I biomedicinali sono prodotti dalle cellule viventi e sono usati, tra le altre cose, per curare il cancro e le malattie autoimmuni. Una sfida è che i medicinali sono molto costosi da produrre, cosa che limita l'accesso globale. Ora i ricercatori di Chalmers hanno inventato un materiale che utilizza segnali elettrici per catturare e rilasciare biomolecole. Il nuovo ed efficiente metodo potrebbe avere un impatto importante nello sviluppo di biomedicina e aprire la strada allo sviluppo di pillole elettroniche e protesi di farmaci.

Il nuovo materiale è una superficie polimerica che a un impulso elettrico cambia stato dalla cattura al rilascio di biomolecole. Ciò ha diverse possibili applicazioni, compreso l'uso come strumento per la separazione efficiente di un medicinale dalle altre biomolecole che le cellule creano nella produzione di medicinali biologici. I risultati dello studio sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Angewandte Chemie .

I biomedicinali sono molto costosi da produrre a causa della mancanza di una tecnica di separazione efficiente e sono necessarie nuove tecniche con una resa di farmaci più elevata per ridurre i costi di produzione e, in definitiva, il costo del trattamento dei pazienti.

"Le nostre superfici polimeriche offrono un nuovo modo di separare le proteine ​​utilizzando segnali elettrici per controllare il modo in cui sono legate e rilasciate da una superficie, senza influenzare la struttura della proteina", afferma Gustav Ferrand-Drake del Castillo, che ha difeso pubblicamente il suo tesi di dottorato in chimica presso Chalmers ed è l'autore principale dello studio.

La tecnica di separazione convenzionale, la cromatografia, lega saldamente le biomolecole alla superficie e sono necessarie sostanze chimiche forti per farle rilasciare, il che porta a perdite e a una resa scarsa. Molti nuovi farmaci si sono rivelati altamente sensibili alle sostanze chimiche forti, il che crea un grave problema di produzione per la prossima generazione di biomedicinali. Il minor consumo di sostanze chimiche si traduce in un beneficio per l'ambiente, mentre il fatto che le superfici del nuovo materiale possano essere riutilizzate anche attraverso più cicli è una proprietà fondamentale. Il processo può essere ripetuto centinaia di volte senza intaccare la superficie.

Funzioni nei fluidi biologici

Il materiale funziona anche in fluidi biologici con capacità tampone, ovvero fluidi in grado di contrastare le variazioni del valore del pH. Questa proprietà è notevole poiché apre la strada alla creazione di una nuova tecnica per impianti e "pillole" elettroniche che rilasciano il medicinale nell'organismo tramite attivazione elettronica.

"Puoi immaginare un medico, o un programma per computer, che misura la necessità di una nuova dose di medicinale in un paziente e un segnale telecomandato che attiva il rilascio del farmaco dall'impianto situato proprio nel tessuto o nell'organo dove è necessario ", afferma Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

Il rilascio locale di farmaci attivato è oggi disponibile sotto forma di materiali che cambiano il loro stato in caso di cambiamento nell'ambiente chimico circostante. Ad esempio, vengono prodotte compresse di materiale sensibile al pH dove si desidera controllare il rilascio di un farmaco nel tratto gastrointestinale, che è un ambiente con variazioni naturali del valore del pH. Ma nella maggior parte dei tessuti del corpo non ci sono cambiamenti nel valore del pH o altri parametri chimici.

"Essere in grado di controllare il rilascio e l'assorbimento di proteine ​​nel corpo con interventi chirurgici minimi e senza iniezioni di ago è, riteniamo, una proprietà unica e utile. Lo sviluppo di impianti elettronici è solo una delle numerose applicazioni concepibili che sono da molti anni il futuro. La ricerca che ci aiuta a collegare l'elettronica con la biologia a livello molecolare è un pezzo importante del puzzle in tale direzione", afferma Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

Un altro vantaggio del nuovo metodo è che non richiede grandi quantità di energia. Il basso consumo energetico è dovuto al fatto che la profondità del polimero sulla superficie dell'elettrodo è molto sottile, su scala nanometrica, il che significa che la superficie reagisce immediatamente a piccoli segnali elettrochimici.

"L'elettronica negli ambienti biologici è spesso limitata dalle dimensioni della batteria e dalle parti meccaniche in movimento. L'attivazione a livello molecolare riduce sia il fabbisogno energetico che la necessità di parti mobili", afferma Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

La svolta è iniziata come una tesi di dottorato

La ricerca alla base della tecnica è stata condotta durante il periodo in cui Ferrand-Drake del Castillo era uno studente di dottorato nel team di ricerca del professore di Chalmers Andreas Dahlin nella Divisione di Chimica delle Superfici Applicate. Il progetto ha coinvolto superfici polimeriche che cambiano stato tra neutre e cariche a seconda del valore di pH della soluzione circostante. I ricercatori sono quindi riusciti a creare un materiale che fosse abbastanza forte da rimanere in superficie quando soggetto a segnali elettrici ripetuti, ma che fosse anche abbastanza sottile da cambiare effettivamente il valore del pH a causa dell'elettrochimica sulla superficie.

"Poco dopo abbiamo scoperto che potevamo usare i segnali elettrici per controllare il legame e il rilascio di proteine ​​e biomolecole e che il materiale degli elettrodi funziona in soluzioni biologiche come siero e sangue centrifugato. Crediamo e speriamo che le nostre scoperte possano essere di grande utilità. vantaggio nello sviluppo di nuovi farmaci", afferma Andreas Dahlin. + Esplora ulteriormente

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