Le enormi dosi di farmaci necessarie per combattere il cancro potrebbero essere ridotte grazie al lavoro dei ricercatori A*STAR, e i farmaci stessi possono diventare più efficaci. I ricercatori hanno sviluppato uno "scaffold" polimerico che aiuta i farmaci che spesso hanno difficoltà a entrare nel flusso sanguigno, come agenti antitumorali, formare nanoparticelle altamente stabili con una migliore biodisponibilità.

Molti farmaci che colpiscono le cellule tumorali sono costituiti da molecole di idrocarburi idrorepellenti, che richiedono un'ulteriore elaborazione o dosi elevate per entrare in ambienti biologici acquosi. Un'alternativa più sicura è quella di "nanozzare" i prodotti farmaceutici in 10 a 1, 000 nanometri di particelle mediante macinazione meccanica o speciali tecniche di cristallizzazione. Questi farmaci extra-piccoli scivolano facilmente nell'acqua e sono efficaci contro i tumori, ma è difficile impedire loro di agglomerarsi in precipitati più grandi con meno potenza.

Ulrike Wais e Alexander Jackson dell'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences e Haifei Zhang dell'Università di Liverpool hanno sviluppato un modo per ridurre i problemi di agglomerazione utilizzando poli(etilenglicole) e acrilammide (PEG-PNIPAM), polimeri biocompatibili che sono altamente solubili in acqua e possono stabilizzare le molecole idrorepellenti perché hanno catene di idrocarburi simili a tensioattivi.

Il team ha sintetizzato PEG-PNIPAM in sfere "iperramificate" rinforzate con brevi molecole di reticolazione del carbonio. Hanno quindi mescolato le sfere con composti di farmaci di prova come l'ibuprofene e li hanno mescolati insieme per creare un'emulsione tra i componenti che respingono l'acqua e quelli che attirano l'acqua.

Il passo successivo ha richiesto un modo per liofilizzare l'emulsione in modo che potesse essere polverizzata in nanoparticelle, ma questo ha comportato la risoluzione di un complicato problema di elaborazione. "Se si verifica la separazione di fase prima che il campione sia completamente congelato, si formano cristalli di farmaco che non sono né nanodimensionati né stabilizzati contro l'agglomerazione da parte dell'impalcatura, " spiega Wais.

I ricercatori hanno impedito la separazione di fase durante la liofilizzazione assicurando che l'emulsione fosse estremamente uniforme prima di spruzzarla come minuscole goccioline in una pozza di azoto liquido. La diffusione dinamica della luce e l'analisi al microscopio elettronico a scansione dell'emulsione solidificata hanno rivelato che i farmaci e le sfere polimeriche si erano integrate in un materiale poroso, struttura a ponteggio.

Dopo aver macinato meccanicamente l'emulsione liofilizzata in nanostrutture di farmaci, i ricercatori hanno scoperto che la loro struttura aperta ha reso semplice dissolverli in acqua. Per di più, i farmaci potrebbero essere trasformati in nanoparticelle con rese del 100% utilizzando livelli sorprendentemente bassi di sfere PEG-PNIPAM.

"La struttura del polimero e il livello di ramificazione influenzano direttamente la stabilizzazione delle nanoparticelle dei farmaci. Questo metodo ci offre un modo per studiarlo sistematicamente, " dice Jackson. Nota che questo metodo è sinteticamente semplice e potrebbe essere applicato a una vasta gamma di prodotti farmaceutici.