De enorme doses medicijnen die nodig zijn om kanker te bestrijden, kunnen worden verminderd dankzij het werk van A*STAR-onderzoekers, en de medicijnen zelf kunnen effectiever worden. De onderzoekers hebben een polymeer 'scaffold' ontwikkeld dat medicijnen helpt die vaak moeilijk in de bloedbaan terechtkomen, zoals middelen tegen kanker, vormen zeer stabiele nanodeeltjes met verbeterde biologische beschikbaarheid.

Veel medicijnen die gericht zijn op tumorcellen zijn gemaakt van waterafstotende koolwaterstofmoleculen, die extra verwerking of hoge doseringen vereisen om waterige biologische omgevingen binnen te gaan. Een veiliger alternatief is om geneesmiddelen te 'nanosizen' tot 10 op 1 000 nanometerdeeltjes met behulp van mechanisch malen of speciale kristallisatietechnieken. Deze extra kleine medicijnen glijden gemakkelijk in het water en zijn effectief tegen tumoren, maar het is moeilijk te voorkomen dat ze agglomereren tot grotere precipitaten met minder kracht.

Ulrike Wais en Alexander Jackson van het A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences en Haifei Zhang aan de Universiteit van Liverpool hebben een manier ontwikkeld om agglomeratieproblemen te verminderen door gebruik te maken van poly(ethyleenglycol) en acrylamide (PEG-PNIPAM), biocompatibele polymeren die zijn zeer goed oplosbaar in water en kunnen waterafstotende moleculen stabiliseren omdat ze vergelijkbare oppervlakteactieve koolwaterstofketens hebben.

Het team synthetiseerde PEG-PNIPAM in 'hypervertakte' bollen die zijn versterkt met korte verknopende koolstofmoleculen. Vervolgens vermengden ze de bollen met testgeneesmiddelverbindingen zoals ibuprofen en mengden ze samen om een ​​emulsie te creëren tussen de waterafstotende en wateraantrekkende componenten.

De volgende stap vereiste een manier om de emulsie te vriesdrogen, zodat deze kon worden verpulverd tot nanodeeltjes, maar dit betekende het oplossen van een lastig verwerkingsprobleem. "Als fasescheiding optreedt voordat het monster volledig is bevroren, er vormen zich geneesmiddelkristallen die niet op nanoschaal zijn en niet gestabiliseerd zijn tegen agglomeratie door de steiger, " legt Wais uit.

De onderzoekers voorkwamen fasescheiding tijdens het vriesdrogen door ervoor te zorgen dat de emulgering extreem uniform was voordat ze als kleine druppeltjes in een plas vloeibare stikstof werden gesproeid. Dynamische lichtverstrooiing en scanning-elektronenmicroscopie-analyse van de gestolde emulsie onthulde dat de medicijnen en polymeerbolletjes waren geïntegreerd in een poreuze, steigerachtige structuur.

Na het mechanisch vermalen van de gevriesdroogde emulsie tot medicijnnanostructuren, de onderzoekers ontdekten dat hun open raamwerk het eenvoudig maakte om ze in water op te lossen. Verder, de medicijnen konden worden omgezet in nanodeeltjes met opbrengsten van 100 procent met behulp van verrassend lage niveaus van PEG-PNIPAM-bolletjes.

"De polymeerstructuur en het niveau van vertakking hebben rechtstreeks invloed op de stabilisatie van nanodeeltjes van geneesmiddelen. Deze methode geeft ons een manier om het systematisch te onderzoeken, ", zegt Jackson. Hij merkt op dat deze methode synthetisch eenvoudig is en kan worden toegepast op een breed scala aan geneesmiddelen.