Stabiele metalen organische raamwerken worden gewaardeerd om hun vermogen om koolstofdioxide op te vangen of atmosferisch water te oogsten, maar UM-onderzoekers hebben een gebruik ontwikkeld voor onstabiele metalen organische raamwerken:als een systeem voor medicijnafgifte.

Negentig procent van de medicijnen in ontwikkeling lossen niet goed of helemaal niet op in het lichaam, volgens een onderzoek uit 2012. Metalen organische raamwerken, of MOF's, zijn stijf, poreuze structuren samengesteld uit metaal verbonden door organische liganden. Tijdens het onderzoeken van onstabiele MOF's, U-M-chemicus Adam Matzger realiseerde zich dat ze zouden kunnen werken als een afgiftesysteem voor dit soort medicijnen.

"Het viel ons op dat terwijl iedereen op stabiele MOF's fotografeerde, we konden wat we hadden geleerd over de instabiliteit van MOF's gebruiken om een ​​afbreekbare stof te krijgen die snel medicijnen zou afgeven. Het was een heel onverwachte bevinding, " zei Matzger, de Charles G. Overberger Collegiate Professor of Chemistry en een professor in macromoleculaire wetenschappen en techniek.

Het MOF-afgiftesysteem maakt gebruik van één strategie voor het afleveren van onoplosbare geneesmiddelen, zegt Matzger. De strategie is om ze in amorfe vorm aan te leveren, wat betekent dat de medicijnen niet kristalliseren. Zodra de medicijnverbindingen kristalliseren, ze worden minder oplosbaar - en daarom minder biologisch beschikbaar, wat betekent dat er minder van het medicijn in de bloedbaan terechtkomt.

MOF's zijn in staat om deze medicijnen in een amorfe staat te houden vanwege hun poreuze structuur. Vooral MOF-5 ziet eruit als een set op elkaar gestapelde kubussen:stel je een eindeloos herhalend 3D-raster voor. Wanneer de onderzoekers een medicijn in dit raster laden, de poriën in de MOF compartimenteren de medicijnmoleculen, het houden van de verbinding in de gewenste amorfe toestand.

Onderzoekers hebben eerder polymeren gebruikt om geneesmiddelverbindingen in een amorfe toestand te houden, maar medicijnmoleculen kunnen nog steeds migreren en kristalliseren in het polymeer, wat de oplosbaarheid beïnvloedt en dus hoeveel van een geneesmiddel biologisch beschikbaar is. Omdat MOF medicijnmoleculen stevig uit elkaar houdt, maar snel ontleedt, medicijndosering is gemakkelijk te controleren, zegt Matzger. De verbinding zelf komt in de bloedbaan terecht, terwijl de MOF in het lichaam uiteenvalt.

De onderzoekers, waaronder postdoctoraal fellow Kuthuru Suresh, besloten om MOF-5 te gebruiken om een ​​paar redenen. Eerst, de metalen component is zink, een metaal met een lage toxiciteit dat in veel supplementen wordt gebruikt, en de organische component is een zuur dat tereftaalzuur wordt genoemd. Tweede, MOF-5 is relatief onstabiel, die de onderzoekers demonstreerden in afzonderlijk werk dat de stabiliteit van verschillende MOF's onderzocht.

"Wat we hier doen, is dat we de oplosbaarheid verhogen en tegelijkertijd de stabiliteit van de dosering garanderen, " zei Matzger. "Deze benadering is relatief universeel. We laten het zien voor drie medicijnen, maar het feit dat de poriën te klein zijn om een ​​kristal te laten vormen, geldt voor alle medicijnen."