Microscopico, strutture simili a bottiglie con tappi di sughero che si sciolgono a temperature controllate con precisione potrebbero potenzialmente rilasciare droghe all'interno del corpo o fragranze sulla pelle, secondo uno studio pubblicato di recente.

I tipici sistemi di somministrazione dei farmaci agiscono più come spugne che come bottiglie. Per esempio, i farmaci vengono assorbiti nelle particelle polimeriche e quindi lasciati diffondere nel tempo. I ricercatori sperano che il nuovo sistema possa consentire un maggiore controllo sulla somministrazione dei farmaci. Il carico rimarrebbe all'interno della particella polimerica cava quando tappato con un sughero solido. Quando il sughero viene sciolto dal calore corporeo, i farmaci uscirebbero rapidamente dal flacone di particelle.

"È come quando apri il vino, togli il tappo, " disse Younan Xia, un professore nel dipartimento di ingegneria biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University. Xia ricopre anche incarichi congiunti presso la Scuola di Chimica e Biochimica e la Scuola di Ingegneria Chimica e Biomolecolare presso la Georgia Tech.

I tappi fondenti sono fatti di acidi grassi, derivati ​​da oli e grassi naturali. La lunghezza delle catene di idrocarburi su queste molecole può essere allungata o ridotta per aumentare o diminuire, rispettivamente, la temperatura alla quale si sciolgono. Per di qua, le fragranze nei deodoranti, Per esempio, verrebbe rilasciato solo quando una persona diventa calda e sudata.

Il nuovo sistema per il rilascio a temperatura controllata è stato dettagliato in una recente edizione online della rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale . La ricerca è stata sponsorizzata dal National Cancer Institute, un premio Pioneer del direttore del National Institutes of Health, e fondi di avvio da Georgia Tech. I fondi sono stati forniti anche dalla Korea Science and Engineering Foundation (KOSEF) e dal Ministero coreano dell'istruzione e della scienza.

I sistemi di somministrazione dei farmaci sono stati progettati anche per rilasciare i loro carichi in risposta al cambiamento di pH, ultrasuoni, segnali meccanici e campi elettrici o magnetici. Il sistema di Xia è il primo design di bottiglia e sughero, ma non è il primo a rilasciare farmaci in risposta alla temperatura. Il suo sistema, però, presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri sistemi di erogazione a temperatura controllata, come il caricamento rapido ed efficiente di piccole molecole, macromolecole e persino nanoparticelle di dimensioni fino a 100 nanometri. Altri sistemi basati sulla temperatura possono rilasciare anticipatamente i loro carichi. Nel sistema di Xia, il contenuto viene imbottigliato fino a quando il corpo raggiunge la temperatura desiderata e quindi viene rilasciato rapidamente.

"È come l'acqua in bottiglia, " Xia ha detto. "Quando hai sete, puoi semplicemente berlo."

I tappi di fusione sono costituiti da un gruppo di materiali che cambiano fase, acidi grassi o alcoli grassi, che cambiano da solido a liquido quando riscaldato a specifici punti di fusione. Come prova di principio per il sistema di erogazione sensibile alla temperatura funziona, nel nuovo studio il laboratorio di Xia ha caricato colorante fluorescente nelle particelle polimeriche cave. I fori sono stati poi tappati con 1-tetradecanolo solido, un alcol grasso. Dopo aver lavato via qualsiasi colorante che potrebbe essere attaccato alle superfici esterne delle bottiglie, una micrografia fluorescente ha mostrato che tutto il colorante era completamente imbottigliato.

Le bottiglie sono state quindi riscaldate a 25 e 37 gradi Celsius, appena al di sotto del punto di fusione dei tappi, ma non è uscito colorante, anche dopo 4 giorni e vigorosi lavaggi in soluzione tampone. Questa prestazione è migliore di altri sistemi di consegna, Xia ha detto, che in genere rilasciano parte del farmaco prematuramente.

Quando le bottiglie sono state riscaldate a 39 gradi Celsius, il punto di fusione dell'1-tetradecanolo, i tappi si sono sciolti e la tintura è stata rilasciata all'istante.

"Puoi imbottigliare tutto e poi ci metti un tappo sopra. Quando ne hai bisogno, basta scollegarlo e le cose verranno fuori velocemente, " ha detto Xia, che è un eminente studioso di nanomedicina della Georgia Research Alliance.

Si prevede che i tappi testati nello studio non arrechino danni una volta all'interno o sul corpo umano. 1-tetradecanolo e acido laurico, un acido grasso che è stato testato anche come tappo di sughero, hanno una tossicità molto bassa a piccole dosi, Xia ha detto, perché sono derivati ​​da grassi e oli naturali. Questi stessi grassi sono spesso usati come ingredienti per alimenti e prodotti farmaceutici.

Xia ha detto che i farmaci idrofobici, come la maggior parte dei trattamenti antitumorali, potrebbe essere facilmente caricato nelle particelle cave per la consegna all'interno del corpo. Studi futuri esamineranno questa possibilità in modo più dettagliato nei modelli animali. Con questo sistema possono essere somministrati anche farmaci idrofili, ma la superficie della bottiglia avrebbe bisogno di essere modificata.

Le particelle polimeriche cave nello studio di Xia erano fatte di polistirene, che non può essere iniettato in modo sicuro nel corpo per fornire farmaci, ma funzionerebbe in una crema per il corpo profumata da applicare sulla pelle.

Il laboratorio di Xia sta attualmente lavorando per realizzare queste bottiglie di particelle su microscala con polimeri approvati dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti, come il policarprolattone, in modo che possano portare capacità di traduzione a questo sistema.

"Nessuna azienda sta ancora realizzando qualcosa di simile, " ha detto Xia.