Bare tilsæt vand:Kemikere foreslår en løsning for uopløselige lægemidler

Stabile metalstrukturer er værdsat for deres evne til at opfange kuldioxid eller høste atmosfærisk vand, men U-M-forskere har udviklet en anvendelse til ustabile metalorganiske rammer:som et system til medicinafgivelse.

Halvfems procent af lægemidler under udvikling opløses ikke godt eller slet ikke i kroppen, ifølge en undersøgelse fra 2012. Metal organiske rammer, eller MOF'er, er stive, porøse strukturer sammensat af metal bundet af organiske ligander. Mens man forsker i ustabile MOF'er, U-M kemiker Adam Matzger indså, at de muligvis fungerer som et leveringssystem for denne slags stoffer.

"Det slog os, at mens alle skød efter stabile MOF'er, vi kunne bruge det, vi havde lært om ustabilitet af MOF'er, til at få et nedbrydeligt stof, der hurtigt ville frigive stoffer. Det var et virkelig uventet fund, sagde Matzger, Charles G. Overberger kollegiale professor i kemi og professor i makromolekylær videnskab og teknik.

MOF-leveringssystemet udnytter én strategi for levering af uopløselige lægemidler, siger Matzger. Strategien er at levere dem i en amorf form, hvilket betyder, at stofferne forhindres i at krystallisere. Når lægemiddelforbindelserne krystalliserer, de bliver mindre opløselige - og derfor mindre biotilgængelige, hvilket betyder, at mindre af stoffet passerer ind i blodbanen.

MOF'er er i stand til at holde disse lægemidler i en amorf tilstand på grund af deres porøse struktur. Især MOF-5 ligner et sæt kuber, der er stablet oven på hinanden:billede et uendeligt gentaget 3D-gitter. Når forskerne indlæser et lægemiddel i dette gitter, porerne i MOF opdeler lægemiddelmolekylerne, holde forbindelsen i den ønskede amorfe tilstand.

Forskere har tidligere brugt polymerer til at holde lægemiddelforbindelser i en amorf tilstand, men lægemiddelmolekyler kunne stadig migrere og krystallisere i polymeren, som påvirker opløseligheden og derfor hvor meget af et lægemiddel der er biotilgængeligt. Fordi MOF stift holder lægemiddelmolekyler fra hinanden, men hurtigt nedbrydes, lægemiddeldosering er let at kontrollere, siger Matzger. Selve forbindelsen passerer ind i blodbanen, mens MOF nedbrydes i kroppen.

Forskerne, som inkluderer postdoc-stipendiat Kuthuru Suresh, besluttede at bruge MOF-5 af et par grunde. Først, dens metalkomponent er zink, et metal med lav toksicitet, der bruges i mange kosttilskud, og den organiske komponent er en syre kaldet terephthalsyre. Sekund, MOF-5 er relativt ustabil, hvilket forskerne demonstrerede i separat arbejde, der undersøgte stabiliteten af ​​forskellige MOF'er.

"Det, vi gør her, er, at vi øger opløseligheden, mens vi garanterer dosisstabilitet, " sagde Matzger. "Denne tilgang er relativt universel. Vi viser det for tre stoffer, men det faktum, at porerne er for små til at tillade en krystal at danne sig, vil være sandt for alle stoffer."