Credito:Cell Reports Physical Science di Cell Press.
I materiali polimerici svolgono un ruolo fondamentale nella medicina odierna. Mentre molte applicazioni richiedono dispositivi di lunga durata, altri beneficiano di materiali che si disintegrano una volta terminato il loro lavoro. La progettazione di tali materiali dipende in gran parte dalla capacità di prevedere il loro comportamento di degradazione.
Un team di ricercatori dell'Helmholtz-Zentrum Geesthacht guidato dal prof. Andreas Lendlein ha stabilito un metodo per prevedere in modo più rapido e affidabile la degradazione di questi materiali polimerici con sofisticate architetture molecolari. I risultati sono stati riportati oggi nel primo numero della rivista Cell Report Scienze fisiche .
Con la cosiddetta tecnica di Langmuir, gli autori trasferiscono il materiale in un sistema 2-D, e quindi aggirare i complessi processi di trasporto che influenzano il degrado degli oggetti tridimensionali. Hanno creato modelli analitici che descrivono diverse architetture polimeriche di particolare interesse per la progettazione di impianti multifunzionali e hanno determinato i parametri cinetici che descrivono la degradazione di questi materiali.
Nel passaggio successivo, gli scienziati vogliono utilizzare questi dati per effettuare simulazioni al computer della decomposizione di dispositivi polimerici terapeutici. Le autorità di regolamentazione prescrivono già simulazioni al computer delle prestazioni di tali dispositivi, ad esempio per alcuni stent. Le intuizioni ottenute dagli studi di degradazione 2-D sono certi di migliorare queste simulazioni. Introducendo un metodo per comprendere e prevedere rapidamente il degrado dei materiali polimerici, i ricercatori HZG stanno contribuendo in modo sostanziale alla creazione di soluzioni innovative, polimeri multifunzionali per la medicina rigenerativa.
I materiali che consentono l'implementazione di molteplici funzioni come il rilascio di farmaci o le capacità di modifica della forma in dispositivi polimerici degradabili hanno architetture molecolari sofisticate. Lo studio del loro comportamento di degradazione nei monostrati all'interfaccia aria-acqua consente una valutazione rapida e diretta dell'evoluzione delle proprietà del materiale. Le intuizioni acquisite da questo strumento predittivo indicano i principi di progettazione per la prossima generazione di dispositivi multifunzionali. Credito:HZG/Istituto di scienza dei biomateriali
Contesto—biomateriali multifunzionali
Un'implementazione della degradabilità può essere particolarmente utile per impianti come suture o punti metallici. Questi oggetti sono necessari solo temporaneamente come supporto meccanico. I futuri impianti medici dovrebbero svolgere compiti molto più complessi. Questi dispositivi degradabili potranno ad esempio essere programmati in forma compressa e in questo modo impiantabili con tecniche minimamente invasive, rilasciare un farmaco che supporta il processo di guarigione, reclutare le cellule giuste sulla sua superficie e riferire sui progressi del recupero. Qui il degrado è solo una delle numerose funzioni integrate nei materiali. Ancora, il degrado è molto critico, perché cambia il materiale a livello molecolare. Per implementare più funzioni in un materiale, la sua struttura molecolare è progettata in modo distinto, modo spesso complesso. Comprendere come il degrado influisca su questa architettura molecolare è fondamentale per garantire che tutte le funzioni vengano eseguite come previsto. Il metodo dello strato sottile presentato nello studio può avere un ruolo trasformativo per la progettazione di tali polimeri degradabili.
