blaasjes, zoals levende cellen, zijn door een membraan omsloten "zakjes" van vloeistof die moleculaire lading, zoals farmaceutische medicijnen, kunnen opvangen. Als een medicijn met succes wordt ingekapseld in een vesikeldrager en de drager intact blijft, het kan direct worden afgeleverd voor therapeutische behandeling. Binnen de gastheer, blaasjes beschermen de medicijnlading en kunnen zich efficiënt richten op ontvangende cellen om de medicijnen veilig af te leveren. Dit type "gerichte" toediening biedt voordelen ten opzichte van extremere behandelingsmethoden zoals chemotherapie, die gezonde cellen in de gastheer kunnen beschadigen.

Een grote uitdaging waarmee gerichte medicijnafgifte tegenwoordig wordt geconfronteerd, is het efficiënt "laden" van een medicijn in een drager zonder de structurele integriteit van de drager in gevaar te brengen. Een recent voorgestelde en veelbelovende methode is om een ​​drager mechanisch te vervormen door deze door een smal, vernauwing op microschaal. Deze mechanische vervorming creëert tijdelijke poriën in het dragermembraan - ook wel "mechanoporatie" genoemd - om de permeabiliteit van het membraan voor macromoleculen te verbeteren en de efficiënte opname van medicijnen te bevorderen.

Hoewel deze methode veelbelovend is, er zijn risico's verbonden aan het scheuren van het membraan wanneer de drager wordt vervormd.

Tijdens de 88e jaarlijkse bijeenkomst van de Society of Rheology, wordt gehouden 12-16 februari, in Tampa, Florida, Joseph Barakat, een promovendus in de chemische technologie aan de Stanford University, zal zijn werk presenteren om een ​​model voor het uitknijpen van blaasjes te ontwikkelen dat kan worden gebruikt om procedures voor het laden van geneesmiddelen te voorspellen en te optimaliseren.

"Een nauwkeurig model kan een ongelooflijke voorspellende kracht hebben en de noodzaak van een uitgebreide reeks experimenten omzeilen, die kostbaar of tijdrovend kunnen zijn, "legde hij uit. "Hiervoor, mijn doel is om rationele ontwerpcriteria te bieden voor de delicate manipulatie van medicijndragers om farmaceutische moleculen efficiënt te laden zonder het dragermembraan te scheuren."

Het werk van Barakat wordt ondersteund door de National Science Foundation onder toezicht van professor Eric Shaqfeh, wiens onderzoeksgroep een fundamentele benadering heeft gekozen voor het modelleren van blaasjes in vloeistofstroom.

Het model houdt rekening met de vergelijkingen van vloeistofstroming en membraanmechanica. Deze vergelijkingen zijn ingewikkeld en in het algemeen, een computer nodig hebben voor hun oplossing. "Van mijn computersimulaties, Ik voorspel hoe snel een blaasje beweegt als reactie op een uitgeoefende druk, evenals hoe gespannen het membraan wordt onder invloed van vloeistofwrijving, " legde Barakat uit. "Deze statistieken zijn belangrijk voor praktische manipulatie van blaasjes.

De echte betekenis van het werk van Barakat is dat hoewel celknijpen weinig aandacht heeft gekregen in de wetenschappelijke literatuur, hij is erin geslaagd om enkele openstaande problemen op te lossen.

Eerst, hij heeft laten zien hoe de membraanspanning toeneemt met stroomopsluiting, wat gevolgen heeft voor de opname van medicijnen. "Dit houdt in dat het bescheiden laten leeglopen van een blaasje - via een zachte osmotische onbalans - scheuring tijdens het knijpen kan voorkomen, ' merkte Barakat op.

Barakat heeft ook de "geometrische drempel" voor het breken van blaasjesmembraan geïdentificeerd als een minimale kanaaldiameter. "Deze drempel, die afhangt van de vorm en grootte van het blaasje, kan worden gebruikt om de juiste afmetingen voor een blaasjesknijperapparaat te kiezen, in het belang van het voorkomen van breuk, " hij zei.

Een van de directe toepassingen voor het werk van Barakat is het rationele ontwerp van microfluïdische apparaten voor de mechanoporatie van blaasjes en de daaropvolgende opname van geneesmiddelen. "Mijn voorspellingen zullen een slimmer ontwerp van microfluïdische apparaten mogelijk maken om blaasjes van elke grootte en vorm met redelijk gemak en met een hoge doorvoer te vangen en te vervormen, ' zei Barakat.

Achter dit, zijn werk voorziet in de vermogensbehoefte (rijdruk), verwachte faalwijzen (membraanbreuk), en hoe u een mislukking kunt voorkomen. "De bredere toepassing van mijn theorie is het voorspellen hoe cellen zich gedragen onder opsluiting, " legde Barakat uit. Dit is belangrijk voor het voorspellen van de invasie van kankercellen via poreuze netwerken in het lichaam, in termen van hoe snel de cellen bewegen en hoeveel weerstand ze tegenkomen. Antwoorden op deze vragen kunnen worden gebruikt om de uitzaaiing van kanker te vertragen.

Barakat's toekomstige werk zal zich richten op het uitbreiden van zijn theorie om een ​​model op te nemen voor geneesmiddelpermeatie door het membraan dat rekening houdt met membraanspanning, en dit modelleren, Barakat zei, "zou dan kunnen worden vergeleken met bestaande metingen waarbij fluorescerend gelabelde moleculen in een medicijndrager worden geladen - waardoor het model de volledige cirkel naar de directe toepassing brengt."