La recherche pourrait conduire à des gels injectables qui libèrent des médicaments au fil du temps – Technoguide

Les gels sont formés en mélangeant des polymères dans des fluides pour créer des substances gluantes utiles pour tout, du maintien des cheveux en place à la flottaison des lentilles de contact sur l’œil.

Les chercheurs souhaitent développer des gels pour des applications de santé en mélangeant des composés médicinaux et en administrant des injections aux patients afin que le gel libère l’ingrédient pharmaceutique actif sur une période de plusieurs mois afin d’éviter les piqûres d’aiguilles hebdomadaires ou quotidiennes.

Mais se tenir sur le chemin est un problème aussi facilement compréhensible que la différence entre l’utilisation d’un gel capillaire sur une plage et une tempête de neige – la chaleur et le froid changent le caractère du gel.

«Nous pouvons fabriquer des gels avec les bonnes propriétés de libération lente à température ambiante, mais une fois que nous les avons injectés, la chaleur corporelle les dissoudrait rapidement et libérerait les médicaments trop rapidement», a déclaré Eric Appel, professeur assistant en science et génie des matériaux.

Dans un article publié le 2 février dans la revue Nature Communications, Appel et son équipe détaillent leur première étape réussie vers la fabrication de gels injectables résistants à la température avec une concoction conçue pour contourner intelligemment les lois de la thermodynamique.

Appel a expliqué la science derrière cette rupture de règle avec une analogie avec la fabrication de Jello: les ingrédients solides sont versés dans de l’eau, puis chauffés et agités pour bien mélanger. Au fur et à mesure que le mélange refroidit, le Jello se solidifie au fur et à mesure que les molécules se lient. Mais si le Jello est réchauffé, le solide se reliquefie.

L’exemple Jello illustre l’interaction entre deux concepts thermodynamiques – l’enthalpie, qui mesure l’énergie ajoutée ou soustraite à un matériau, et l’entropie, qui décrit comment les changements d’énergie rendent un matériau plus ou moins ordonné au niveau moléculaire. Appel et son équipe ont dû fabriquer un Jello médicinal qui ne fondait pas, perdant ainsi ses propriétés de libération dans le temps, lorsque le solide froid était chauffé par le corps.

Pour ce faire, l’équipe de Stanford a créé un gel composé de deux ingrédients solides: des polymères et des nanoparticules. Les polymères étaient de longs brins ressemblant à des spaghettis qui ont une propension naturelle à s’emmêler, et les nanoparticules, seulement 1 / 1000e de la largeur d’un cheveu humain, ont encouragé cette tendance. Les chercheurs ont commencé par dissoudre séparément les polymères et les particules dans l’eau, puis en les remuant ensemble. Au fur et à mesure que les ingrédients mélangés commençaient à se lier, les polymères s’enroulaient étroitement autour des particules. «Nous appelons cela notre Velcro moléculaire», a déclaré le premier auteur Anthony Yu, qui a fait le travail en tant qu’étudiant diplômé de Stanford et qui est maintenant chercheur postdoctoral au MIT.

La puissante affinité entre les polymères et les particules a fait sortir les molécules d’eau qui avaient été capturées entre eux, et à mesure que davantage de polymères et de particules se figeaient, le mélange a commencé à se gélifier à température ambiante. Fondamentalement, ce processus de gélification a été réalisé sans ajouter ni soustraire d’énergie. Lorsque les chercheurs ont exposé ce gel à la température corporelle (37,5 C), il ne s’est pas liquéfié comme les gels ordinaires car l’effet Velcro moléculaire a permis à l’entropie et à l’enthalpie – ordre et changement de température, respectivement – de rester à peu près en équilibre avec la thermodynamique.

Appel a déclaré qu’il faudrait plus de travail pour rendre les gels injectables à libération prolongée sans danger pour l’utilisation humaine. Alors que les polymères de ces expériences étaient biocompatibles, les particules étaient dérivées du polystyrène, qui est couramment utilisé pour fabriquer des couverts jetables. Son laboratoire essaie déjà de fabriquer ces gels thermodynamiquement neutres avec des composants entièrement biocompatibles.

S’ils réussissent, un gel à libération prolongée pourrait s’avérer utile pour fournir des traitements antipaludiques ou anti-VIH dans les régions sous-dotées de ressources où il est difficile d’administrer les remèdes à courte durée d’action actuellement disponibles.

“Nous essayons de fabriquer un gel que vous pourriez injecter avec une épingle, puis vous auriez une petite goutte qui se dissoudrait très lentement pendant trois à six mois pour fournir une thérapie continue”, a déclaré Appel. “Cela changerait la donne dans la lutte contre les maladies critiques dans le monde.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par la Stanford University School of Engineering. Original écrit par Tom Abate. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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