Ny nanogel til levering af medicin

Forskere er interesserede i at bruge geler til at levere medicin, fordi de kan formes til bestemte former og designet til at frigive deres nyttelast over en bestemt tidsperiode. Imidlertid, nuværende versioner er ikke altid praktiske, fordi de skal implanteres kirurgisk.

For at hjælpe med at overvinde denne forhindring, MIT-kemiingeniører har designet en ny type selvhelende hydrogel, der kan injiceres gennem en sprøjte. Sådanne geler, som kan bære et eller to lægemidler ad gangen kan være nyttig til behandling af kræft, makuladegeneration, eller hjertesygdomme, blandt andre sygdomme, siger forskerne.

Den nye gel består af et maskenetværk, der består af to komponenter:nanopartikler fremstillet af polymerer, der er sammenflettet i tråde af en anden polymer, såsom cellulose.

"Nu har du en gel, der kan ændre form, når du påfører den stress, og så, vigtigt, det kan genoprette, når du slapper af disse kræfter. Det giver dig mulighed for at presse den gennem en sprøjte eller en nål og få den ind i kroppen uden operation, "siger Mark Tibbitt, en postdoc ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og en af ​​hovedforfatterne til et papir, der beskriver gelen i Nature Communications den 19. februar.

Koch Institute postdoc Eric Appel er også hovedforfatter til papiret, og papirets seniorforfatter er Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT. Andre forfattere er postdoc Matthew Webber, bachelor Bradley Mattix, og postdoc Omid Veiseh.

Helbred dig selv

Forskere har tidligere konstrueret hydrogeler til biomedicinsk brug ved at danne irreversible kemiske forbindelser mellem polymerer. Disse geler, bruges til at lave bløde kontaktlinser, blandt andre applikationer, er hårde og robuste, men når de først er dannet, kan deres form ikke let ændres.

MIT -teamet satte sig for at skabe en gel, der kunne overleve stærke mekaniske kræfter, kendt som forskydningskræfter, og derefter reformere sig selv. Andre forskere har skabt sådanne geler ved at konstruere proteiner, der samler sig til hydrogeler, men denne tilgang kræver komplekse biokemiske processer. MIT -teamet ønskede at designe noget enklere.

"Vi arbejder med virkelig enkle materialer, "Tibbitt siger." De kræver ingen avanceret kemisk funktionalisering. "

MIT -metoden bygger på en kombination af to let tilgængelige komponenter. Den ene er en type nanopartikel dannet af PEG-PLA-copolymerer, først udviklet i Langer's laboratorium for årtier siden og bruges nu ofte til at pakke og levere medicin. For at danne en hydrogel, forskerne blandede disse partikler med en polymer - i dette tilfælde, cellulose.

Hver polymerkæde danner svage bindinger med mange nanopartikler, fremstilling af et løst vævet gitter af polymerer og nanopartikler. Fordi hvert vedhæftningspunkt er temmelig svagt, bindingerne brydes fra hinanden under mekanisk belastning, f.eks. når de injiceres gennem en sprøjte. Når forskydningskræfterne er forbi, polymerer og nanopartikler danner nye vedhæftede filer med forskellige partnere, helende gelen.

Brug af to komponenter til at danne gelen giver også forskerne mulighed for at levere to forskellige lægemidler på samme tid. PEG-PLA nanopartikler har en indre kerne, der er ideel til at transportere hydrofobe småmolekylære lægemidler, som omfatter mange kemoterapilægemidler. I mellemtiden, polymererne, som findes i en vandig opløsning, kan bære hydrofile molekyler såsom proteiner, herunder antistoffer og vækstfaktorer.

Langsigtet levering af lægemidler

I dette studie, forskerne viste, at gelerne overlevede injektion under musens hud og med succes frigav to lægemidler, en hydrofob og en hydrofil, over flere dage.

Denne type gel giver en vigtig fordel i forhold til at injicere en flydende opløsning af nanopartikler til levering af lægemidler:Mens en opløsning straks spredes i hele kroppen, gelen forbliver på plads efter injektion, tillader lægemidlet at blive målrettet mod et specifikt væv. Desuden, egenskaberne for hver gelkomponent kan indstilles, så de lægemidler, de bærer, frigives med forskellige hastigheder, gør det muligt at skræddersy dem til forskellige anvendelser.

Forskerne undersøger nu at bruge gelen til at levere anti-angiogenese-lægemidler til behandling af makuladegeneration. I øjeblikket, patienter får disse lægemidler, som afbryder væksten af ​​blodkar, der forstyrrer synet, som en injektion i øjet en gang om måneden. MIT -teamet forestiller sig, at den nye gel kan programmeres til at levere disse lægemidler over flere måneder, reducere hyppigheden af ​​injektioner.

En anden potentiel anvendelse til gelerne er levering af lægemidler, såsom vækstfaktorer, der kunne hjælpe med at reparere beskadiget hjertevæv efter et hjerteanfald. Forskerne forfølger også muligheden for at bruge denne gel til at levere kræftmedicin til at dræbe tumorceller, der bliver efterladt efter operationen. I det tilfælde, gelen ville blive fyldt med et kemikalie, der lokker kræftceller mod gelen, samt et kemoterapimedicin, der ville dræbe dem. Dette kan hjælpe med at fjerne de resterende kræftceller, der ofte danner nye tumorer efter operationen.

"Fjernelse af tumoren efterlader et hulrum, som du kan fylde med vores materiale, hvilket ville give en vis terapeutisk fordel på lang sigt ved rekruttering og aflivning af disse celler, "Appel siger." Vi kan skræddersy materialerne til at give os den lægemiddelfrigivelsesprofil, der gør den mest effektiv til faktisk at rekruttere cellerne. "

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.