Nanoemulsionsgeler tilbyder en ny måde at levere lægemidler gennem huden på

MIT kemiingeniører har udtænkt en ny måde at skabe meget små dråber af en væske suspenderet i en anden væske, kendt som nanoemulsioner. Sådanne emulsioner ligner den blanding, der dannes, når du ryster en salatdressing med olie og eddike, men med meget mindre dråber. Deres lille størrelse gør det muligt for dem at forblive stabile i relativt lange perioder.

Forskerne fandt også en måde at nemt omdanne de flydende nanoemulsioner til en gel, når de når kropstemperatur (37 grader Celsius), hvilket kunne være nyttigt til at udvikle materialer, der kan afgive medicin, når de gnides på huden eller sprøjtes ind i kroppen.

"Den farmaceutiske industri er enormt interesseret i nanoemulsioner som en måde at levere små molekyler på. Det kunne være topisk, gennem indtagelse, eller ved at sprøjte ind i næsen, fordi når du først begynder at komme ind i størrelsesområdet på hundredvis af nanometer, kan du trænge meget mere effektivt ind i huden, " siger Patrick Doyle, Robert T. Haslam professor i kemiteknik og seniorforfatter til undersøgelsen.

I deres nye undersøgelse, som vises i 21. juni-udgaven af Naturkommunikation , forskerne skabte nanoemulsioner, der var stabile i mere end et år. For at demonstrere emulsionernes potentielle anvendelighed til at levere lægemidler, forskerne viste, at de kunne inkorporere ibuprofen i dråberne.

Seyed Meysam Hashemnejad, en tidligere MIT postdoc, er den første forfatter til undersøgelsen. Andre forfattere inkluderer tidligere postdoc Abu Zayed Badruddoza, L'Oréal seniorforsker Brady Zarket, og tidligere MIT sommerforskerpraktikant Carlos Ricardo Castaneda.

Energireduktion

En af de nemmeste måder at skabe en emulsion på er at tilføje energi - ved at ryste din salatdressing, for eksempel, eller ved at bruge en homogenisator til at nedbryde fedtkugler i mælk. Jo mere energi der kommer ind, jo mindre dråberne er, og jo mere stabile er de.

Nanoemulsioner, som indeholder dråber med en diameter på 200 nanometer eller mindre, er ønskelige, ikke kun fordi de er mere stabile, men de har også et højere forhold mellem overfladeareal og volumen, som giver dem mulighed for at bære større nyttelast af aktive ingredienser såsom medicin eller solcremer.

I løbet af de sidste par år, Doyles laboratorium har arbejdet på lavere energistrategier til fremstilling af nanoemulsioner, hvilket kunne gøre processen lettere at tilpasse til storstilet industriel fremstilling.

Rengøringsmiddellignende kemikalier kaldet overfladeaktive stoffer kan fremskynde dannelsen af ​​emulsioner, men mange af de overfladeaktive stoffer, der tidligere er blevet brugt til at skabe nanoemulsioner, er ikke FDA-godkendt til brug på mennesker. Doyle og hans elever valgte to overfladeaktive stoffer, der er uladede, hvilket gør dem mindre tilbøjelige til at irritere huden, og er allerede FDA-godkendt som fødevare- eller kosmetiske tilsætningsstoffer. De tilføjede også en lille mængde polyethylenglycol (PEG), en biokompatibel polymer, der bruges til lægemiddellevering, der hjælper opløsningen med at danne endnu mindre dråber, ned til omkring 50 nanometer i diameter.

"Med denne tilgang, du behøver slet ikke bruge meget energi, " siger Doyle. "Faktisk, en langsom omrørende stang skaber næsten spontant disse super små emulsioner."

Aktive ingredienser kan blandes i oliefasen før emulsionen dannes, så de ender med at blive fyldt i emulsionens dråber.

Da de havde udviklet en lavenergi måde at skabe nanoemulsioner på, ved at bruge ugiftige ingredienser, forskerne tilføjede et trin, der ville gøre det muligt for emulsionerne let at blive omdannet til geler, når de når kropstemperatur. De opnåede dette ved at inkorporere varmefølsomme polymerer kaldet poloxamerer, eller Pluronics, som allerede er FDA-godkendt og bruges i nogle lægemidler og kosmetik.

Pluronics indeholder tre "blokke" af polymerer:De ydre to regioner er hydrofile, mens den midterste region er let hydrofob. Ved stuetemperatur, disse molekyler opløses i vand, men interagerer ikke meget med de dråber, der danner emulsionen. Imidlertid, ved opvarmning, de hydrofobe områder binder til dråberne, tvinger dem til at pakke sammen tættere og skabe et geléagtigt fast stof. Denne proces sker inden for sekunder efter opvarmning af emulsionen til den nødvendige temperatur.

Afstembare egenskaber

Forskerne fandt ud af, at de kunne justere gelernes egenskaber, herunder den temperatur, ved hvilken materialet bliver en gel, ved at ændre størrelsen af ​​emulsionsdråberne og koncentrationen og strukturen af ​​de Pluronics, som de tilsatte emulsionen. De kan også ændre egenskaber som elasticitet og spændingsspænding, som er et mål for hvor meget kraft der skal til for at sprede gelen.

Doyle udforsker nu måder at inkorporere en række aktive farmaceutiske ingredienser i denne type gel. Sådanne produkter kan være nyttige til at levere aktuelle lægemidler til at hjælpe med at helbrede forbrændinger eller andre typer skader, eller kunne injiceres for at danne et "narkotikadepot", der ville størkne inde i kroppen og frigive stoffer over en længere periode. Disse dråber kunne også gøres små nok til at de kunne bruges i næsespray til at levere inhalerbare lægemidler, siger Doyle.

Til kosmetiske applikationer, denne tilgang kunne bruges til at skabe fugtighedscreme eller andre produkter, der er mere holdbare og føles glattere på huden.