Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het gebruik van gels om medicijnen af ​​te leveren, omdat ze in specifieke vormen kunnen worden gegoten en ontworpen om hun lading gedurende een bepaalde periode vrij te geven. Echter, huidige versies zijn niet altijd praktisch omdat ze operatief moeten worden geïmplanteerd.

Om dat obstakel te helpen overwinnen, Chemische ingenieurs van MIT hebben een nieuw type zelfherstellende hydrogel ontworpen die via een injectiespuit kan worden geïnjecteerd. dergelijke gels, die een of twee medicijnen tegelijk kan dragen, kan nuttig zijn voor de behandeling van kanker, maculaire degeneratie, of hartziekte, onder andere ziekten, zeggen de onderzoekers.

De nieuwe gel bestaat uit een mesh-netwerk gemaakt van twee componenten:nanodeeltjes gemaakt van polymeren verstrengeld in strengen van een ander polymeer, zoals cellulose.

"Nu heb je een gel die van vorm kan veranderen als je er spanning op uitoefent, en dan, belangrijk, het kan herstellen als je die krachten ontspant. Dat stelt u in staat om het door een spuit of een naald te knijpen en het zonder operatie in het lichaam te krijgen, " zegt Mark Tibbitt, een postdoc bij MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research en een van de hoofdauteurs van een paper die de gel beschrijft in Nature Communications op 19 februari.

Koch Institute postdoc Eric Appel is ook hoofdauteur van het artikel, en de senior auteur van de krant is Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT. Andere auteurs zijn postdoc Matthew Webber, student Bradley Mattix, en postdoc Omid Veiseh.

Genees uzelf

Wetenschappers hebben eerder hydrogels geconstrueerd voor biomedisch gebruik door onomkeerbare chemische verbindingen tussen polymeren te vormen. deze gels, gebruikt om zachte contactlenzen te maken, onder andere toepassingen, zijn taai en stevig, maar als ze eenmaal zijn gevormd, kan hun vorm niet gemakkelijk worden veranderd.

Het MIT-team ging op zoek naar een gel die sterke mechanische krachten zou kunnen overleven, bekend als afschuifkrachten, en dan zichzelf hervormen. Andere onderzoekers hebben dergelijke gels gemaakt door eiwitten te manipuleren die zichzelf assembleren tot hydrogels, maar deze benadering vereist complexe biochemische processen. Het MIT-team wilde iets eenvoudiger ontwerpen.

"We werken met heel eenvoudige materialen, Tibbitt zegt. "Ze vereisen geen geavanceerde chemische functionalisering."

De MIT-aanpak is gebaseerd op een combinatie van twee gemakkelijk verkrijgbare componenten. Een daarvan is een soort nanodeeltje gevormd uit PEG-PLA-copolymeren, decennia geleden voor het eerst ontwikkeld in het laboratorium van Langer en nu algemeen gebruikt voor het verpakken en afleveren van medicijnen. Om een ​​hydrogel te vormen, de onderzoekers mengden deze deeltjes met een polymeer - in dit geval cellulose.

Elke polymeerketen vormt zwakke bindingen met veel nanodeeltjes, het produceren van een los geweven rooster van polymeren en nanodeeltjes. Omdat elk bevestigingspunt vrij zwak is, de bindingen breken uit elkaar onder mechanische spanning, zoals wanneer geïnjecteerd via een injectiespuit. Als de schuifkrachten voorbij zijn, de polymeren en nanodeeltjes vormen nieuwe aanhechtingen met verschillende partners, genezing van de gel.

Het gebruik van twee componenten om de gel te vormen, geeft de onderzoekers ook de mogelijkheid om twee verschillende medicijnen tegelijkertijd af te leveren. PEG-PLA-nanodeeltjes hebben een binnenkern die bij uitstek geschikt is om hydrofobe medicijnen met kleine moleculen te vervoeren, waaronder veel geneesmiddelen voor chemotherapie. In de tussentijd, de polymeren, die bestaan ​​in een waterige oplossing, kunnen hydrofiele moleculen zoals eiwitten, inclusief antilichamen en groeifactoren.

Geneesmiddeltoediening op lange termijn

In dit onderzoek, de onderzoekers toonden aan dat de gels de injectie onder de huid van muizen overleefden en met succes twee medicijnen vrijgaven, één hydrofoob en één hydrofiel, over meerdere dagen.

Dit type gel biedt een belangrijk voordeel ten opzichte van het injecteren van een vloeibare oplossing van nanodeeltjes voor medicijnafgifte:terwijl een oplossing zich onmiddellijk door het lichaam verspreidt, de gel blijft op zijn plaats na injectie, waardoor het medicijn op een specifiek weefsel kan worden gericht. Verder, de eigenschappen van elke gelcomponent kunnen worden afgestemd, zodat de medicijnen die ze dragen met verschillende snelheden worden vrijgegeven, waardoor ze kunnen worden aangepast voor verschillende toepassingen.

De onderzoekers onderzoeken nu het gebruik van de gel om anti-angiogenese medicijnen te leveren om maculaire degeneratie te behandelen. Momenteel, patiënten krijgen deze medicijnen, die de groei van bloedvaten afsnijden die het zicht belemmeren, eenmaal per maand als een injectie in het oog. Het MIT-team voorziet dat de nieuwe gel kan worden geprogrammeerd om deze medicijnen over meerdere maanden af ​​te leveren, het verminderen van de frequentie van injecties.

Een andere mogelijke toepassing van de gels is het afleveren van medicijnen, zoals groeifactoren, die kunnen helpen bij het herstellen van beschadigd hartweefsel na een hartaanval. De onderzoekers zoeken ook naar de mogelijkheid om deze gel te gebruiken voor het afleveren van kankermedicijnen om tumorcellen te doden die na de operatie achterblijven. In dat geval, de gel zou worden geladen met een chemische stof die kankercellen naar de gel lokt, evenals een medicijn voor chemotherapie dat hen zou doden. Dit zou kunnen helpen bij het elimineren van de resterende kankercellen die vaak nieuwe tumoren vormen na een operatie.

"Het verwijderen van de tumor laat een holte achter die je zou kunnen vullen met ons materiaal, wat op de lange termijn enig therapeutisch voordeel zou opleveren bij het rekruteren en doden van die cellen, " Zegt Appel. "We kunnen de materialen aanpassen om ons het drug-release-profiel te geven dat het het meest effectief maakt bij het daadwerkelijk werven van de cellen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.