Un team dell'Università tecnica di Monaco di Baviera (TUM) sta sviluppando un farmaco con tre principi attivi rilasciati in sequenza in momenti specifici. Quello che una volta era il sogno di un farmacologo è ora molto più vicino alla realtà. Con una combinazione di idrogel e DNA artificiale, le nanoparticelle possono essere rilasciate in sequenza in condizioni simili a quelle del corpo umano.

Sta diventando molto più comune per i pazienti essere trattati con diversi farmaci assunti a intervalli fissi, una limitazione che rende difficile la vita quotidiana dei pazienti e aumenta il rischio di dosi dimenticate.

Oliver Lieleg, professore di biomeccanica e membro della Munich School of BioEngineering presso TUM, e il dottorando Ceren Kimna hanno ora sviluppato un processo che potrebbe servire come base per farmaci contenenti diversi principi attivi che li rilasciano in modo affidabile in una sequenza predefinita a tempi specificati. "Per esempio, un unguento applicato su un'incisione chirurgica potrebbe rilasciare prima il farmaco antidolorifico, seguito da un farmaco antinfiammatorio e poi da un farmaco per ridurre il gonfiore, " spiega Oliver Lieleg.

Un principio attivo dopo l'altro

"Unguenti o creme che rilasciano i loro principi attivi con un ritardo temporale non sono nuovi di per sé, " dice Oliver Lieleg. Con i farmaci attualmente in uso, però, non vi è alcuna garanzia che due o più principi attivi non vengano rilasciati contemporaneamente nell'organismo.

Per testare il principio alla base della loro idea, Oliver Lieleg e Ceren Kimna hanno usato argento di dimensioni nanometriche, ossido di ferro e particelle d'oro incorporate in un idrogel. Hanno usato un metodo spettroscopico per tracciare l'uscita delle particelle dal gel. Le particelle selezionate dai ricercatori hanno caratteristiche di movimento simili all'interno del gel alle particelle utilizzate per trasportare i veri principi attivi, ma sono più facili ed economici da realizzare.

L'ingrediente speciale che controlla le nanoparticelle è il DNA artificiale. In natura, Il DNA è soprattutto il vettore dell'informazione genetica. Però, i ricercatori stanno sfruttando sempre più un'altra proprietà:la capacità dei frammenti di DNA di essere combinati con grande precisione, sia in termini di tipi di legami che di forza, ad esempio per costruire macchine su scala nanometrica.

La cascata del DNA:Comprimi e poi rilascia al momento giusto

Le particelle d'argento sono state rilasciate per prime. Nello stato iniziale, le particelle sono state legate insieme da frammenti di DNA progettati da Lieleg e Kimna utilizzando un software speciale. I gruppi di particelle risultanti sono così grandi che non sono in grado di muoversi nell'idrogel. Però, quando viene aggiunta una soluzione salina, si separano dal DNA. Ora possono muoversi nel gel e spostarsi in superficie. "Poiché la soluzione salina ha approssimativamente la stessa salinità del corpo umano, siamo stati in grado di simulare condizioni in cui i principi attivi non verrebbero rilasciati fino all'applicazione del farmaco, " spiega Ceren Kimna.

La struttura del DNA a maglie che circonda le particelle di ossido di ferro è costituita da due tipi di DNA:il primo ha un'estremità attaccata alle particelle di ossido di ferro. Il secondo tipo è attaccato alle estremità libere del primo tipo. Queste strutture non sono interessate dalla soluzione salina. Le particelle di ossido di ferro possono essere rilasciate solo quando i primi cluster si sono dissolti. Questo evento rilascia non solo le nanoparticelle d'argento, ma anche DNA, che elimina il "DNA di connessione" del secondo cluster senza formare connessioni esso stesso. Di conseguenza, le particelle di ossido di ferro possono separarsi. Questo rilascia frammenti di DNA che a loro volta fungono da chiave per la terza combinazione DNA-nanoparticelle.

"La consistenza degli unguenti li rende la soluzione più ovvia per un approccio basato sull'idrogel. Tuttavia, questo principio ha anche il potenziale per essere utilizzato in compresse che potrebbero rilasciare diversi ingredienti efficaci nel corpo in un ordine specifico, " spiega il prof. Lieleg.