Professors belægninger kunne hjælpe medicinske implantater til at fungere bedre

(Phys.org) — Små implantater til at overvåge kropsfunktioner eller til at give insulin eller et hvilket som helst andet lægemiddel baseret på et øjeblikkeligt behov ville være et fremskridt inden for personlig medicin, men et problem, der er iboende i implantater, er det menneskelige immunsystems tendens til at genkende enheden som en angriber og indkapsle den, forhindrer enheden i at udføre sit arbejde.

Dr. Carmen Scholz fra University of Alabama i Huntsville (UAH) har arbejdet på den skræddersyede syntese af biokompatible polymerer, der kan belægge sensorer, som derefter implanteres i kroppen for at skjule dem fra immunsystemet, ofte omtalt som en stealth-karakter.

"Vores forskning handler om alt, hvad du kan sætte på en enhed, så kroppen ikke kan mærke det, " sagde Dr. Scholz. "Du er nødt til at lave det, så kroppen ikke engang ser det."

Nylig forskning, som hun var involveret i, beviste in vitro-stabiliteten og ikke-toksiciteten af ​​tynde lag af tilpassede blokcopolymerer, der belagde bittesmå sensorer, som blev produceret af en samarbejdsgruppe ved University of Technology i Dresden, Tyskland. Efter yderligere test, de coatede sensorer kunne implanteres i patienter for at mærke deres blodsukker, kuldioxid og serum pH-niveauer. Belægningen anvender et flerlagskoncept, der inkluderer et hermetisk forseglingslag, en kemisk inert inderste diffusionsbarriere for ioner og fugt, og et overfladelag af amfifile blokcopolymerer.

UAH Kemiprofessor Dr. Carmen Scholz med doktorgradskandidat Samuel Nkrumah-Agyeefi og junior Brittany Black i et laboratorium i Materials Science Building.

Implanteret i en patient under huden, coatede sensordata kunne overvåges trådløst for at styre en insulinpumpe eller overvåge kropsfunktioner for at give større information til lægen, der behandler en patient med luftvejsproblemer. Da belægningerne gør implantaterne usynlige for immunsystemet, kroppen reagerer ikke på dem som en angriber og tillader dem at fungere.

Det seneste arbejde er en udløber af Dr. Scholz' involvering i udviklingen af ​​biokompatible belægninger til Boston Retinal Implant Project, grundlagt i 1980'erne og støttet af Veterans Administration. Projektet har haft succes med at udvikle medicinsk udstyr til at genoprette en vis grad af syn for patienter, der er blevet blinde af retinitis pigmentosa eller aldersrelateret makuladegeneration.

I det arbejde, biokompatible belægninger var nødvendige for at tilpasse retinale anordninger, så de ikke ville blive afvist, mens de blev brugt til at levere elektriske signaler til hjernen og genoprette synet.

"Jeg kan lave belægninger til alle mulige implantater, " sagde Dr. Scholz. "Det er vores ekspertise, fremstilling af denne slags belægninger. Vi kan specialfremstille dem." Men anvendelserne til belægningerne stopper ikke ved sensorer og enheder.

"Vi kan lave belægninger og 'dekorere' dem med leveringssystemer til forskellige lægemidler, " sagde hun. "Læger har fortalt mig, at deres største udfordring med at implantere enheder er traumet forbundet med kirurgi, som forårsager hævelse. Hævelse hæmmer helingen. At fylde leveringssystemerne med lægemidler, der reducerer hævelse, kunne være en måde at fremskynde helingen på. Ikke alene ville disse belægninger gøre enheden usynlig for kroppen, de kan også bruges til at hjælpe med genopretningsprocessen.

"Alle disse polymerer, på grund af deres kemiske natur, egner sig til lægemiddelleveringssystemer, "Dr. Scholz sagde. "Alt dette er virkelig en pæn kemi."

Dr. Scholz' teknik er unik, fordi den ikke bruger tungmetaller til at katalysere polymerisationerne. Det adskiller den fra andre forskere, som arbejder på lignende polymersystemer, men ofte bruger tungmetaller og så skal fjerne dem under processen.

"Jeg hævder, at hvis jeg ikke lægger det ind, " hun sagde, "Jeg behøver ikke bekymre mig om at få den ud igen."

Yderligere fremskridt i arbejdet på UAH afhænger af at finde finansiering til forskningen. "Idéerne er der, og vi har idéernes konceptbeviser, men vi har brug for finansieringen, " sagde Dr. Scholz. "Jeg kan tegne kemien for dig og vise dig, hvordan det kan gøres, men alt det koster penge."