van Schultz is ontwikkeld voor onderzoek naar stoffen en thuisverzorgingsproducten, hergebruikt om een ​​"GI-kanaal-op-een-chip" te creëren. De experimentele opstelling stelt haar in staat om de vloeibare omgeving rond de gel uit te wisselen om de pH-omgeving van alle organen in het maagdarmkanaal na te bootsen, simuleren hoe het materiaal in de loop van de tijd zou reageren als het wordt ingenomen.

Met behulp van microreologie, Wu verzamelt microscopiegegevens en meet hoeveel deeltjes in de gel wiebelen, waarbij sommige experimenten uren duren en andere dagen, afhankelijk van het spijsverteringsorgaan dat ze repliceert. Wu volgt de deeltjes met behulp van een algoritme dat wetenschappelijk zinvolle informatie oplevert over de eigenschappen van het materiaal, die oorspronkelijk werd ontwikkeld door de Universiteit van Colorado bij Boulder-professor Kristi S. Anseth.

"CAH's vertonen een ongewone spontane hergelering die echt verrassend is, "zegt Schultz. "Normaal gesproken, gels zullen niet degraderen en vervolgens hervormen zonder enige toegevoegde stimuli, zoals deze doen. We hebben de levensvatbaarheid van CAH's aangetoond als middel voor orale toediening van medicijnen en voedingsstoffen, en nu beginnen we te werken aan onderzoeken naar moleculaire afgifte en voegen we andere componenten toe om de experimenten complexer te maken."

Wu heeft deze materialen gedurende haar hele Ph.D. studie, zegt Schultz. "Ze doet geweldig werk en is vastbesloten om elk aspect van het onderzoek te begrijpen."

Het onderzoekslab van Schultz richt zich op de karakterisering van colloïdale en polymere gel-scaffolds en de ontwikkeling van nieuwe technieken om deze complexe systemen te karakteriseren, die een belangrijke rol spelen op gebieden als gezondheidszorg en consumentenproducten.

"Wat we doen in biomaterialen is enigszins uniek:er is veel werk aan de crosslinking-chemie en het daadwerkelijk ontwikkelen van deze materialen, en er is veel dieronderzoek dat ze implanteert en test, maar er is niet zoveel werk in het midden. Er ligt veel mysterie tussen het ontwerpen van een materiaal en het begrijpen wat er gebeurt als het werkt. We proberen nieuwe manieren te vinden om te repliceren wat er in een dier of een persoon gaande is en belangrijke metingen te verzamelen om de punten met elkaar te verbinden en verdere studies te informeren."