Hydrogels worden vaak in het lichaam gebruikt om te helpen bij weefselregeneratie en medicijnafgifte. Echter, eenmaal binnen, ze kunnen een uitdaging zijn om te controleren voor optimaal gebruik. Een team van onderzoekers van de afdeling Biomedische Technologie van de Texas A&M University ontwikkelt een nieuwe manier om de gel te manipuleren - door gebruik te maken van licht.

Afgestudeerde student Patrick Lee en Dr. Akhilesh Gaharwar, Collega Professor, ontwikkelen een nieuwe klasse hydrogels die licht op verschillende manieren kunnen benutten. Licht is een bijzonder aantrekkelijke energiebron omdat het kan worden beperkt tot een vooraf gedefinieerd gebied en kan worden afgestemd op de tijd of intensiteit van de blootstelling aan licht. Hun werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Lichtgevoelige hydrogels zijn een opkomende klasse van materialen die worden gebruikt voor het ontwikkelen van niet-invasieve, contactloos, nauwkeurige en controleerbare medische apparaten in een breed scala van biomedische toepassingen, inclusief fotothermische therapie, fotodynamische therapie, medicijnafgifte en regeneratieve geneeskunde.

Lee zei dat lichtgevoelige biomaterialen vaak worden gebruikt in biomedische toepassingen; echter, huidige lichtbronnen, zoals ultraviolet licht en zichtbaar licht, niet voldoende in het weefsel doordringen om met de hydrogel te interageren. In plaats daarvan, het team doet onderzoek naar nabij-infrarood (NIR) licht, die een hogere indringdiepte heeft.

Het team gebruikt een nieuwe klasse van tweedimensionale nanomaterialen die bekend staan ​​als molybdeendisulfide (MoS ₂ ), die verwaarloosbare toxiciteit voor cellen en superieure NIR-absorptie heeft aangetoond. Deze nanosheets met een hoge fotothermische conversie-efficiëntie kunnen NIR-licht absorberen en omzetten in warmte, die kan worden ontwikkeld om thermoresponsieve materialen te beheersen.

In de vorige studie van de groep, gepubliceerd in Geavanceerde materialen , bepaalde polymeren reageren met MoS ₂ nanosheets om hydrogels te vormen. Voortbouwend op deze ontdekking, het team maakt verder gebruik van MoS2-nanosheets en thermoresponsieve polymeren om de hydrogel onder NIR-licht te regelen door middel van een fotothermisch effect.

"Dit werk maakt gebruik van licht om de dynamische interacties tussen polymeer en nanomaterialen te activeren, " zei Gaharwar. "Bij blootstelling aan NIR, MoS ₂ fungeert als een crosslink-epicentrum door verbinding te maken met meerdere polymere ketens via defectgestuurde klikchemie, wat uniek is."

NIR-licht maakt interne vorming van therapeutische hydrogels in het lichaam mogelijk voor nauwkeurige medicijnafgifte. Voor kankertherapie, de meeste medicijnen kunnen in de tumor worden vastgehouden, wat de bijwerkingen van chemotherapie zal verlichten. Bovendien, NIR-licht kan warmte genereren in de tumoren om kankercellen weg te nemen, bekend als fotothermische therapie. Daarom, een synergetische combinatie van fotothermische therapie en chemotherapie heeft een hogere werkzaamheid aangetoond bij het vernietigen van kankercellen.