Forskare vid Linköpings universitet, Sverige, har utvecklat en protonfälla som gör organiska elektroniska jonpumpar mer exakta när de levererar läkemedel. Den nya tekniken kan minska läkemedelsbiverkningar, och på lång sikt, jonpumpar kan hjälpa patienter med symtom på neurologiska sjukdomar för vilka effektiva behandlingar inte finns tillgängliga. Resultaten har publicerats i Vetenskapens framsteg .

Cirka 6% av världens befolkning lider av neurologiska sjukdomar som epilepsi, Parkinsons sjukdom, och kronisk smärta. Dock, för närvarande tillgängliga läkemedelstillförselmetoder – främst tabletter och injektioner – placera läkemedlet på platser där det inte behövs. Detta kan leda till biverkningar som skadar patienten.

"Ekologiska elektroniska jonpumpar har en enorm potential för användning vid behandling och diagnos av neurologiska sjukdomar. De skulle kunna fungera på liknande sätt som de insulinpumpar som redan används, men leverera läkemedlet direkt in i nervsystemet. Vår senaste upptäckt är en protonfälla som gör mängden som levereras ännu mer exakt, säger Daniel Simon, docent vid Laboratory of Organic Electronics, Institutionen för naturvetenskap och teknik vid Linköpings universitet.

Daniel Simons forskargrupp har tidigare utvecklat en organisk elektronisk jonpump med leveransuttag så små som 20 x 20 mikrometer. Det bör vara möjligt att implantera sådana anordningar för att leverera läkemedel på exakt önskad plats i nervsystemet. Forskarna hoppas att det ska vara möjligt att använda jonpumpen för att upptäcka och stoppa utvecklingen av neurologiska symtom innan patienten märker dem.

Tidigare experiment utfördes på skivor av mushjärna, använda den naturligt förekommande signalsubstansen GABA (gamma-aminosmörsyra) som aktivt läkemedel. GABA är en hämmande signalsubstans som finns naturligt i hjärnan. När mängden GABA ökar, nervceller är mindre benägna att överföra nervimpulser till nästa cell. Ett neurologiskt anfall, som förekommer vid epilepsi, där hjärnans nervceller blir överaktiva, förhindras på detta sätt. När jonpumpen är konfigurerad att transportera GABA från en elektrolytreservoar utanför kroppen till önskad plats i nervsystemet, en liten spänning används, som "pumpar" den positivt laddade GABA genom en transportkanal. Metoden är känd som elektrofores. Dock, positiva vätejoner, protoner, från elektrolytlösningen åtföljer GABA genom kanalen. Detta leder till oprecis dosering och ett fall i vävnadens pH (gör den surare), som kan orsaka biverkningar.

Forskargruppen vid Linköpings universitet har nu förbättrat jonpumpen. Genom att introducera protonfällor längs transportkanalen, antalet protoner som passerar kan minskas avsevärt. Protonfällan består av palladium, en ädelmetall som reagerar lätt – och nästan uteslutande – med väte och på så sätt fångar de positivt laddade protonerna. Protonfällorna gör att jonpumpen kan leverera en mer exakt dosering av läkemedlet, eftersom den applicerade potentialen nästan exakt motsvarar mängden GABA som transporteras genom elektroforesprocessen.

"Jag tror att vi om några år kommer att se organiska bioelektroniska jonpumpar som används vid behandling av många neurologiska sjukdomar. Protonfällan kan integreras i alla organiska bioelektroniska jonpumpar, och vår upptäckt har fört praktiska tillämpningar mycket närmare, " säger Xenofon Strakosas, stabsforskare och medförfattare med Maria Seitanidou, postdoc, både vid Laboratory of Organic Electronics, av artikeln i Vetenskapens framsteg .