Hydrogeler viser løfte som en ny måde at levere lægemidler mere effektivt på

Mange af de mest lovende nye lægemidler, der kommer med i lægemiddeludviklingsforløbet, er hydrofobe af natur - det vil sige, at de afviser vand og er derfor svære at opløse for at gøre dem tilgængelige for kroppen. Men nu har forskere ved MIT fundet en mere effektiv måde at behandle og levere disse lægemidler på, som kunne gøre dem langt mere effektive.

Den nye metode, som involverer indledningsvis behandling af lægemidlerne i en flydende opløsning i stedet for i fast form, er rapporteret i et papir i tidsskriftet Advanced Healthcare Materials , skrevet af MIT kandidatstuderende Lucas Attia, nyuddannet Liang-Hsun Chen Ph.D. og professor i kemiteknik Patrick Doyle.

I øjeblikket foregår meget lægemiddelbehandling gennem en lang række sekventielle trin, forklarer Doyle. "Vi tror, ​​vi kan strømline processen, men også få bedre produkter, ved at kombinere disse trin og udnytte vores forståelse af blødt stof og selvsamlende processer," siger han.

Attia tilføjer, at "mange små molekyle aktive ingredienser er hydrofobe, så de kan ikke lide at være i vand, og de har meget dårlig opløsning i vand, hvilket fører til deres dårlige biotilgængelighed." At give sådanne lægemidler oralt, som patienter foretrækker frem for injektioner, giver reelle udfordringer med at få materialet ind i patientens blodbane. Op til 90 % af de lægemiddelkandidatmolekyler, der udvikles af farmaceutiske virksomheder, er faktisk hydrofobe, siger han, "så dette er relevant for en stor klasse af potentielle lægemiddelmolekyler."

En anden fordel ved den nye proces, siger han, er, at den skal gøre det nemmere at kombinere flere forskellige lægemidler i en enkelt pille. "For forskellige typer sygdomme, hvor du tager flere lægemidler på samme tid, kan denne form for produkt være meget vigtig for at forbedre patientens compliance," tilføjer han - kun at skulle tage en pille i stedet for en håndfuld gør det meget mere sandsynligt. at patienterne vil følge med deres medicin. "Det er faktisk et stort problem med disse kroniske sygdomme, hvor patienter er på meget udfordrende pilleregimer, så kombinationsprodukter har vist sig at hjælpe meget."

En nøgle til den nye proces er brugen af ​​en hydrogel - en slags svampelignende gelmateriale, der kan tilbageholde vand og holde molekyler på plads. Nuværende processer til at gøre hydrofobe materialer mere biotilgængelige involverer mekanisk formaling af krystallerne til mindre størrelse, hvilket gør dem lettere opløselige, men denne proces tilføjer tid og omkostninger til fremstillingsprocessen, giver ringe kontrol over størrelsesfordelingen af ​​partiklerne og kan faktisk skade nogle mere sarte lægemiddelmolekyler.

I stedet involverer den nye proces at opløse lægemidlet i en bæreropløsning og derefter generere bittesmå nanodråber af denne bærer fordelt i en polymeropløsning - et materiale kaldet en nanoemulsion. Derefter presses denne nanoemulsion gennem en sprøjte og geleres til en hydrogel. Hydrogelen holder dråberne på plads, når bæreren fordamper og efterlader lægemiddelnanokrystaller. Denne tilgang tillader præcis kontrol over den endelige krystalstørrelse.

Hydrogelen, ved at holde dråberne på plads, mens de tørrer, forhindrer dem i blot at smelte sammen for at danne klumpede agglomerationer af forskellig størrelse. Uden hydrogelen ville dråberne smelte sammen tilfældigt, og "du ville få noget rod," siger Doyle. I stedet efterlader den nye proces en batch af helt ensartede nanopartikler. "Det er en meget unik, ny måde, som vores gruppe har opfundet, at lave denne form for krystallisering og bevare nanostørrelsen," siger han.

Den nye proces giver en todelt pakke:en kerne, som indeholder de aktive molekyler, omgivet af en skal, også lavet af hydrogel, som kan styre timingen mellem indtagelse af pillen og frigivelsen af ​​dens indhold i kroppen.

"Vi viste, at vi kan få meget præcis kontrol over lægemiddelfrigivelsen, både med hensyn til forsinkelse og hastighed," siger Doyle, der er Robert T. Haslam-professor i kemiteknik og Singapore-forskningsprofessor. For eksempel, hvis et lægemiddel er rettet mod sygdom i den nedre tarm eller tyktarm, "kan vi kontrollere, hvor lang tid der går, indtil lægemiddelfrigivelsen starter, og så får vi også meget hurtig frigivelse, når den først begynder." Lægemidler formuleret på den konventionelle måde med mekanisk nanomalening, siger han, "ville have en langsom frigivelse af lægemidler."

Denne proces, siger Attia, "er den første tilgang, der kan danne kerne-skal kompositpartikler og strukturere lægemidler i forskellige polymerlag i et enkelt behandlingstrin."

De næste trin i udviklingen af ​​processen vil være at teste systemet på en lang række lægemiddelmolekyler, ud over de to repræsentative eksempler, der er blevet testet indtil videre, siger Doyle. Selvom de har grund til at tro, at processen er generaliserbar, siger han, "beviset er i buddingen - med dataene i hånden."

Den dryppende proces, de bruger, siger han, "kan være skalerbar, men der er mange detaljer, der skal udarbejdes." Men fordi alle de materialer, de arbejder med, er blevet valgt som dem, der allerede er anerkendt som sikre til medicinsk brug, bør godkendelsesprocessen være ligetil, siger han. "Det kan implementeres om et par år... Vi bekymrer os ikke om alle de typiske sikkerhedshindringer, som jeg tror, ​​at andre nye formuleringer skal igennem, hvilket kan være meget dyrt."

Flere oplysninger: Lucas Attia et al., Ortogonale geleringer til at syntetisere kerne-skal-hydrogeler fyldt med nanoemulsionstemplatede lægemiddelnanopartikler til alsidig oral lægemiddellevering, Avanceret sundhedsplejemateriale (2023). DOI:10.1002/adhm.202301667

Journaloplysninger: Avanceret sundhedsplejemateriale

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.