Microscopisch, flesachtige structuren met kurken die smelten bij nauwkeurig gecontroleerde temperaturen, kunnen mogelijk medicijnen in het lichaam of geurstoffen op de huid afgeven, volgens een recent gepubliceerde studie.

Typische medicijnafgiftesystemen werken meer als sponzen dan als flessen. Bijvoorbeeld, medicijnen worden geabsorbeerd in polymeerdeeltjes en laten ze vervolgens in de loop van de tijd diffunderen. De onderzoekers hopen dat het nieuwe systeem meer controle over de medicijnafgifte mogelijk zal maken. Lading zou in het holle polymeerdeeltje blijven als het werd afgesloten met een stevige kurk. Wanneer de kurk wordt gesmolten door lichaamswarmte, de medicijnen zouden snel uit de deeltjesfles stromen.

"Het is net als wanneer je wijn opent, je verwijdert de kurk, " zei Younan Xia, een professor in de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University. Xia heeft ook gezamenlijke benoemingen in de School of Chemistry and Biochemistry en de School of Chemical and Biomolecular Engineering van Georgia Tech.

De smeltkurken zijn gemaakt van vetzuren, afgeleid van natuurlijke oliën en vetten. De lengte van de koolwaterstofketens op deze moleculen kan langer of korter worden gemaakt om te vergroten of te verkleinen, respectievelijk, de temperatuur waarbij ze smelten. Op deze manier, de geuren in deodorants, bijvoorbeeld, zou alleen worden vrijgegeven wanneer een persoon warm en bezweet wordt.

Het nieuwe systeem voor temperatuurgereguleerde afgifte werd gedetailleerd beschreven in een recente online editie van het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie . Het onderzoek werd gesponsord door het National Cancer Institute, een National Institutes of Health Director's Pioneer Award, en startfondsen van Georgia Tech. Er werden ook fondsen verstrekt door de Korea Science and Engineering Foundation (KOSEF) en het Koreaanse ministerie van Onderwijs en Wetenschappen.

Geneesmiddelafgiftesystemen zijn ook ontworpen om hun ladingen vrij te geven als reactie op pH-verandering, echografie, mechanische signalen en elektrische of magnetische velden. Xia's systeem is het eerste fles-en-kurkontwerp, maar het is niet de eerste die medicijnen afgeeft als reactie op temperatuur. Zijn systeem, echter, heeft verschillende voordelen ten opzichte van andere temperatuurgereguleerde toedieningssystemen, zoals snel en efficiënt laden van kleine moleculen, macromoleculen en zelfs nanodeeltjes tot 100 nanometer groot. Andere op temperatuur gebaseerde systemen kunnen hun ladingen vroegtijdig vrijgeven. In het systeem van Xia, de inhoud wordt gebotteld totdat het lichaam de gewenste temperatuur bereikt en dan wordt ze snel vrijgegeven.

"Het is als flessenwater, " zei Xia. "Als je dorst hebt, je kunt het gewoon drinken."

De smeltkurken zijn gemaakt van een groep faseveranderende materialen - vetzuren of vetalcoholen - die bij verhitting tot specifieke smeltpunten van vast in vloeibaar veranderen. Als proof of principle voor het temperatuurgevoelige leveringssysteem werkt, in de nieuwe studie laadde Xia's laboratorium fluorescerende kleurstof in de holle polymeerdeeltjes. De gaten werden vervolgens gekurkt met vast 1-tetradecanol, een vetalcohol. Na het wegwassen van eventuele kleurstof die aan de buitenkant van de flessen vastzit, een fluorescerende microfoto toonde aan dat alle kleurstof volledig was gebotteld.

De flessen werden vervolgens verwarmd tot 25 en 37 graden Celsius - net onder het smeltpunt van de kurken - maar er ontsnapte geen kleurstof, zelfs na 4 dagen en krachtig wassen in een bufferoplossing. Deze prestatie is beter dan andere bezorgsystemen, Xia zei, die typisch een deel van het medicijn voortijdig afgeven.

Toen flessen werden verwarmd tot 39 graden Celsius, het smeltpunt van 1-tetradecanol, de kurken smolten en de kleurstof kwam onmiddellijk vrij.

"Je kunt alles bottelen en dan zet je er een stop op. Wanneer je het nodig hebt, haal gewoon de stekker uit het stopcontact en dingen zullen snel naar buiten komen, " zei Xia, die een Georgia Research Alliance Eminent Scholar in Nanomedicine is.

De kurken die in het onderzoek zijn getest, zullen naar verwachting geen schade aanrichten als ze eenmaal in of op het menselijk lichaam zijn. 1-tetradecanol en laurinezuur, een vetzuur dat ook als kurk is getest, hebben een zeer lage toxiciteit in kleine doses, Xia zei, omdat ze zijn afgeleid van natuurlijke vetten en oliën. Deze zelfde vetten worden vaak gebruikt als ingrediënten voor voedingsmiddelen en medicijnen.

Xia zei dat hydrofobe medicijnen, zoals de meeste behandelingen tegen kanker, kon gemakkelijk in de holle deeltjes worden geladen voor levering binnen het lichaam. Toekomstige studies zullen deze mogelijkheid nader onderzoeken in diermodellen. Met dit systeem kunnen ook hydrofiele medicijnen worden afgeleverd, maar het oppervlak van de fles zou moeten worden aangepast.

De holle polymeerdeeltjes in Xia's onderzoek waren gemaakt van polystyreen, die niet veilig in het lichaam konden worden geïnjecteerd om medicijnen af ​​te geven, maar zou werken in een geurende bodycrème om op de huid aan te brengen.

Xia's laboratorium werkt momenteel aan het maken van deze microschaaldeeltjesflessen van polymeren die zijn goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration, zoals polycarprolacton, zodat ze translationeel vermogen naar dit systeem kunnen brengen.

"Nog geen bedrijven maken zoiets, ' zei Xia.