En grupp kemiska och biomedicinska ingenjörer vid UNSW Sydney och University of Cambridge har förbättrat den kemiska stabiliteten för 'ZIF -kristaller', möjliggör att dessa porösa nanomaterial kan användas för smart läkemedelsleverans i människokroppen.

ZIF -kristaller - en förkortning av zeolitiska imidazolatramar - har använts som ett exoskeletskal för ett brett spektrum av läkemedel, från små cancerläkemedel till stora proteiner och enzymer.

Det som har gjort dessa organiska och metalliska hybridföreningar så attraktiva för biokemiska ingenjörer är potentialen att rikta in sig på specifika sjukdomar eller platser i kroppen för att maximera den terapeutiska effekten och samtidigt minska biverkningarna kraftigt.

Men fram tills nu, materialets effektivitet för att skydda de läkemedel de transporterar har äventyrats av deras instabilitet när de en gång utsattes för sura förhållanden i kroppen - till exempel i magen, när det tas oralt.

UNSW kemikalieingenjör och Scientia -stipendiat Kang Liang säger att ZIF -kristaller visar stor potential som nästa generations teknik för personlig medicin, så det har funnits ett stort intresse för att åtgärda detta fel. Lyckligtvis, han och hans kollegor har gjort just det.

"Vi lyckades införliva mjuka biomolekyler som DNA, polypeptider och enzymer för att förbättra stabiliteten hos de styva ZIF -kristallerna, " han säger.

"Innan detta hade vi problemet där ZIF -kristallexoskeletet skulle brytas ner och drogerna läckte ut innan de nådde målet - vilket gjorde läkemedlet ineffektivt."

"Vår upptäckt visar att vi potentiellt kan inkapsla de terapeutiska molekylerna som vi vill leverera till kroppen inuti ZIF -kristaller. Överraskande nog kan dessa terapeutiska molekyler stabilisera ZIF -kristallerna, samtidigt som ZIF -kristallerna skyddar läkemedlen innan de når målstället. Så det finns en ömsesidig fördel. "

Det är inte bara medicin som kommer att dra nytta av forskarnas framsteg när det gäller att stabilisera ZIF -kristaller. ZIF -kristaller har också applikationer som elektrodmaterial i superkondensatorer, som ett koldioxidavskiljningsmaterial i obehandlade gasrörsystem, som ett molekylärt separationsmembran för vattenbehandling och vid jonsiktning.

"Begreppet sammansatt bindning som vi visade i ZIF -kristaller är ett hett område för teoretisk undersökning och teknisk forskning, "säger medförfattaren Dr Jingwei Hou, som arbetade i UNSW:s School of Chemical Engineering innan han började på Cambridge University.

Han tillägger att gruppen kommer att titta bredvid att kombinera AI och maskininlärningsmetoder med sin forskning för att potentiellt utöka den nya kunskapen till att omfatta ett större utbud av mjuka molekyler och porösa kristaller.

Gruppens arbete publicerades idag i Chem .