Stel je een kleine capsule voor, kleiner dan de punt van een naald, dat kan worden geprogrammeerd om medicijnen op een specifieke locatie in uw lichaam af te geven en is goedkoop, makkelijk te maken, en effectiever dan de traditionele geneesmiddelen die we tegenwoordig kennen.

In aanvulling, na levering van de medische inhoud, de capsule verdwijnt omdat deze biologisch afbreekbaar is en bestaat uit microscopisch kleine elementen die veilig in de bloedbaan worden opgenomen.

Een dergelijke methode van medicijnafgifte zou een nieuw farmaceutisch tijdperk inluiden. Sommige van 's werelds meest verwoestende ziekten kunnen beter worden behandeld met levensreddende medicijnen die goedkoper zijn, breder toegankelijk, en beter presteren in het menselijk lichaam.

Een onderzoeksteam van Virginia Tech is een stap dichter bij het realiseren van die langetermijnvisie. Faculteiten en studenten voor biomedische technologie en mechanica en werktuigbouwkunde hebben het afgelopen jaar de levensvatbaarheid getest van het gebruik van een unieke klasse van ontworpen materialen, in combinatie met een verrassende trigger, om slimmere medicijnafgiftesystemen te bouwen.

Hun onderzoek, gepubliceerd in RSC Advances, schetst een proof of concept voor het gebruik van gerichte ultrasone golven om vormgeheugenpolymeren te activeren. Meest recentelijk aandacht gekregen voor hun gebruik bij het ontwerpen van biocompatibele apparaten, vormgeheugenpolymeren kunnen worden gebruikt om medicijnen in het menselijk lichaam af te geven.

Aarushi Bhargava, een tweedejaars Ph.D. student in het technische mechanica-programma van Virginia Tech en de hoofdauteur van de studie, beschreef het onderzoek als een belangrijke eerste stap in het gebruik van vormgeheugenpolymeren voor het ontwerpen en optimaliseren van efficiënte medicijnafgiftesystemen voor menselijk gebruik.

"Met behulp van echografie, deze systemen kunnen gedurende langere tijd op gecontroleerde wijze medicijnen afleveren op de gewenste doellocatie, iets dat heel moeilijk was om te doen op het gebied van medicijnafgiftemechanismen, " zei Bhargava. "Vormgeheugenpolymeren geven ons een voordeel omdat ze flexibel zijn, biologisch afbreekbaar, en kostenbesparend. Ze zijn ook gemakkelijk te maken."

Vormgeheugenpolymeren zijn een klasse van slimme materialen die het vermogen hebben om terug te keren van een vervormd, tijdelijke vorm naar hun oorspronkelijke permanente vorm bij blootstelling aan een externe stimulus, zoals licht of warmte.

In dit project, een conceptueel raamwerk voor het ontwerpen van een polymeercontainer met vormgeheugen is geladen met medicijndeeltjes in zijn oorspronkelijke vorm, verwarmde, en vervormd tot zijn tijdelijke vorm. Deze tijdelijke vorm verpakt de medicijndeeltjes effectief in een kleine capsuleachtige container. Wanneer de capsule de gewenste plaats in het lichaam bereikt, het ondergaat vormherstel door blootstelling aan gericht ultrageluid en geeft de geladen medicijndeeltjes vrij.

Gefocuste ultrasone golven zijn die met frequenties die hoger zijn dan de bovenste hoorbare grens van het menselijk gehoor. Het gebruik van deze ongebruikelijke trigger om de vormgeheugenpolymeren te activeren is wat de bevindingen van het team onderscheidt van anderen die soortgelijk werk doen op het gebied van medicijnafgiftesystemen.

De voordelen van het gebruik van gerichte ultrasone golven om de medicijnafgiftecontainer van polymeer met vormgeheugen te activeren, in plaats van licht of warmte, omvatten de flexibele, niet-invasieve aard van de stimulus. Eerdere houders van polymeer met vormgeheugen vertrouwden op natuurlijke lichaamswarmte voor activering en kunnen moeilijk te beheersen zijn. Andere niet-invasieve methoden, zoals magnetische velden of blootstelling aan licht, speciale deeltjes nodig hebben om een ​​reactie te genereren. Deze extra deeltjes kunnen de biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit van vormgeheugenpolymeren in gevaar brengen.

Shima Shahab, een assistent-professor bij de afdeling Biomedische Technologie en Mechanica en de faculteitsadviseur van Bhargava, co-auteur van de studie samen met Reza Mirzaeifar, een assistent-professor werktuigbouwkunde; Jerry Stieg, een bachelor werktuigbouwkunde; en Kaiyuan Peng, een doctoraat student werktuigbouwkunde, heel Virginia Tech.

Shahab legde uit dat de bevindingen van het onderzoek de weg zouden effenen voor het ontwerpen van efficiëntere capsules voor medicijnafgifte in de toekomst, vooral die welke kunnen worden geactiveerd door gerichte ultrasone golven.

"We hebben een belangrijk experimenteel-computationeel raamwerk ontwikkeld dat kan worden gebruikt om verschillende door echografie geactiveerde medicijnafgiftecontainers te ontwerpen, " zei Shahab. "De kaders in deze studie kunnen specifiek worden aangepast voor verschillende toepassingen, afhankelijk van de grootte van de medicijndeeltjes, streeftijd voor het vrijgeven van de deeltjes, en de grootte en vorm van de container."

Naast het verkrijgen van aandacht op het gebied van medicijnafgiftesystemen, de bevindingen wonnen onlangs de prijs voor Best Student Paper op de 2017 Conference on Smart Materials, Adaptieve structuren, en intelligente systemen in Snowbird, Utah.

Shahab en Mirzaeifar ontwierpen het oorspronkelijke project voor het eerst in een samenwerking tussen de MInDS- en MultiSMArt-labs van Virginia Tech in augustus 2016. Hoewel de methoden van het team nog jaren verwijderd zijn van klinische tests bij mensen, ze hebben een belangrijke basis gelegd voor toekomstig onderzoek.

"De uitkomst van de studie brengt ons een stap dichter bij de introductie van een efficiënte nieuwe generatie medicijnafgiftesystemen, "zei Mirzaeifar. "Ons onderzoek zal zich op dit doel blijven concentreren."