Un team di ricercatori ha creato un nuovo sistema di somministrazione di farmaci impiantabile utilizzando nanofili che possono essere controllati in modalità wireless.

I nanofili rispondono a un campo elettromagnetico generato da un dispositivo separato, che può essere utilizzato per controllare il rilascio di un farmaco precaricato. Il sistema elimina tubi e fili richiesti da altri dispositivi impiantabili che possono portare a infezioni e altre complicazioni, ha affermato il caposquadra Richard Borgens, Mari Hulman George Professore di Neuroscienze Applicate della Purdue University e direttore del Centro per la ricerca sulla paralisi di Purdue.

"Questo strumento ci consente di applicare i farmaci secondo necessità direttamente sul sito della lesione, che potrebbe avere ampie applicazioni mediche, " Borgens ha detto. "La tecnologia è nelle prime fasi di test, ma è nostra speranza che questo possa un giorno essere usato per somministrare farmaci direttamente alle lesioni del midollo spinale, ulcerazioni, lesioni ossee profonde o tumori, ed evitare i terribili effetti collaterali del trattamento sistemico con steroidi o chemioterapia".

Il team ha testato il sistema di somministrazione del farmaco in topi con lesioni da compressione al midollo spinale e ha somministrato il corticosteroide desametasone. Lo studio ha misurato un marker molecolare di infiammazione e formazione di cicatrici nel sistema nervoso centrale e ha scoperto che si riduceva dopo una settimana di trattamento. Un articolo con i dettagli sui risultati sarà pubblicato in un prossimo numero del Giornale del Rilascio Controllato ed è attualmente disponibile online.

I nanofili sono fatti di polipirrolo, un materiale polimerico conduttivo che risponde ai campi elettromagnetici. Wen Gao, un ricercatore post-dottorato nel Centro per la ricerca sulla paralisi che ha lavorato al progetto con Borgens, ha fatto crescere i nanofili verticalmente su una sottile base d'oro, come minuscole fibre che compongono un pezzo di tappeto a pelo lungo centinaia di volte più piccolo di una cellula umana. I nanofili possono essere caricati con un farmaco e, quando viene applicato il campo elettromagnetico corretto, i nanofili rilasciano piccole quantità di carico utile. Questo processo può essere avviato e interrotto a piacimento, come premere un interruttore, utilizzando il corrispondente dispositivo di stimolazione del campo elettromagnetico, ha detto Borgen.

I ricercatori hanno catturato e trasportato un pezzo del tappeto di nanofili su goccioline d'acqua che sono state utilizzate per consegnarlo al sito della lesione. I cerotti di nanofili aderiscono al sito della lesione attraverso la tensione superficiale, ha detto Gao.

L'ampiezza e la forma d'onda del campo elettromagnetico devono essere sintonizzate per ottenere il rilascio ottimale del farmaco, e i meccanismi precisi che rilasciano il farmaco non sono ancora ben compresi, lei disse. Il team sta studiando il processo di rilascio.

Il campo elettromagnetico sta probabilmente influenzando l'interazione tra il nanomateriale e le molecole del farmaco, ha detto Borgen.

"Pensiamo che sia una combinazione di effetti di carica e il cambiamento di forma del polimero che gli consente di immagazzinare e rilasciare farmaci, " ha detto. "Si tratta di un processo reversibile. Una volta rimosso il campo elettromagnetico, il polimero ritorna all'architettura iniziale e trattiene le restanti molecole di farmaco".

Per ogni diverso farmaco il team avrebbe bisogno di trovare il corrispondente campo elettromagnetico ottimale per il suo rilascio, ha detto Gao.

Questo studio si basa sul lavoro precedente di Borgens e Gao. Gao ha dovuto prima capire come far crescere il polipirrolo in una lunga architettura verticale, che gli consente di trattenere maggiori quantità di farmaco e prolunga il potenziale periodo di trattamento. Il team ha quindi dimostrato che potrebbe essere manipolato per rilasciare desametasone su richiesta. Un documento che dettaglia il lavoro, intitolato "Azione a distanza:somministrazione funzionale di farmaci mediante nanofili di polipirrolo reattivi al campo elettromagnetico, " è stato pubblicato sulla rivista Langmuir .

Altri membri del team coinvolti nella ricerca includono John Cirillo, chi ha progettato e costruito il sistema di stimolazione del campo elettromagnetico; Youngnam Cho, un ex membro di facoltà presso il Centro per la ricerca sulla paralisi di Purdue; e Jianming Li, un professore assistente di ricerca presso il centro.

Per lo studio più recente il team ha utilizzato topi geneticamente modificati in modo tale che la proteina Glial Fibrillary Acidic Protein, o GFAP, è luminescente. Il GFAP è espresso in cellule chiamate astrociti che si raccolgono in numero elevato nelle lesioni del sistema nervoso centrale. Gli astrociti fanno parte del processo infiammatorio e formano un tessuto cicatriziale, ha detto Borgen.

Un cerotto di 1-2 millimetri di nanofili drogati con desametasone è stato posizionato su lesioni del midollo spinale che erano state esposte chirurgicamente, ha detto Borgen. Le lesioni sono state quindi chiuse ed è stato applicato un campo elettromagnetico per due ore al giorno per una settimana. Entro la fine della settimana i topi trattati avevano un segnale GFAP più debole rispetto ai gruppi di controllo, che includeva topi che non erano stati trattati e quelli che avevano ricevuto un cerotto con nanocavi ma non erano stati esposti al campo elettromagnetico. In alcuni casi, i topi trattati non avevano segnale GFAP rilevabile.

Non è stato studiato se la riduzione degli astrociti abbia avuto un impatto significativo sulla guarigione del midollo spinale o sugli esiti funzionali. Inoltre, la concentrazione di farmaco mantenuta durante il trattamento non è nota perché è al di sotto dei limiti di rilevazione sistemica, ha detto Borgen.

"Questo metodo consente una una dose molto piccola di un farmaco per servire efficacemente come una grande dose proprio dove ne hai bisogno, " Borgens ha detto. "Nel momento in cui il farmaco si diffonde dal sito nel resto del corpo è in quantità che non sono rilevabili nei normali test per monitorare la concentrazione di farmaci nel sangue".

Il polipirrolo è un materiale inerte e biocompatibile, ma il team sta lavorando per creare una forma biodegradabile che si dissolverebbe al termine del periodo di trattamento, Egli ha detto.

Il team sta anche cercando di aumentare la profondità alla quale funzionerà il dispositivo di somministrazione del farmaco. Il sistema attuale sembra essere limitato a una profondità nel tessuto inferiore a 3 centimetri, ha detto Gao.