I ricercatori riescono a costruire una gabbia supramolecolare e a caricarla con un carico farmaceuticamente attivo. In soluzione acquosa, le onde ultrasoniche aprono la gabbia e rilasciano il farmaco. Credito:HHU/Robin Küng
Come può essere trasportato un farmaco altamente efficace nel punto preciso del corpo in cui è necessario? Nel diario Angewandte Chemie , i chimici dell'Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) insieme ai colleghi di Aquisgrana presentano una soluzione utilizzando una gabbia molecolare che si apre attraverso l'ultrasonificazione.
La chimica supramolecolare implica l'organizzazione delle molecole in molecole più grandi, strutture di ordine superiore. Quando vengono scelti gli elementi costitutivi adatti, questi sistemi si 'autoassemblano' dai loro singoli componenti.
Alcuni composti supramolecolari sono adatti alla "chimica ospite-ospite". una struttura ospite racchiude una molecola ospite e può schermare, proteggerlo e trasportarlo lontano dal suo ambiente. Questo è un campo specialistico del Dr. Bernd M. Schmidt e del suo gruppo di ricerca presso l'Istituto di chimica organica e macromolecolare dell'HHU.
I chimici di Düsseldorf hanno collaborato con i colleghi del DWI Leibniz Institute for Interactive Materials per trovare un sistema che un giorno potrebbe persino essere in grado di trasportare molecole di carico attraverso il corpo umano e rilasciare il farmaco nel luogo desiderato.
La soluzione potrebbe essere l'utilizzo di "gabbie Pd6(TPT)4" discrete. Questi sono assemblaggi ottaedrici a gabbia, porta catene polimeriche su ogni vertice. Sono composti da quattro pannelli triangolari, atomi di palladio e unità di collegamento.
Quando i singoli componenti vengono aggiunti ad una soluzione acquosa nel corretto rapporto, le gabbie si autoassemblano. Se più piccolo, molecole idrofobiche vengono aggiunte alle gabbie, entrano nelle cavità. I ricercatori hanno dimostrato questo effetto utilizzando molecole farmaceuticamente attive, come l'ibuprofene e il progesterone.
Rappresentazione grafica della gabbia ottaedrica tenuta insieme da atomi di palladio in ogni vertice, che a loro volta sono legati a lunghe catene di polimeri organici. La gabbia contiene molecole di carico (punto arancione). Nelle immagini a sinistra e al centro, le onde ultrasoniche esercitano una forza di taglio sulle catene polimeriche, alla fine causando la rottura della gabbia e il rilascio del carico. Credito:HHU/Robin Küng
"Il trucco speciale con il nostro sistema riguarda i punti di rottura predeterminati, " spiega il dottor Schmidt, ultimo autore dello studio. "Gli atomi di palladio trattengono tutti i composti con un legame relativamente debole. Una volta che riesci a rompere gli atomi dal composto, l'intera struttura ottaedrica si rompe."
Per rompere i legami, i ricercatori di Aquisgrana usano una potente ultrasonificazione simile a quella usata in medicina per abbattere i calcoli renali, Per esempio. In acqua, gli ultrasuoni creano bolle di cavitazione che scoppiano ed esercitano un'enorme forza di taglio meccanico sulle lunghe catene polimeriche. Le forze sono così potenti che gli atomi di palladio vengono effettivamente strappati dai vertici e quindi rompono la gabbia ottaedrica. Le piccole molecole del farmaco vengono agitate nel processo ma non vengono danneggiate.
Il Dr. Robert Göstl (DWI) dice:"Loca
l'irradiazione ultrasonica del tessuto da trattare potrebbe significare che il farmaco trasportato nella gabbia viene successivamente rilasciato nel punto esatto in cui è necessaria la terapia." Le molecole di farmaco utilizzate nello studio servono solo come esempi. In linea di principio, un gran numero di diverse molecole idrofobiche può essere imballato nella gabbia. A differenza di altri sistemi host-guest descritti, non è necessario alterare chimicamente le molecole del farmaco per farle entrare nella gabbia. "Per curare i tumori, sarebbe possibile utilizzare farmaci citostatici come carico, Per esempio. Rilasciandoli direttamente nel sito di un tumore solido, potrebbe essere possibile sottoporsi a chemioterapia che utilizza molto meno del farmaco e quindi ha effetti collaterali minori, " spiega Schmidt.
Ciò è aiutato dal fatto che il volume di carico definito consente di misurare con precisione la quantità di farmaco rilasciata nel sito di destinazione. "La dose somministrata potrebbe anche essere calcolata con precisione".
Lo studio è un Proof of Concept che ha dimostrato la fattibilità dell'approccio. Ha convinto anche i revisori e gli editori della rivista Angewandte Chemie , che ha valutato la pubblicazione come molto importante. Il lavoro, che è classificato come "Carta calda, " sarà presente anche sulla copertina del prossimo numero.
"I prossimi passi riguardano la determinazione del modo in cui le cellule reali rispondono alle nostre gabbie. Prima di qualsiasi uso medico, dobbiamo assicurarci che non siano tossici".
