Quando visiti il ​​laboratorio di Andrew Steckl all'Università di Cincinnati, vedi una scatola di vetro anonima che intreccia fibre diverse.

Vede infinite possibilità.

Il laboratorio di Steckl sta elaborando nuove applicazioni per un processo di fabbricazione chiamato elettrofilatura coassiale, che combina due o più materiali in una fibra fine per l'uso nell'industria, tessili o addirittura medicinali. La macchina pompa due o più polimeri liquidi in un ugello che gocciola come un rubinetto che perde. Una volta applicata la tensione elettrica, la flebo si trasforma in un getto sottile di ragnatela composto da un nucleo di un materiale circondato da una guaina di un altro.

"Sembra ingannevolmente semplice. Ma la chimica è la salsa segreta, " Egli ha detto.

Steckl è un eminente studioso dell'Ohio e professore al College of Engineering and Applied Science della UC. Il suo ultimo studio, pubblicato questo mese sulla copertina della rivista ChemPlusChem , ha delineato le molteplici applicazioni di un processo produttivo che combina le straordinarie proprietà di un materiale con i potenti vantaggi di un altro.

L'elettrofilatura è stata inventata nel 1902 ed è stata applicata per la prima volta ai tessuti negli anni '30. Ma solo ora i ricercatori stanno realizzando il suo pieno potenziale. Il laboratorio di nanoelettronica di Steckl si è occupato di nuove combinazioni di "ingredienti" per sfruttare i loro vantaggi unici.

"Il bello è che puoi avere combinazioni di polimeri con proprietà che normalmente non trovi in ​​natura, " ha detto Steckl.

Ha trascorso gran parte dell'ultimo decennio a studiare il vasto potenziale dell'elettrofilatura.

"Questa è la cosa migliore dopo il pane a fette, non che mi piaccia il pane a fette, ", ha detto il maratoneta.

Per esempio, i ricercatori possono combinare un nucleo rigido circondato da morbido, materiale flessibile o adesivo. Oppure possono creare un guscio resistente all'acqua che circonda un composto che si dissolve rapidamente in acqua.

"Oppure potresti mettere molecole di farmaco all'interno per un trattamento circondato da molecole antidolorifiche all'esterno, " Egli ha detto.

Uno svantaggio è stato la produzione di materiale sufficiente per l'uso commerciale. Ma dozzine di aziende negli Stati Uniti e nel mondo stanno realizzando sistemi di produzione su larga scala per le fibre elettrofilate. Steckl sta lavorando con partner di ricerca presso UC e altre università di ricerca per esplorare le possibilità.

Lui e l'ex professore dell'UC College of Pharmacy Giovanni Pauletti vogliono creare una contraccezione più efficace usando l'elettrofilatura coassiale. Pauletti ora insegna al St. Louis College of Pharmacy.

La fibra elettrofilata sarebbe un'applicazione simile a un tampone utilizzata per intrappolare e uccidere lo sperma. Un'altra versione potrebbe rilasciare farmaci antinfettivi per prevenire le malattie sessualmente trasmissibili, ha detto Pauletti.

Steckl ha detto che sperano di dimostrare che il dispositivo è sia più facile da usare che più efficace di altri contraccettivi di tipo spugna.

Steckl sta anche lavorando con i ricercatori della Johns Hopkins University per sostituire la chemioterapia tradizionale con il trattamento localizzato dei tumori cerebrali chiamati glioblastoma.

"La chemioterapia è essenzialmente un trattamento per tutto il corpo. Il trattamento deve attraversare la barriera emato-encefalica, il che significa che la dose per tutto il corpo che ottieni deve essere molto più alta, " Steckl ha detto. "Questo può essere pericoloso e avere effetti collaterali tossici".

