Wetenschap
Nieuw moleculair apparaat ontsluit potentieel voor gerichte medicijnafgifte en zelfherstellende materialen
In een nieuwe doorbraak die een revolutie teweeg zou kunnen brengen in de medische wereld en de materiaaltechnologie, hebben wetenschappers een moleculair apparaat ontwikkeld dat het eerste in zijn soort is en dat met geweld de vrijgave van meerdere kleine moleculen regelt.
De onderzoekers van de Universiteit van Manchester beschrijven een krachtgecontroleerd afgiftesysteem dat natuurlijke krachten benut om gerichte afgifte van moleculen teweeg te brengen, wat medische behandelingen en slimme materialen aanzienlijk zou kunnen bevorderen.
De ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift Nature , maakt gebruik van een nieuwe techniek waarbij gebruik wordt gemaakt van een soort onderling verbonden molecuul dat bekend staat als rotaxaan. Onder invloed van mechanische kracht – zoals die wordt waargenomen op een gewonde of beschadigde plek – zorgt dit onderdeel ervoor dat functionele moleculen, zoals medicijnen of genezende middelen, vrijkomen om zich precies op het gebied in nood te richten. Bijvoorbeeld de plaats van een tumor.
Het is ook veelbelovend voor zelfherstellende materialen die zichzelf ter plaatse kunnen herstellen als ze beschadigd zijn, waardoor de levensduur van deze materialen wordt verlengd. Bijvoorbeeld een kras op het scherm van een telefoon.
Guillaume De Bo, hoogleraar organische chemie aan de Universiteit van Manchester, zei:"Krachten zijn alomtegenwoordig van aard en spelen een cruciale rol in verschillende processen. Ons doel was om deze krachten te exploiteren voor transformatieve toepassingen, met name op het gebied van materiaalduurzaamheid en medicijnafgifte.
"Hoewel dit slechts een proof-of-concept-ontwerp is, geloven we dat onze op rotaxaan gebaseerde aanpak een enorm potentieel biedt met verreikende toepassingen - we staan aan de vooravond van een aantal werkelijk opmerkelijke ontwikkelingen in de gezondheidszorg en technologie."
Traditioneel heeft de gecontroleerde afgifte van moleculen met kracht uitdagingen opgeleverd bij het vrijgeven van meer dan één molecuul tegelijk, meestal in de vorm van een moleculair 'touwtrekspel' waarbij twee polymeren aan weerszijden trekken om één enkel molecuul vrij te geven.
De nieuwe aanpak omvat twee polymeerketens die zijn bevestigd aan een centrale ringachtige structuur die langs een as glijden die de lading ondersteunt, waardoor effectief meerdere ladingmoleculen vrijkomen als reactie op de uitoefening van kracht. De wetenschappers hebben de afgifte van maximaal vijf moleculen tegelijkertijd aangetoond met de mogelijkheid om meer vrij te geven, waardoor eerdere beperkingen worden overwonnen.
De doorbraak markeert de eerste keer dat wetenschappers het vermogen hebben aangetoond om meer dan één component vrij te geven, waardoor het een van de meest efficiënte vrijgavesystemen tot nu toe is.
De onderzoekers tonen ook de veelzijdigheid van het model aan door verschillende soorten moleculen te gebruiken, waaronder medicijnverbindingen, fluorescerende markers, katalysatoren en monomeren, waardoor het potentieel voor een schat aan toekomstige toepassingen wordt onthuld.
Vooruitkijkend willen de onderzoekers dieper ingaan op zelfherstellende toepassingen, waarbij ze onderzoeken of twee verschillende soorten moleculen tegelijkertijd kunnen worden vrijgegeven. De integratie van monomeren en katalysatoren zou bijvoorbeeld polymerisatie op de plaats van schade mogelijk kunnen maken, waardoor een geïntegreerd zelfherstellend systeem in materialen ontstaat.
Ze zullen ook proberen het soort moleculen uit te breiden dat kan worden vrijgegeven.
Professor De Bo zei:"We hebben nog maar nauwelijks het oppervlak betreden van wat deze technologie kan bereiken. De mogelijkheden zijn grenzeloos en we zijn enthousiast om verder te verkennen."