Undersøgelse tager en unik tilgang til den nye generation af smarte lægemiddelleverandører

Forestil dig en lille kapsel, mindre end spidsen af ​​en nål, der kan programmeres til at frigive medicin på et bestemt sted i din krop og er billigt, let at lave, og mere effektivt end de traditionelle lægemidler, vi kender i dag.

Ud over, efter at have leveret sit medicinske indhold, kapslen forsvinder, fordi den er bionedbrydeligt og består af mikroskopiske elementer, der absorberes sikkert i blodbanen.

En sådan metode til levering af lægemidler ville indlede en ny æra af lægemidler. Nogle af verdens mest ødelæggende sygdomme kunne behandles bedre med livreddende lægemidler, der er billigere, mere tilgængeligt, og klarer sig bedre i menneskekroppen.

Et forskerhold fra Virginia Tech er et skridt tættere på at realisere den langsigtede vision. Biomedicinsk teknik og mekanik og mekanisk teknik fakultet og studerende har brugt det sidste år på at teste levedygtigheden af ​​at bruge en unik klasse af designede materialer, kombineret med en overraskende trigger, at bygge smartere lægemiddelleveringssystemer.

Deres forskning, offentliggjort i RSC Advances, skitserer et bevis på konceptet til brug af fokuserede ultralydsbølger til at aktivere polymerer med formhukommelse. Senest vundet opmærksomhed for deres anvendelse ved design af biokompatible enheder, formhukommelsespolymerer kan bruges til at aflevere medicin inde i menneskekroppen.

Aarushi Bhargava, et andet års ph.d. studerende i Virginia Techs ingeniørmekanikprogram og undersøgelsens hovedforfatter, beskrev forskningen som et vigtigt første skridt i at bruge form-hukommelsespolymerer til at designe og optimere effektive lægemiddelleveringssystemer til menneskelig brug.

"Ved hjælp af ultralyd, disse systemer kan levere lægemidler kontrolleret på det ønskede målsted over en længere periode, noget, der har været meget svært at gøre inden for lægemiddelleveringsmekanismer, "sagde Bhargava." Formhukommelsespolymerer giver os en fordel, fordi de er fleksible, bionedbrydeligt, og omkostningseffektive. De er også lette at fremstille. "

Formhukommelsespolymerer er en klasse af smarte materialer, der har evnen til at vende tilbage fra en deformeret, midlertidig form til deres oprindelige permanente form, når de udsættes for en ekstern stimulus, såsom lys eller varme.

I dette projekt, en konceptuel ramme for at designe en formhukommelsespolymerbeholder er fyldt med lægemiddelpartikler i sin oprindelige form, opvarmet, og deformeret til sin midlertidige form. Denne midlertidige form pakker effektivt lægemiddelpartiklerne inde i en lille kapsellignende beholder. Når kapslen når den ønskede placering i kroppen, den undergår formgenopretning gennem udsættelse for fokuseret ultralyd og frigiver de fyldte lægemiddelpartikler.

Fokuserede ultralydsbølger er dem med frekvenser, der er højere end den øvre hørbare grænse for menneskelig hørelse. Brugen af ​​denne usædvanlige trigger til at aktivere formhukommelsespolymererne er det, der adskiller holdets resultater fra andre, der udfører lignende arbejde inden for lægemiddelleveringssystemer.

Fordelene ved at bruge fokuserede ultralydsbølger til at aktivere beholderen til formningshukommelsespolymer, i stedet for lys eller varme, omfatte de fleksible, stimulansens ikke -invasive karakter. Tidligere formhukommelsespolymerbeholdere har påberåbt sig naturlig kropsvarme til aktivering og kan være svære at kontrollere. Andre ikke -invasive metoder, såsom magnetfelter eller eksponering for lys, kræver særlige partikler for at generere et svar. Disse yderligere partikler kan kompromittere bionedbrydeligheden og biokompatibiliteten af ​​polymerer med formhukommelse.

Shima Shahab, en adjunkt i Institut for Biomedicinsk Teknik og Mekanik og Bhargavas fakultetsrådgiver, medforfatter på undersøgelsen sammen med Reza Mirzaeifar, en adjunkt i maskinteknik; Jerry Stieg, en maskinteknisk bachelor; og Kaiyuan Peng, en ph.d. studerende på maskiningeniøruddannelsen, hele Virginia Tech.

Shahab forklarede, at undersøgelsens fund ville bane vejen for at designe mere effektive lægemiddelkapsler i fremtiden, især dem, der kan aktiveres af fokuserede ultralydsbølger.

"Vi udviklede en vigtig eksperimentel-beregningsmæssig ramme, der kan bruges til at designe forskellige ultralydsaktiverede medicinleveringsbeholdere, "sagde Shahab." Rammerne i denne undersøgelse kan skræddersyes specifikt til forskellige applikationer afhængigt af størrelsen af ​​lægemiddelpartikler, måltid for frigivelse af partiklerne, og beholderens størrelse og form. "

Ud over at skabe opmærksomhed inden for lægemiddelleveringssystemer, resultaterne vandt for nylig prisen for Bedste Studentepapir ved konferencen om smarte materialer i 2017, Adaptive strukturer, og intelligente systemer i Snowbird, Utah.

Shahab og Mirzaeifar designede først det originale projekt i et samarbejde mellem Virginia Techs MInDS- og MultiSMArt -laboratorier i august 2016. Mens teamets metoder stadig er mange år væk fra kliniske test hos mennesker, de har etableret et vigtigt fundament for fremtidig forskning.

"Undersøgelsens resultat bringer os et skridt tættere på introduktionen af ​​en effektiv ny generation af lægemiddelleveringssystemer, "sagde Mirzaeifar." Vores forskning vil fortsat fokusere på dette mål. "