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  • Lo studio adotta un approccio unico alla nuova generazione di vettori intelligenti per la somministrazione di farmaci

    Shima Shahab (a sinistra) lavora con lo studente laureato Aarushi Bhargava per preparare gli strumenti per i test nel Laboratorio Multiphysics Intelligent and Dynamical Systems (MInDS) presso Virginia Tech. Shahab e Bhargava appartengono a un team di ricerca che ha sviluppato un quadro concettuale per la progettazione di sistemi di somministrazione dei farmaci più efficienti ed efficaci.

    Immagina una piccola capsula, più piccolo della punta di un ago, che potrebbe essere programmato per rilasciare medicine in un punto specifico del tuo corpo ed è poco costoso, facile da fare, e più efficaci dei farmaci tradizionali che conosciamo oggi.

    Inoltre, dopo aver consegnato il suo contenuto medico, la capsula scompare perché è biodegradabile e composta da elementi microscopici che vengono assorbiti in modo sicuro nel flusso sanguigno.

    Un tale metodo di somministrazione dei farmaci inaugurerebbe una nuova era dei prodotti farmaceutici. Alcune delle malattie più devastanti del mondo potrebbero essere trattate meglio con farmaci salvavita più economici, più ampiamente accessibile, ed eseguire meglio nel corpo umano.

    Un team di ricerca della Virginia Tech è un passo più vicino alla realizzazione di questa visione a lungo termine. La facoltà e gli studenti di ingegneria biomedica e meccanica e ingegneria meccanica hanno trascorso l'ultimo anno a testare la fattibilità dell'utilizzo di una classe unica di materiali progettati, accoppiato con un innesco sorprendente, per costruire sistemi di somministrazione dei farmaci più intelligenti.

    La loro ricerca, pubblicato su RSC Advances, delinea una prova di concetto per l'utilizzo di onde ultrasoniche focalizzate per attivare polimeri a memoria di forma. Più recentemente guadagnando attenzione per il loro uso nella progettazione di dispositivi biocompatibili, i polimeri a memoria di forma possono essere utilizzati per veicolare farmaci all'interno del corpo umano.

    Aarushi Bhargava, un dottorato di ricerca del secondo anno studente nel programma di ingegneria meccanica della Virginia Tech e autore principale dello studio, ha descritto la ricerca come un primo passo importante nell'utilizzo di polimeri a memoria di forma per progettare e ottimizzare sistemi di somministrazione di farmaci efficienti per uso umano.

    "Con l'aiuto degli ultrasuoni, questi sistemi possono somministrare farmaci in modo controllato nella posizione target desiderata per un periodo di tempo prolungato, qualcosa che è stato molto difficile da fare nel campo dei meccanismi di somministrazione dei farmaci, " ha detto Bhargava. "I polimeri a memoria di forma ci danno un vantaggio perché sono flessibili, biodegradabile, e conveniente. Sono anche facili da produrre."

    I polimeri a memoria di forma sono una classe di materiali intelligenti che hanno la capacità di tornare da una deformazione, forma temporanea alla loro forma permanente originale quando sottoposto a uno stimolo esterno, come luce o calore.

    I polimeri a memoria di forma possono essere trasformati da una forma permanente a una deformata, forma temporanea quando riscaldato. Questa forma temporanea confeziona particelle di farmaco per la consegna all'interno del corpo umano. Quando il pacco raggiunge la posizione desiderata, le onde ultrasoniche focalizzate fanno sì che la confezione ritorni alla sua forma permanente, un processo che rilascia le particelle di droga caricate nel corpo. Credito:Virginia Tech

    In questo progetto, un quadro concettuale per la progettazione di un contenitore polimerico a memoria di forma è caricato con particelle di farmaco nella sua forma originale, riscaldato, e deformato nella sua forma temporanea. Questa forma temporanea impacchetta efficacemente le particelle di farmaco all'interno di un minuscolo contenitore simile a una capsula. Quando la capsula raggiunge la posizione desiderata all'interno del corpo, subisce il recupero della forma attraverso l'esposizione ad ultrasuoni focalizzati e rilascia le particelle di farmaco caricate.

    Le onde ultrasoniche focalizzate sono quelle con frequenze superiori al limite udibile superiore dell'udito umano. L'uso di questo insolito innesco per attivare i polimeri a memoria di forma è ciò che distingue i risultati del team dagli altri che svolgono un lavoro simile nel campo dei sistemi di somministrazione dei farmaci.

    I vantaggi dell'utilizzo di onde ultrasoniche focalizzate per attivare il contenitore per la somministrazione di farmaci polimerici a memoria di forma, invece di luce o calore, includere il flessibile, natura non invasiva dello stimolo. I precedenti contenitori polimerici a memoria di forma si basavano sul calore naturale del corpo per l'attivazione e possono essere difficili da controllare. Altri metodi non invasivi, come campi magnetici o esposizione alla luce, richiedono particelle speciali per generare una risposta. Queste particelle aggiuntive possono compromettere la biodegradabilità e la biocompatibilità dei polimeri a memoria di forma.

    Shima Shahab, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e Meccanica e consigliere di facoltà di Bhargava, co-autore dello studio insieme a Reza Mirzaeifar, un assistente professore di ingegneria meccanica; Jerry Stieg, uno studente di ingegneria meccanica; e Kaiyuan Peng, un dottorato di ricerca studente del corso di ingegneria meccanica, tutta Virginia Tech.

    Shahab ha spiegato che i risultati dello studio aprirebbero la strada alla progettazione di capsule per la somministrazione di farmaci più efficienti in futuro, soprattutto quelli che possono essere attivati ​​da onde ultrasoniche focalizzate.

    "Abbiamo sviluppato un importante quadro sperimentale-computazionale che può essere utilizzato per progettare vari contenitori per la somministrazione di farmaci attivati ​​dagli ultrasuoni, " ha detto Shahab. "Le strutture in questo studio possono essere specificamente adattate per diverse applicazioni a seconda delle dimensioni delle particelle di farmaco, tempo target per il rilascio delle particelle, e la dimensione e la forma del contenitore."

    Oltre a raccogliere attenzione nel campo dei sistemi di somministrazione dei farmaci, i risultati hanno recentemente vinto il premio come Best Student Paper alla 2017 Conference on Smart Materials, Strutture adattive, e sistemi intelligenti in Snowbird, Utah.

    Shahab e Mirzaeifar hanno progettato per la prima volta il progetto originale in una collaborazione tra i laboratori MInDS e MultiSMArt di Virginia Tech nell'agosto 2016. Mentre i metodi del team sono ancora lontani anni dai test clinici sugli esseri umani, hanno stabilito una base importante per la ricerca futura.

    "Il risultato dello studio ci avvicina di un passo all'introduzione di una nuova generazione efficiente di sistemi di somministrazione dei farmaci, " ha detto Mirzaeifar. "La nostra ricerca continuerà a concentrarsi su questo obiettivo".


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