Een groep chemische en biomedische ingenieurs van UNSW Sydney en University of Cambridge heeft de chemische stabiliteit van 'ZIF-kristallen' verbeterd, waardoor deze poreuze nanomaterialen kunnen worden gebruikt voor slimme toediening van farmaceutische medicijnen in het menselijk lichaam.

ZIF-kristallen - een afkorting van zeolitische imidazolaat-frameworks - zijn gebruikt als een exoskelet omhulsel voor een breed scala aan farmaceutische producten, van kleine geneesmiddelen tegen kanker tot grote eiwitten en enzymen.

Wat deze organische en metallische hybride verbindingen zo aantrekkelijk heeft gemaakt voor biochemische ingenieurs, is het potentieel om specifieke ziekten of locaties in het lichaam aan te pakken om het therapeutische effect te maximaliseren en de bijwerkingen sterk te verminderen.

Maar tot nu toe, de effectiviteit van het materiaal om de medicijnen die ze vervoeren te beschermen, is aangetast door hun instabiliteit zodra ze zijn blootgesteld aan zure omstandigheden in het lichaam - zoals in de maag, wanneer oraal ingenomen.

UNSW chemisch ingenieur en Scientia Fellow Kang Liang zegt dat ZIF-kristallen een groot potentieel hebben als de volgende generatie technologie voor gepersonaliseerde geneeskunde, dus er is veel belangstelling geweest om deze fout te herstellen. Gelukkig, hij en zijn collega's hebben precies dat gedaan.

"We zijn erin geslaagd om zachte biomoleculen zoals DNA, polypeptiden en enzymen om de stabiliteit van de stijve ZIF-kristallen te verbeteren, " hij zegt.

"Hiervoor hadden we het probleem waarbij het exoskelet van het ZIF-kristal zou degraderen en de medicijnen zouden lekken voordat ze het doelwit bereikten - waardoor het medicijn ineffectief zou worden."

"Onze ontdekking laat zien dat we de therapeutische moleculen die we aan het lichaam willen afleveren mogelijk kunnen inkapselen in ZIF-kristallen. Verrassend genoeg kunnen deze therapeutische moleculen de ZIF-kristallen stabiliseren, ondertussen op het zelfde moment, de ZIF-kristallen beschermen de therapieën voordat ze de doelplaats bereiken. Er is dus een wederzijds voordeel."

Het is niet alleen de geneeskunde die zal profiteren van de vooruitgang van de onderzoekers bij het stabiliseren van ZIF-kristallen. ZIF-kristallen hebben ook toepassingen als elektrodematerialen in supercondensatoren, als koolstofdioxide-opvangmateriaal in onbehandelde rookgasafvoersystemen, als moleculair scheidingsmembraan voor waterbehandeling en bij ionische zeven.

"Het concept van composietbinding dat we hebben gedemonstreerd in ZIF-kristallen is een hot gebied voor theoretisch onderzoek en technisch onderzoek, " zegt co-auteur Dr. Jingwei Hou, die aan de UNSW's School of Chemical Engineering werkte voordat hij bij Cambridge University kwam.

Hij voegt eraan toe dat de groep naast het combineren van AI- en machine learning-methoden met hun onderzoek zal kijken om de nieuwe kennis mogelijk uit te breiden met een groter scala aan zachte moleculen en poreuze kristallen.

Het werk van de groep is vandaag gepubliceerd in Chemo .