Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit Utrecht hebben de parameters ontdekt die de inkapseling van medicijnen bepalen. Dit geeft meer controle over de langzame en gestage afgifte van geneesmiddelen bij patiënten. Bovendien, het ontwerpen van inkapseling voor nieuwe medicijnen zal nu veel minder experimenten vereisen, wat zorgt voor een snellere en goedkopere ontwikkeling van medicijnen. De onderzoekers geloven dat dit werk een aanzienlijke impact zal hebben op het biomedische veld en het ontwerpen van toekomstige medicijnen.

Veel medicijnen zijn hydrofoob - ze lossen niet goed op in water - wat de toediening van medicijnen bij patiënten problematisch maakt. Een mogelijke oplossing is om de medicijnen in te kapselen in kleine verpakkingen die van binnen hydrofoob (waterafstotend) en van buiten hydrofiel (wateroplosbaar) zijn. De medicijnen hopen zich op in de binnenkant van deze verpakkingen en het transport van het medicijn door het lichaam van de patiënt wordt veel gemakkelijker. De verpakkingen bestaan ​​vaak uit bijbehorende oppervlakteactieve stoffen, die farmaceutisch zijn goedgekeurd. Wanneer opgelost in water, een fysiologische oplossing, of bloed, deze moleculen oriënteren hun hydrofobe deel naar de binnenkern (met affiniteit voor de onoplosbare geneesmiddelen) en hun hydrofiele kant naar buiten, het vormen van een bolvormig 'pakket', een micel genoemd.

De verblijfplaats in een micel

Drugs op deze manier door het lichaam vervoeren is al decennia mogelijk, maar nu pas begrijpen onderzoekers welke factoren precies bepalen waar de medicijnen in de micel zich verzamelen. Deze ruimtelijke verdeling kan de afgiftesnelheid van de medicijnen in een patiënt dramatisch beïnvloeden. Sommige geneesmiddelen concentreren zich in het midden van de hydrofobe kern van de micel en komen langzaam vrij, hetgeen wenselijk is voor de medicijnopname van een patiënt. Andere geneesmiddelen verzamelen zich bij de kern-schil-interface van de micel en komen meestal snel vrij. Daarom, het regelen van de locatie van de medicijnen in de micel-inkapseling regelt de afgiftesnelheid van de medicijnen.

Een kleurstof gebruiken om drugs te volgen

Om te onderzoeken waar onoplosbare medicijnen zich verzamelen, de onderzoekers gebruikten Nile Red, een kleurstofmolecuul dat lijkt op de grootte en oplosbaarheid van typische medicijnen. De kleurstof heeft een heel slimme eigenschap:het absorbeert niet alleen een bepaalde kleur licht, maar ook die kleur is afhankelijk van de omgeving. Als de kleurstof is opgelost in zuiver water, het absorbeert licht van een andere kleur dan wanneer er ook wat alcohol in het water is opgelost. Het veranderen van de water/alcohol-verhouding is een slimme manier om een ​​goed oplosmiddel of een slecht oplosmiddel voor de kleurstof te simuleren. Dit is analoog aan het werken met een in water oplosbaar medicijn of een onoplosbaar medicijn. Door de lichtabsorptie te meten, de onderzoekers konden bepalen hoeveel kleurstof zich in de kern van de micel verzamelde en hoeveel bij de kern-schaal-interface.

Experimenten gecombineerd met computersimulaties

Om hun bevindingen te bevestigen, de onderzoekers deden computersimulaties om de locaties van de opgeloste medicijnen en de vorm van de blokcopolymeermicel te bepalen. De berekeningen onthullen de rangschikking van de componenten binnen en buiten de micel, waardoor de voorkeursregio's van het medicijn kunnen worden beoordeeld.

Uit de experimenten en berekeningen werd geconcludeerd dat het voorkeursgebied van het geneesmiddel binnen de blokcopolymeermicellen voornamelijk wordt bepaald door de concentratie en de oplosbaarheid van de geneesmiddelmoleculen in het omringende medium (water/fysiologisch medium/bloed). Als de concentratie van het medicijn lager is dan de oplosbaarheid in water van het oplosmiddel, verzamelen de medicijnmoleculen zich op het kern-schil-interface van de micel, terwijl als de concentratie boven de oplosbaarheid ligt, ze zich in de kern verzamelen.

Minder proefondervindelijk experimenteren

Het huidige onderzoek naar inkapseling van geneesmiddelen wordt gedomineerd door trial-and-error-experimenten. De resultaten die in dit onderzoek worden gerapporteerd, maken de ontwikkeling van smartdrugs eenvoudiger en goedkoper. Dit zal de bijwerkingen van therapie helpen verminderen en het creëren van gepersonaliseerde therapeutische behandelingen vergemakkelijken waarbij de afgifte van het medicijn wordt aangepast aan de individuele behoeften van de patiënt.