Oxidanter som finns i levande organismer är biprodukter av metabolism och är avgörande för sårläkning och immunitet. Dock, när deras koncentrationer blir för höga, inflammation och vävnadsskador kan uppstå. Ingenjörer från University of Illinois har utvecklat och testat ett nytt läkemedelsleveranssystem som känner av höga oxidantnivåer och svarar genom att administrera precis rätt mängd antioxidant för att återställa denna känsliga balans.

Resultaten publiceras i tidskriften Små .

Många läkemedel inkluderar specialiserade polymerer och partiklar som styr tidpunkten eller koncentrationen av läkemedlet som frigörs när det väl administrerats, sa forskarna. Dock, dessa tillsatser kan hämma kristallisering under tillverkningsfasen av vissa läkemedel – som antioxidanter – och få dem att lösas upp i kroppen på ett okontrollerat sätt.

"Vi såg en möjlighet här att utveckla en annan typ av läkemedelsleveranssystem som kunde känna av nivån av oxidationsmedel i ett system och svara genom att administrera antioxidanter efter behov, " sa professor i kemisk och biomolekylär ingenjörsteknik och studiemedförfattare Hyunjoon Kong.

Kong och hans team hittade ett sätt att sätta ihop kristaller av katekin - den ljusgröna antioxidanten som finns i grönt te - med hjälp av en polymer som kan känna av när oxidantkoncentrationerna blir för höga. Forskarna testade känsligheten hos den resulterande katekinkristallinnehållande polymeren i det vanliga sötvattenplanktoniska kräftdjuret Daphnia magna, vattenloppan.

"Hjärtfrekvens är en indikation på i vilken utsträckning potentiellt giftiga kemikalier påverkar fysiologin hos vattenloppor, " Kong sa. "Daphnids används ofta för att övervaka miljöpåverkan på ekologiska system, och eftersom deras hjärtan liknar ryggradsdjurens, de används också för att utvärdera effekten av hjärtskyddande läkemedel."

Forskarna exponerade daphniderna för vatten som var förorenat med subletala koncentrationer av den naturliga oxidanten väteperoxid medan de övervakade deras hjärtfrekvens. De fann att daphnidernas genomsnittliga hjärtfrekvenser sjönk från 348 till 290 och 277 slag per minut, beroende på koncentrationen av väteperoxid som används.

När teamet lade till den nya katekinkristallen sammansatt med polymer till experimentet, vattenlopporna fick så småningom en nära normal hjärtfrekvens.

Utöver de potentiella farmaceutiska användningsområdena för den nya polymeren, Kongs grupp undersöker dess användning för att minska effekten av starkt oxiderande kemikalier i naturliga vattendrag.

"Väteperoxid används ofta för att rengöra vatten som är nedsmutsat av överdriven alger, och detta väcker oro för hur oxidanten kan påverka levande organismer i vatten, " sa han. "Vi tror att detta nya antioxidant-leveranssystem kan användas för att ta itu med problemet med överoxiderat naturligt vatten."

Forskarna planerar att driva vidare med att utveckla polymeren för läkemedels- och miljöanvändning. "Denna studie visade ett koncept, men vi har mer att göra, "Kong sa. "Det finns oro över säkerheten för den specifika polymer vi använde - polyetylenimindiselenid - men vi närmar oss att hitta en hållbar ersättning."