Stabila organiska ramverk av metall är prisade för sin förmåga att fånga upp koldioxid eller skörda atmosfäriskt vatten, men UM-forskare har utvecklat en användning för instabila metallorganiska ramverk:som ett system för läkemedelsleverans.

Nittio procent av läkemedel under utveckling löser sig inte bra eller alls i kroppen, enligt en studie från 2012. Organiska ramverk av metall, eller MOF, är stela, porösa strukturer sammansatta av metall sammanlänkade av organiska ligander. Medan man undersöker instabila MOF, UM-kemist Adam Matzger insåg att de kan fungera som ett leveranssystem för dessa typer av droger.

"Det slog oss att medan alla sköt för stabila MOF, vi kunde använda det vi hade lärt oss om instabilitet hos MOF för att få en nedbrytbar substans som snabbt skulle frigöra läkemedel. Det var ett riktigt oväntat fynd, sade Matzger, Charles G. Overberger kollegial professor i kemi och professor i makromolekylär vetenskap och teknik.

MOF-leveranssystemet drar fördel av en strategi för att leverera olösliga läkemedel, säger Matzger. Strategin är att leverera dem i en amorf form, vilket innebär att drogerna hålls från att kristallisera. När läkemedelsföreningarna kristalliseras, de blir mindre lösliga – och därför mindre biotillgängliga, vilket innebär att mindre av läkemedlet passerar in i blodomloppet.

MOF kan hålla dessa läkemedel i ett amorft tillstånd på grund av deras porösa struktur. Särskilt MOF-5 ser ut som en uppsättning kuber staplade ovanpå varandra:föreställ dig ett oändligt återkommande 3D-rutnät. När forskarna laddar ett läkemedel i detta rutnät, porerna i MOF delar upp läkemedelsmolekylerna, hålla föreningen i det önskade amorfa tillståndet.

Forskare har tidigare använt polymerer för att hålla läkemedelsföreningar i ett amorft tillstånd, men läkemedelsmolekyler kan fortfarande migrera och kristallisera i polymeren, vilket påverkar lösligheten och därmed hur mycket av ett läkemedel som är biotillgängligt. Eftersom MOF styvt håller isär läkemedelsmolekyler men sönderdelas snabbt, läkemedelsdosen är lätt att kontrollera, säger Matzger. Själva föreningen passerar in i blodomloppet, medan MOF sönderfaller i kroppen.

Forskarna, som inkluderar postdoktor Kuthuru Suresh, bestämde mig för att använda MOF-5 av några anledningar. Först, dess metallkomponent är zink, en metall med låg toxicitet som används i många kosttillskott, och den organiska komponenten är en syra som kallas tereftalsyra. Andra, MOF-5 är relativt instabil, vilket forskarna visade i separata arbeten som undersökte stabiliteten hos olika MOF.

"Vad vi gör här är att vi ökar lösligheten samtidigt som vi garanterar doseringsstabilitet, " Sade Matzger. "Detta tillvägagångssätt är relativt universellt. Vi visar det för tre droger, men det faktum att porerna är för små för att tillåta en kristall att bildas kommer att vara sant för alla droger."