Większość leków, który muszą być uwalnianie w organizmie w określony sposób, są wszczepianie chirurgicznie. Naukowcy znaleźli mniej inwazyjne rozwiązanie w postaci hydrożeli, które mogą być formowane w określone kształty. Zespół MIT opracował samoregenerujący się hydrożel, który może być wprowadzony do organizmu poprzez strzykawkę.
Tego typu żele mogą zawierać jeden lub dwa leki i mogą być użyteczne wobec leczenia raka, zwyrodnienia plamki lub chorób serca. Nowy żel składa się z siatki wykonanej z dwóch części: nanocząstek polimerów splecionych innym polimerem, takim jak celuloza.
Naukowcy już wcześniej konstruowali hydrożele dla zastosowań biomedycznych poprzez tworzenie nieodwracalnych wiązań chemicznych pomiędzy polimerami. Żele te, użyte do miękkich soczewek kontaktowych, są twarde, mocne i trudno je odkształcić.
Podejście zespołu z MIT polega na połączeniu dwóch łatwo dostępnych składników. Jednym z nich są nanocząsteczki utworzone z kopolimerów PEG – PLA, które są powszechnie stosowane do pakowania i dostarczania leków. Aby wytworzyć hydrożel, badacze mieszali te cząsteczki z innym polimerem, w tym przypadku celulozą. Każdy łańcuch polimeru tworzy słabe wiązania z wieloma nanocząsteczkami, tworząc luźno utkaną siatkę polimerów i nanocząstek. Każdy węzeł mocowania jest stosunkowo słaby, wiązania rozpadają się pod wpływem nacisku mechanicznego, np. gdy wstrzykuje się za pomocą strzykawki. Gdy siły ściskające przestają działać, polimery i nanocząsteczki tworzą nowe połączenia z różnymi partnerami, regenerując żel.
Badaczom udało się wytworzyć żel, który dostarczy dwa różne leki jednocześnie. Nanocząsteczki PEG-PLA mają wewnętrzny rdzeń, który idealnie nadaje się do niesienia hydrofobowych małocząsteczkowych leków, które są zawarte w wielu terapeutykach. W tym samym czasie polimery, które występują w wodnym roztworze, mogą transportować cząsteczki hydrofilowe, takie jak białka, w tym przeciwciała i czynniki wzrostu. Naukowcy wykazali, że żele przetrwały wstrzyknięcie pod skórę myszy i skutecznie uwolniały dwa leki, jeden hydrofobowy, a drugi hydrofilowy w ciągu kilku dni.
Tego typu żel, stanowi ważną przewagę w porównaniu do wstrzykiwania ciekłego roztworu nanocząstek leku, ponieważ roztwór natychmiast rozprasza się w całym organizmie, żel pozostaje na swoim miejscu po iniekcji, dzięki czemu lek jest skierowany do określonej tkanki. Ponadto, właściwości każdego składnika żelowego mogą być dostosowane tak, aby leki te były uwalniane z różną szybkością.
Naukowcy szukają teraz żelu do podawania leków wobec antyangiogenezy w leczeniu zwyrodnienia plamki żółtej. Obecnie pacjenci otrzymują takie leki, które odcinają wzrost naczyń krwionośnych, ale kolidują z procesem widzenia, jako że są wstrzykiwane do oka raz w miesiącu. Zespół MIT przewiduje, że nowy żel może być zaprogramowany do dostarczania tych leków w ciągu kilku miesięcy, co zmniejszy częstotliwość wstrzyknięć.
Innym potencjalnym zastosowaniem dla żeli jest dostarczanie leków, takich jak czynniki wzrostu, które mogłyby pomóc naprawić uszkodzone tkanki serca po zawale serca. Badacze prowadzą także możliwość stosowania tego żelu do dostarczania leków przeciwnowotworowych do zabijania komórek pozostałych po zabiegu. W takim przypadku, żel zostanie załadowany chemikaliami, które będą działać jak przynęta na komórki nowotworowe, a następnie je unicestwią. Może to pomóc wyeliminować komórki, które często tworzą nowe guzy po zabiegu.
1. Nature Communications 2015: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms7295
2. http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150219141340.htm
Opracował: Łukasz Kurach
