Elektrospundne fibre væver nye medicinske innovationer

Når du besøger Andrew Steckls laboratorium ved University of Cincinnati, du ser en ubeskrivelig glaskasse, der væver forskellige fibre sammen.

Han ser uendelige muligheder.

Steckls laboratorium kommer med nye applikationer til en fremstillingsproces kaldet koaksial elektrospinning, som kombinerer to eller flere materialer til en fin fiber til brug i industrien, tekstiler eller endda medicin. Maskinen pumper to eller flere flydende polymerer ind i en dyse, der drypper som en utæt vandhane. Når elektrisk spænding er påført, dryppet bliver til en edderkoppespindestråle bestående af en kerne af et materiale omgivet af en kappe af et andet.

"Det ser vildt simpelt ud. Men kemien er den hemmelige sauce, " han sagde.

Steckl er Ohio Eminent Scholar og professor ved UC's College of Engineering and Applied Science. Hans seneste undersøgelse, udgivet i denne måned på forsiden af ​​tidsskriftet ChemPlusChem , skitserede de mange anvendelser af en fremstillingsproces, der kombinerer de fantastiske egenskaber ved et materiale med de stærke fordele ved et andet.

Electrospinning blev opfundet i 1902 og blev først anvendt på tekstiler i 1930'erne. Men først nu realiserer forskerne sit fulde potentiale. Steckls Nanoelektroniklaboratorium har været optaget af nye kombinationer af "ingredienser" for at drage fordel af deres unikke fordele.

"Det skønne er, at du kan have kombinationer af polymerer med egenskaber, du normalt ikke finder i naturen, "Sagde Steckl.

Han har brugt meget af det sidste årti på at undersøge det store potentiale ved elektrospinning.

"Det er det bedste siden brød i skiver - ikke at jeg kan lide brød i skiver, "sagde maratonløberen.

For eksempel, forskere kan kombinere en stiv kerne omgivet af blød, fleksibelt eller klæbende materiale. Eller de kan oprette en vandtæt skal, der omgiver en forbindelse, der hurtigt opløses i vand.

"Eller du kan lægge lægemiddelmolekyler på indersiden til en behandling omgivet af smertelindrende molekyler på ydersiden, " han sagde.

En ulempe har været at producere nok materiale til kommerciel brug. Men snesevis af virksomheder i USA og rundt om i verden kommer med store produktionssystemer til elektrospundne fibre. Steckl arbejder med forskningspartnere på UC og andre forskningsuniversiteter for at undersøge mulighederne.

Han og tidligere UC College of Pharmacy professor Giovanni Pauletti ønsker at skabe mere effektiv prævention ved hjælp af koaksial elektrospinning. Pauletti underviser nu på St. Louis College of Pharmacy.

Den elektrospundne fiber ville være en tamponlignende applikation, der bruges til at fange og dræbe sæd. En anden version kan frigive infektionsmedicin til forebyggelse af seksuelt overførte sygdomme, Sagde Pauletti.

Steckl sagde, at de håber at bevise, at enheden er både lettere at bruge og mere effektiv end anden svampetype prævention.

Steckl arbejder også med forskere fra Johns Hopkins University for at erstatte traditionel kemoterapi med lokal behandling af hjernetumorer kaldet glioblastom.

"Kemoterapi er i det væsentlige helkropsbehandling. Behandlingen skal komme igennem blod-hjerne-barrieren, hvilket betyder, at hele kroppen, du får, skal være meget højere, "Steckl sagde." Dette kan være farligt og have toksiske bivirkninger. "

Steckl og forskningspartnere Dr. Henry Brem og Betty Tyler ved Johns Hopkins University er banebrydende i en behandling, hvor glioblastomlæsionen fjernes, og en koaksial elektrospundet kapsel påføres for at administrere medicinen lokalt over dage eller uger. Brem og Tyler udviklede tidligere en behandlingsskive ved navn Gliadel i 2003 for glioblastom.

Tyler, der leder Hunterian Neurosurgical Laboratory på Johns Hopkins, sagde implantation af Gliadel -waferen fyldt med kemoterapi på stedet for den fjernede læsion, anvender medicin, hvor det er mest nødvendigt ved en koncentration, der ellers ville være vanskelig at opnå uden at udsætte en patient for en toksisk dosis.

Indtil nu, Steckl sagde, dyreforsøg har vist, at elektrospundne fibre giver endnu bedre resultater, fordi kirurger kan anvende forskellige kombinationer af behandlinger, der leverer medicin i den ønskede varighed.

"Dr. Steckls unikke electrospun -formulering appellerede til os af flere årsager, "Sagde Tyler." Det har evnen til langsomt at frigive sin nyttelast, det er biokompatibelt, og flere lægemidler kan indlæses og frigives fra det. "

Tyler sagde, at de planlægger at anvende elektrospinning på andre FDA-godkendte lægemidler i unikke kombinationer til behandling af hjernetumorer.

"Vores håb er at levere disse midler ved hjælp af Dr. Steckls teknologi for i sidste ende at øge terapeutiske muligheder for patienter med hjernetumorer, "Sagde Tyler.

Steckl sagde, at fibrernes store overfladeareal og brugerdefinerede egenskaber gør dem til et ideelt system til levering af lægemidler. For eksempel, patienter, der skal tage medicin flere gange om dagen for tilstande som Parkinsons sygdom, kan muligvis tage en enkelt langtidsvirkende dosis fremstillet af elektrospundet medicin.

"Problemet er, at du måske husker din morgendosis, men du glemmer måske din eftermiddagsdosis, "sagde han." Skal jeg tage en til? Tog jeg tre i dag? En enkelt dosis, der holder længere, er meget enklere. "

Steckl sagde, at forskere skaber elektrospundet medicin med fibre, der kun opløses ved en bestemt surhedsgrad i fordøjelsessystemet. Dette kan forsinke eller forlænge frigivelsen af ​​de aktive ingredienser.

"Det er en ret smart idé, " han sagde.

Seniorforsker ved UC Daewoo Han, hovedforfatter til ChemPlusChem undersøgelse, sagde elektrospinning er blevet brugt til at skabe alsidige nanofibre. Udover medicin, de nyeste applikationer omfatter avancerede batterier.

"Der er ubegrænsede muligheder for samarbejde inden for forskellige discipliner, fører til fremragende tværfaglige forskningsprojekter, "Han sagde." Jeg er meget begejstret for at samarbejde med eksperter på andre områder og institutter. "

Han sagde, at han har nydt at arbejde i Steckls Nanoelektroniklaboratorium.

"Han er altid villig til at interagere med sine elever og støtte dem aggressivt, "Han sagde." Han er ikke kun dedikeret til aktuel forskning, men nyder også at forfølge nye forskningsemner. "

Selvom UC's forskningsgruppe ikke er den første til at studere elektrospundne fibre, det giver store resultater, Sagde Steckl.

"Vi har udvidet feltet enormt. Vi er en af ​​de bedste forskningsgrupper i verden, der arbejder med koaksial elektrospinning. Det har været sjovt, " han sagde.

Hvordan finder en elektrotekniker uden medicinsk baggrund frem til nye løsninger inden for nogle af medicinens mest komplekse discipliner som neurokirurgi? Steckl sagde, at han har en samarbejdsånd og en frygtløshed for at forfølge spørgsmål langt væk fra teknik.

"Vi tager vores nysgerrighed, hvor det fører os, " han sagde.