Новый материал прокладывает путь к дистанционно управляемым лекарствам и электронным таблеткам

Прочитано: 113 раз(а)


Биомедицины производятся живыми клетками и используются, среди прочего, для лечения рака и аутоиммунных заболеваний. Одна из проблем заключается в том, что лекарства очень дороги в производстве, что ограничивает глобальный доступ. Теперь исследователи из Чалмерса изобрели материал, который использует электрические сигналы для захвата и высвобождения биомолекул. Новый и эффективный метод может оказать большое влияние на развитие биомедицины и проложить путь к разработке электронных таблеток и лекарственных имплантатов.

Новый материал представляет собой полимерную поверхность, которая под действием электрического импульса меняет состояние с захвата на высвобождение биомолекул. У этого есть несколько возможных применений, в том числе использование в качестве инструмента для эффективного отделения лекарства от других биомолекул, которые клетки создают при производстве биологических лекарств. Результаты исследования были недавно опубликованы в научном журнале Angewandte Chemie .

Производство биомедицинских препаратов очень дорого из-за отсутствия эффективного метода разделения, и требуются новые методы с более высоким выходом лекарственного средства для снижения производственных затрат и, в конечном итоге, стоимости лечения пациентов.

«Наши полимерные поверхности предлагают новый способ разделения белков с помощью электрических сигналов для управления тем, как они связываются с поверхностью и высвобождаются с нее, не влияя при этом на структуру белка», — говорит Густав Ферранд-Дрейк дель Кастильо, который публично защищал свою теорию. защитил докторскую диссертацию по химии в Чалмерсе и является ведущим автором исследования.

Традиционный метод разделения — хроматография — прочно связывает биомолекулы с поверхностью, и для их высвобождения требуются сильные химические вещества, что приводит к потерям и низкому выходу. Многие новые лекарства оказались очень чувствительными к сильнодействующим химическим веществам, что создает серьезную производственную проблему для следующего поколения биомедицинских препаратов. Меньшее потребление химикатов приносит пользу окружающей среде, а тот факт, что поверхности из нового материала могут быть повторно использованы в течение нескольких циклов, является ключевым свойством. Процесс можно повторять сотни раз, не затрагивая поверхность.

Функции в биологических жидкостях

Материал также действует в биологических жидкостях с буферной способностью, другими словами, в жидкостях, способных противодействовать изменениям значения pH. Это свойство примечательно тем, что открывает путь к созданию новой техники имплантов и электронных «таблеток», которые высвобождают лекарство в организм посредством электронной активации.

«Вы можете представить себе врача или компьютерную программу, измеряющую потребность пациента в новой дозе лекарства, и дистанционно управляемый сигнал, активирующий высвобождение лекарства из имплантата, расположенного в той самой ткани или органе, где это необходимо. », — говорит Густав Ферранд-Дрейк дель Кастильо.

Местное, активированное высвобождение лекарств доступно сегодня в виде материалов, меняющих свое состояние в случае изменения окружающей химической среды. Например, таблетки из рН-чувствительного материала производятся там, где требуется контролировать высвобождение лекарственного средства в желудочно-кишечном тракте, который представляет собой среду с естественными колебаниями значения рН. Но в большинстве тканей организма не происходит изменений значения рН или других химических параметров.

«Возможность контролировать высвобождение и поглощение белков в организме при минимальном хирургическом вмешательстве и без инъекций с помощью иглы является, на наш взгляд, уникальным и полезным свойством. исследования, которые помогают нам связать электронику с биологией на молекулярном уровне, являются важной частью головоломки в этом направлении», — говорит Густав Ферранд-Дрейк дель Кастильо.

Еще одним преимуществом нового метода является то, что он не требует больших затрат энергии. Низкое энергопотребление связано с тем, что толщина полимера на поверхности электрода очень мала, в нанометровом масштабе, а это означает, что поверхность немедленно реагирует на небольшие электрохимические сигналы.

«Электроника в биологической среде часто ограничена размером батареи и движущимися механическими частями. Активация на молекулярном уровне снижает как потребность в энергии, так и потребность в движущихся частях», — говорит Густав Ферранд-Дрейк дель Кастильо.

Прорыв начался с докторской диссертации

Исследования, лежащие в основе этого метода, проводились в период, когда Ферран-Дрейк дель Кастильо был докторантом в исследовательской группе профессора Чалмерса Андреаса Далина в Отделе прикладной химии поверхности. В проекте участвовали полимерные поверхности, которые меняют состояние между нейтральным и заряженным в зависимости от значения pH окружающего раствора. Затем исследователям удалось создать материал, достаточно прочный, чтобы оставаться на поверхности при воздействии повторяющихся электрических сигналов, и в то же время достаточно тонкий, чтобы фактически изменять значение pH в результате электрохимии на поверхности.

«Вскоре после этого мы обнаружили, что можем использовать электрические сигналы для управления связыванием и высвобождением белков и биомолекул, и что материал электрода работает в биологических растворах, таких как сыворотка и центрифугированная кровь. Мы верим и надеемся, что наши открытия могут иметь большое значение. пользу в разработке новых лекарств», — говорит Андреас Далин.

Новый материал прокладывает путь к дистанционно управляемым лекарствам и электронным таблеткам



Новости партнеров