Gli ingegneri chimici del MIT hanno escogitato un nuovo modo per creare minuscole goccioline di un liquido sospese all'interno di un altro liquido, note come nanoemulsioni. Tali emulsioni sono simili alla miscela che si forma quando si agita un condimento per insalata di olio e aceto, ma con gocce molto più piccole. Le loro dimensioni ridotte consentono loro di rimanere stabili per periodi di tempo relativamente lunghi.

I ricercatori hanno anche trovato un modo per convertire facilmente le nanoemulsioni liquide in gel quando raggiungono la temperatura corporea (37 gradi Celsius), che potrebbe essere utile per lo sviluppo di materiali in grado di fornire farmaci se strofinati sulla pelle o iniettati nel corpo.

"L'industria farmaceutica è estremamente interessata alle nanoemulsioni come mezzo per fornire terapie con piccole molecole. Potrebbe essere topico, per ingestione, o spruzzando nel naso, perché una volta che inizi ad entrare nella gamma di dimensioni di centinaia di nanometri puoi permeare molto più efficacemente nella pelle, "dice Patrick Doyle, il professore di ingegneria chimica Robert T. Haslam e autore senior dello studio.

Nel loro nuovo studio, che appare nel numero del 21 giugno di Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno creato nanoemulsioni stabili per più di un anno. Per dimostrare la potenziale utilità delle emulsioni per la somministrazione di farmaci, i ricercatori hanno dimostrato di poter incorporare l'ibuprofene nelle goccioline.

Seyed Meysam Hashemnejad, un ex postdoc del MIT, è il primo autore dello studio. Altri autori includono l'ex postdoc Abu Zayed Badruddoza, Brady Zarket, scienziato senior di L'Oréal, ed ex ricercatore estivo del MIT Carlos Ricardo Castaneda.

Riduzione dell'energia

Uno dei modi più semplici per creare un'emulsione è aggiungere energia:agitando il condimento per l'insalata, Per esempio, o utilizzando un omogeneizzatore per abbattere i globuli di grasso nel latte. Più energia entra, più piccole sono le gocce, e più sono stabili.

Nanoemulsioni, che contengono goccioline con un diametro di 200 nanometri o inferiore, sono desiderabili non solo perché sono più stabili, ma hanno anche un più alto rapporto tra superficie e volume, che consente loro di trasportare carichi più grandi di principi attivi come farmaci o creme solari.

Negli ultimi anni, Il laboratorio di Doyle ha lavorato su strategie a bassa energia per produrre nanoemulsioni, che potrebbe rendere il processo più facile da adattare per la produzione industriale su larga scala.

I prodotti chimici simili ai detergenti chiamati tensioattivi possono accelerare la formazione di emulsioni, ma molti dei tensioattivi che sono stati precedentemente utilizzati per creare nanoemulsioni non sono approvati dalla FDA per l'uso nell'uomo. Doyle e i suoi studenti hanno scelto due tensioattivi privi di carica, che li rende meno suscettibili di irritare la pelle, e sono già approvati dalla FDA come additivi alimentari o cosmetici. Hanno anche aggiunto una piccola quantità di glicole polietilenico (PEG), un polimero biocompatibile utilizzato per la somministrazione di farmaci che aiuta la soluzione a formare goccioline ancora più piccole, fino a circa 50 nanometri di diametro.

"Con questo approccio, non devi mettere molta energia a tutti, " dice Doyle. "In effetti, una lenta barra di agitazione crea quasi spontaneamente queste emulsioni super piccole."

Gli ingredienti attivi possono essere miscelati nella fase oleosa prima che si formi l'emulsione, così finiscono caricati nelle goccioline dell'emulsione.

Una volta sviluppato un modo a bassa energia per creare nanoemulsioni, utilizzando ingredienti non tossici, i ricercatori hanno aggiunto un passaggio che consentirebbe alle emulsioni di essere facilmente convertite in gel quando raggiungono la temperatura corporea. Hanno raggiunto questo obiettivo incorporando polimeri sensibili al calore chiamati polossameri, o Pluronics, che sono già approvati dalla FDA e utilizzati in alcuni farmaci e cosmetici.

I pluronici contengono tre "blocchi" di polimeri:le due regioni esterne sono idrofile, mentre la regione centrale è leggermente idrofoba. A temperatura ambiente, queste molecole si dissolvono in acqua ma interagiscono poco con le goccioline che formano l'emulsione. Però, quando riscaldato, le regioni idrofobiche si attaccano alle goccioline, costringendoli a compattarsi più strettamente e creando un solido gelatinoso. Questo processo avviene in pochi secondi dal riscaldamento dell'emulsione alla temperatura necessaria.

Proprietà sintonizzabili

I ricercatori hanno scoperto che potevano mettere a punto le proprietà dei gel, compresa la temperatura alla quale il materiale diventa un gel, modificando la dimensione delle goccioline di emulsione e la concentrazione e la struttura dei Pluronics che hanno aggiunto all'emulsione. Possono anche alterare tratti come elasticità e stress da snervamento, che è una misura di quanta forza è necessaria per diffondere il gel.

Doyle sta ora esplorando modi per incorporare una varietà di ingredienti farmaceutici attivi in ​​questo tipo di gel. Tali prodotti potrebbero essere utili per la somministrazione di farmaci topici per aiutare a guarire ustioni o altri tipi di lesioni, o potrebbe essere iniettato per formare un "deposito di droga" che si solidificherebbe all'interno del corpo e rilascerebbe farmaci per un lungo periodo di tempo. Queste goccioline potrebbero anche essere rese abbastanza piccole da poter essere utilizzate negli spray nasali per la somministrazione di farmaci inalabili, dice Doyle.

Per applicazioni cosmetiche, questo approccio potrebbe essere utilizzato per creare creme idratanti o altri prodotti più stabili e più lisci sulla pelle.