Gli scienziati sono interessati all'uso di gel per somministrare farmaci perché possono essere modellati in forme specifiche e progettati per rilasciare il loro carico utile in un determinato periodo di tempo. Però, le versioni attuali non sono sempre pratiche perché devono essere impiantate chirurgicamente.

Per aiutare a superare questo ostacolo, Gli ingegneri chimici del MIT hanno progettato un nuovo tipo di idrogel autorigenerante che potrebbe essere iniettato attraverso una siringa. Tali gel, che può trasportare uno o due farmaci alla volta, potrebbe essere utile per curare il cancro, degenerazione maculare, o malattie cardiache, tra le altre malattie, dicono i ricercatori.

Il nuovo gel è costituito da una rete a maglie formata da due componenti:nanoparticelle costituite da polimeri intrecciati all'interno di filamenti di un altro polimero, come la cellulosa.

"Ora hai un gel che può cambiare forma quando gli applichi lo stress, poi, importante, può ri-guarire quando rilassi quelle forze. Questo ti permette di spremerlo attraverso una siringa o un ago e farlo entrare nel corpo senza chirurgia, "dice Mark Tibbitt, un postdoc presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e uno degli autori principali di un articolo che descrive il gel su Nature Communications il 19 febbraio.

Il postdoc del Koch Institute Eric Appel è anche uno dei principali autori del documento, e l'autore senior del giornale è Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT. Altri autori sono il postdoc Matthew Webber, studente universitario Bradley Mattix, e postdoc Omid Veiseh.

Guarisci te stesso

Gli scienziati hanno precedentemente costruito idrogel per usi biomedici formando legami chimici irreversibili tra i polimeri. Questi gel, utilizzato per realizzare lenti a contatto morbide, tra le altre applicazioni, sono dure e robuste, ma una volta formati, la loro forma non può essere facilmente alterata.

Il team del MIT ha deciso di creare un gel che potesse sopravvivere a forti forze meccaniche, note come forze di taglio, e poi riformarsi. Altri ricercatori hanno creato tali gel ingegnerizzando proteine ​​che si autoassemblano in idrogel, ma questo approccio richiede processi biochimici complessi. Il team del MIT voleva progettare qualcosa di più semplice.

"Stiamo lavorando con materiali molto semplici, " Dice Tibbitt. "Non richiedono alcuna funzionalizzazione chimica avanzata".

L'approccio del MIT si basa su una combinazione di due componenti facilmente disponibili. Uno è un tipo di nanoparticella formata da copolimeri PEG-PLA, sviluppato per la prima volta nel laboratorio di Langer decenni fa e ora comunemente utilizzato per confezionare e consegnare farmaci. Per formare un idrogel, i ricercatori hanno mescolato queste particelle con un polimero, in questo caso, cellulosa.

Ogni catena polimerica forma legami deboli con molte nanoparticelle, producendo un reticolo a trama larga di polimeri e nanoparticelle. Poiché ogni punto di attacco è abbastanza debole, i legami si rompono sotto stress meccanico, come quando viene iniettato attraverso una siringa. Quando le forze di taglio sono terminate, i polimeri e le nanoparticelle formano nuovi legami con diversi partner, guarigione del gel.

L'utilizzo di due componenti per formare il gel offre inoltre ai ricercatori l'opportunità di somministrare due farmaci diversi contemporaneamente. Le nanoparticelle di PEG-PLA hanno un nucleo interno che è ideale per trasportare farmaci idrofobici a piccole molecole, che includono molti farmaci chemioterapici. Nel frattempo, i polimeri, che esistono in una soluzione acquosa, può trasportare molecole idrofile come proteine, compresi anticorpi e fattori di crescita.

Consegna di farmaci a lungo termine

In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che i gel sono sopravvissuti all'iniezione sotto la pelle dei topi e hanno rilasciato con successo due farmaci, uno idrofobo e uno idrofilo, nell'arco di diversi giorni.

Questo tipo di gel offre un vantaggio importante rispetto all'iniezione di una soluzione liquida di nanoparticelle per la somministrazione di farmaci:mentre una soluzione si disperderà immediatamente in tutto il corpo, il gel rimane in posizione dopo l'iniezione, consentendo al farmaco di essere mirato a un tessuto specifico. Per di più, le proprietà di ciascun componente del gel possono essere regolate in modo che i farmaci che trasportano vengano rilasciati a velocità diverse, consentendo loro di essere adattati per usi diversi.

I ricercatori stanno ora esaminando l'utilizzo del gel per somministrare farmaci anti-angiogenesi per trattare la degenerazione maculare. Attualmente, i pazienti ricevono questi farmaci, che bloccano la crescita dei vasi sanguigni che interferiscono con la vista, come iniezione nell'occhio una volta al mese. Il team del MIT prevede che il nuovo gel possa essere programmato per fornire questi farmaci per diversi mesi, riducendo la frequenza delle iniezioni.

Un'altra potenziale applicazione per i gel è la somministrazione di farmaci, come fattori di crescita, che potrebbe aiutare a riparare il tessuto cardiaco danneggiato dopo un infarto. I ricercatori stanno anche studiando la possibilità di utilizzare questo gel per somministrare farmaci antitumorali per uccidere le cellule tumorali che vengono lasciate indietro dopo l'intervento chirurgico. In quel caso, il gel sarebbe caricato con una sostanza chimica che attira le cellule cancerose verso il gel, così come un farmaco chemioterapico che li ucciderebbe. Ciò potrebbe aiutare ad eliminare le cellule tumorali residue che spesso formano nuovi tumori dopo l'intervento chirurgico.

"La rimozione del tumore lascia dietro di sé una cavità che potresti riempire con il nostro materiale, che fornirebbe qualche beneficio terapeutico a lungo termine nel reclutamento e nell'uccisione di quelle cellule, " Appel dice. "Possiamo adattare i materiali per fornirci il profilo di rilascio del farmaco che lo rende il più efficace nel reclutare effettivamente le cellule".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.