Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, Zweden, hebben een protonenval ontwikkeld die organische elektronische ionenpompen nauwkeuriger maakt bij het toedienen van medicijnen. De nieuwe techniek kan bijwerkingen van medicijnen verminderen, en op lange termijn, ionenpompen kunnen patiënten helpen met symptomen van neurologische aandoeningen waarvoor geen effectieve behandelingen beschikbaar zijn. De resultaten zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Ongeveer 6% van de wereldbevolking lijdt aan neurologische aandoeningen zoals epilepsie, Ziekte van Parkinson, en chronische pijn. Echter, momenteel beschikbare methoden voor medicijnafgifte - voornamelijk tabletten en injecties - plaatsen het medicijn op locaties waar het niet nodig is. Dit kan leiden tot bijwerkingen die schadelijk zijn voor de patiënt.

"Organische elektronische ionenpompen hebben een enorm potentieel voor gebruik bij de behandeling en diagnose van neurologische ziekten. Ze zouden op een vergelijkbare manier kunnen werken als de insulinepompen die al in gebruik zijn, maar lever het medicijn rechtstreeks in het zenuwstelsel. Onze meest recente ontdekking is een protonenval die de geleverde hoeveelheid nog nauwkeuriger maakt, " zegt Daniël Simon, universitair hoofddocent aan het Laboratorium voor Organische Elektronica, Afdeling Wetenschap en Technologie aan de Universiteit van Linköping.

De onderzoeksgroep van Daniel Simon heeft eerder een organische elektronische ionenpomp ontwikkeld met uitstroomopeningen zo klein als 20 x 20 micrometer. Dergelijke apparaten moeten kunnen worden geïmplanteerd om medicijnen precies op de gewenste locatie in het zenuwstelsel af te geven. De wetenschappers hopen dat het mogelijk wordt om de ionenpomp te gebruiken om de ontwikkeling van neurologische symptomen te ontdekken en te stoppen voordat de patiënt ze opmerkt.

Eerdere experimenten werden uitgevoerd op plakjes muizenhersenen, met de van nature voorkomende signaalstof GABA (gamma-aminoboterzuur) als actief medicijn. GABA is een remmende signaalstof die van nature in de hersenen voorkomt. Wanneer de hoeveelheid GABA toeneemt, zenuwcellen hebben minder kans om zenuwimpulsen door te geven aan de volgende cel. Een neurologische aanval, zoals bij epilepsie, waarin de zenuwcellen van de hersenen overactief worden, wordt op deze manier voorkomen. Wanneer de ionenpomp is geconfigureerd om GABA van een elektrolytreservoir buiten het lichaam naar de gewenste locatie in het zenuwstelsel te transporteren, een kleine spanning wordt gebruikt, die het positief geladen GABA door een transportkanaal "pompt". De methode staat bekend als elektroforese. Echter, positieve waterstofionen, protonen, van de elektrolytoplossing begeleiden de GABA door het kanaal. Dit leidt tot een onnauwkeurige dosering en een daling van de pH van het weefsel (waardoor het zuurder wordt), die bijwerkingen kunnen veroorzaken.

De onderzoeksgroep van de Universiteit van Linköping heeft nu de ionenpomp verbeterd. Door protonvallen langs het transportkanaal te introduceren, het aantal protonen dat passeert aanzienlijk kan worden verminderd. De protonenval bestaat uit palladium, een edelmetaal dat gemakkelijk - en bijna uitsluitend - reageert met waterstof en zo de positief geladen protonen vangt. De protonvallen zorgen ervoor dat de ionenpomp een preciezere dosering van het medicijn kan leveren, aangezien de toegepaste potentiaal bijna exact overeenkomt met de hoeveelheid GABA die door het elektroforeseproces wordt getransporteerd.

"Ik geloof dat we over een paar jaar organische bio-elektronische ionenpompen zullen zien worden gebruikt bij de behandeling van veel neurologische ziekten. De protonenval kan worden geïntegreerd in alle organische bio-elektronische ionenpompen, en onze ontdekking heeft praktische toepassingen een stuk dichterbij gebracht, " zegt Xenofon Strakosas, stafwetenschapper en co-eerste auteur met Maria Seitanidou, postdoc, zowel aan het Laboratorium voor Organische Elektronica, van het artikel in wetenschappelijke vooruitgang .