In un nuovo studio, pubblicato online sulla rivista American Chemical Society (ACS) Materiali polimerici applicati , gli scienziati della Texas A&M University hanno riferito di aver progettato una membrana in idrogel che può essere utilizzata per alloggiare materiali per il rilevamento ottico del glucosio, verso la costruzione di un biosensore per il monitoraggio dei livelli di zucchero nei diabetici.

Incorporando penzoloni, catene molecolari a pettine all'interno di un tipo di idrogel chiamato poli(N-isopropilacrilammide) o poli NIPAAm in breve, hanno dimostrato che la membrana potrebbe impedire la fuoriuscita di molecole di piccole dimensioni, come quelli per il rilevamento del glucosio, pur consentendo al glucosio di diffondersi liberamente dentro e fuori.

Quando è pronto per l'uso clinico, i ricercatori hanno affermato che queste membrane potrebbero essere utilizzate per formare biosensori che potrebbero essere facilmente impiantati sotto la pelle del polso e potrebbero offrire un'alternativa più comoda agli impianti transdermici, che siedono parzialmente fuori dalla pelle. Inoltre, a differenza degli impianti transdermici che devono essere cambiati ogni poche settimane, questo tipo di impianto sottocutaneo potrebbe dover essere sostituito solo ogni pochi mesi.

"Abbiamo lavorato molto sui materiali idrogel esaminando le proprietà meccaniche e le reazioni dei corpi estranei, ma il nostro grande obiettivo è sempre stato quello di utilizzare membrane poli NIPAAm per costruire un biosensore di glucosio sottocutaneo, " ha detto la dottoressa Melissa Grunlan, professore e titolare della cattedra Charles H. e Bettye Barclay presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica. "In questo studio, siamo stati in grado di mettere a punto le proprietà di diffusione di questi idrogel che abbiamo precedentemente identificato come un candidato promettente per la costruzione di biosensori di glucosio funzionanti a lungo termine".

I Poly NIPAAm sono una classe di idrogel organici che hanno una consistenza morbida, come le lenti a contatto. Una delle loro proprietà attraenti è che possono subire rigonfiamenti e rigonfiamenti ciclici con piccole fluttuazioni di temperatura nel corpo. Poiché la loro superficie cambia dinamicamente con la temperatura, dissuadono l'attaccamento di cellule e biomolecole. Questo attivo, Il meccanismo autopulente rende gli idrogel poli NIPAAm attraenti per gli impianti poiché riducono al minimo l'attacco del sistema immunitario.

Per utilizzare la membrana poly NIPAAm per il monitoraggio della glicemia, deve contenere un numero sufficiente di molecole o saggi sensibili al glucosio. Per di più, la longevità dell'idrogel dipende anche dalla capacità della membrana di trattenere queste molecole di saggio senza che fuoriescano.

"Pensa all'idrogel NIPAAm come a un maglione lavorato a maglia in cui gli spazi tra le maglie sono formati dai punti incrociati. In questo momento, questi spazi o finestre negli idrogel sono troppo grandi, lasciando passare le molecole del saggio, " disse Grunlan. "Se i saggi continuano a filtrare in questo modo, non avremo un sensore funzionante a lungo."

Perciò, Grunlan e il suo team hanno concentrato i loro sforzi nel mettere a punto le proprietà dei poli NIPAAm per limitare la fuoriuscita di molecole sensibili al glucosio, pur consentendo al glucosio di diffondersi liberamente attraverso l'idrogel.

Per ridurre la dimensione degli spazi vuoti, i ricercatori hanno inserito molecole penzolanti di diverse cariche, lunghezze e concentrazioni all'idrogel poli NIPAAm. Quando incorporato nell'idrogel, queste molecole creano barriere a forma di pettine, i cui denti sono progettati per bloccare la diffusione di molecole di piccole dimensioni. Per verificare se questa architettura a pettine può limitare la diffusione dei sensori di glucosio, mettono anche all'interno dell'idrogel, molecole marcate in modo fluorescente chiamate destrani, che servivano da proxy per le molecole sensibili al glucosio. Prossimo, hanno messo l'idrogel in acqua e misurato la quantità di fluorescenza nell'acqua a causa della fuoriuscita di destrani dall'idrogel.

I ricercatori hanno scoperto che quando hanno usato una molecola carica negativamente chiamata acido poli(2-acrilammido-2-metil-1-propansolfonico) o PAMP, i pettini impedivano la diffusione dei destrani. Per di più, hanno anche osservato che le molecole di glucosio non erano ostacolate nel loro flusso dentro e fuori l'idrogel.

Grunlan ha notato che ora che hanno la prova del concetto che i loro idrogel possono frenare la fuoriuscita di piccoli destrani, il prossimo passo nella loro ricerca sarebbe costruire un biosensore con molecole sensibili al glucosio contenute all'interno della membrana.

"Anche se il nostro studio attuale non ha coinvolto molecole di rilevamento reali, ti mostra in modo molto conclusivo e preciso cosa possono fare le architetture a pettine per gli idrogel per limitare la diffusione, " ha affermato Grunlan. "Questo è stato uno studio sistematico per dimostrare l'efficacia del nostro approccio e la possibilità di estendere i nostri risultati ad altre aree di ricerca diverse dal rilevamento del glucosio per le quali è necessario progettare idrogel con diffusione limitata".