Steckl e i partner di ricerca Dr. Henry Brem e Betty Tyler della Johns Hopkins University stanno sperimentando un trattamento in cui viene rimossa la lesione del glioblastoma e viene applicata una capsula elettrofilata coassiale per somministrare il medicinale localmente per giorni o settimane. Brem e Tyler hanno precedentemente sviluppato un wafer di trattamento chiamato Gliadel nel 2003 per il glioblastoma.

Tyler, che gestisce il Laboratorio di Neurochirurgia Hunterian presso la Johns Hopkins, detto impiantare il wafer di Gliadel caricato con chemioterapia nel sito della lesione rimossa applica la medicina dove è più necessario ad una concentrazione che sarebbe difficile ottenere altrimenti senza esporre un paziente a una dose tossica.

Finora, Steckl ha detto, le prove sugli animali hanno dimostrato che le fibre elettrofilate forniscono risultati ancora migliori perché i chirurghi possono applicare diverse combinazioni di trattamenti che forniscono medicine per la durata desiderata.

"L'esclusiva formulazione elettrofilata del Dr. Steckl ci ha affascinato per molteplici ragioni, " ha detto Tyler. "Ha la capacità di rilasciare lentamente il suo carico utile, è biocompatibile e da esso possono essere caricati e rilasciati più farmaci".

Tyler ha detto che intendono applicare l'elettrospinning ad altri farmaci approvati dalla FDA in combinazioni uniche per il trattamento dei tumori cerebrali.

"La nostra speranza è di fornire questi agenti utilizzando la tecnologia del Dr. Steckl per aumentare in definitiva le opzioni terapeutiche per i pazienti con tumori cerebrali, " ha detto Tyler.

Steckl ha affermato che l'ampia superficie e le proprietà personalizzate delle fibre le rendono un sistema di somministrazione di farmaci ideale. Per esempio, i pazienti che devono assumere farmaci più volte al giorno per condizioni come il morbo di Parkinson potrebbero essere in grado di assumere una singola dose a lunga durata d'azione composta da medicinali elettrofilati.

"Il problema è che potresti ricordare la tua dose mattutina, ma potresti dimenticare la tua dose pomeridiana, " ha detto. "Devo prendere un altro? Ne ho presi tre oggi? Una singola dose più duratura è molto più semplice."

Steckl ha affermato che i ricercatori stanno creando medicinali elettrofilati con fibre che si dissolvono solo a una particolare acidità nel sistema digestivo. Ciò potrebbe ritardare o prolungare il rilascio dei principi attivi.

"È un'idea piuttosto intelligente, " Egli ha detto.

Daewoo Han, ricercatore senior dell'UC, autore principale di ChemPlusChem studio, tale elettrofilatura è stata utilizzata per creare nanofibre versatili. Oltre alla medicina, le ultime applicazioni includono batterie avanzate.

"Ci sono infinite opportunità di collaborazione in diverse discipline, portando a eccellenti progetti di ricerca multidisciplinare, " Han ha detto. "Sono molto entusiasta di collaborare con esperti in altri campi e istituti".

Han ha detto che gli è piaciuto lavorare nel laboratorio di nanoelettronica di Steckl.

"È sempre disposto a interagire con i suoi studenti e a supportarli in modo aggressivo, "Ha detto Han. "Non si dedica solo alla ricerca attuale, ma si diverte anche a perseguire nuovi argomenti di ricerca".

Sebbene il gruppo di ricerca di UC non sia il primo a studiare le fibre elettrofilate, sta producendo grandi risultati, disse Steckl.

"Abbiamo ampliato enormemente il campo. Siamo uno dei migliori gruppi di ricerca al mondo che lavora sull'elettrospinning coassiale. È stato molto divertente, " Egli ha detto.

Come fa un ingegnere elettrico senza esperienza medica a trovare nuove soluzioni in alcune delle discipline più complesse della medicina come la neurochirurgia? Steckl ha affermato di avere uno spirito collaborativo e il coraggio di perseguire questioni lontane dall'ingegneria.

"Portiamo la nostra curiosità dove ci porta, " Egli ha detto.