Många av de mest lovande nya läkemedlen som kommer med i läkemedelsutvecklingsvägen är hydrofoba till sin natur - det vill säga de stöter bort vatten och är därför svåra att lösa upp för att göra dem tillgängliga för kroppen. Men nu har forskare vid MIT hittat ett mer effektivt sätt att bearbeta och leverera dessa läkemedel som kan göra dem mycket mer effektiva.

Den nya metoden, som går ut på att initialt bearbeta läkemedlen i en flytande lösning snarare än i fast form, rapporteras i en artikel i tidskriften Advanced Healthcare Materials , skriven av MIT doktorand Lucas Attia, nyutexaminerad Liang-Hsun Chen Ph.D. och professor i kemiteknik Patrick Doyle.

För närvarande görs mycket läkemedelsbearbetning genom en lång rad sekventiella steg, förklarar Doyle. "Vi tror att vi kan effektivisera processen, men också få bättre produkter, genom att kombinera dessa steg och dra nytta av vår förståelse för mjuk materia och självmonteringsprocesser", säger han.

Attia tillägger att "många aktiva ingredienser med små molekyler är hydrofoba, så de gillar inte att vara i vatten och de har mycket dålig upplösning i vatten, vilket leder till deras dåliga biotillgänglighet." Att ge sådana läkemedel oralt, vilket patienter föredrar framför injektioner, innebär verkliga utmaningar när det gäller att få in materialet i patientens blodomlopp. Upp till 90 % av de läkemedelskandidatmolekyler som utvecklas av läkemedelsföretag är faktiskt hydrofoba, säger han, "så detta är relevant för en stor klass av potentiella läkemedelsmolekyler."

En annan fördel med den nya processen, säger han, är att den ska göra det lättare att kombinera flera olika läkemedel i ett enda piller. "För olika typer av sjukdomar där du tar flera läkemedel samtidigt, kan den här typen av produkt vara mycket viktig för att förbättra patientens följsamhet", tillägger han - att bara behöva ta ett piller istället för en handfull gör det mycket mer sannolikt att patienterna kommer att hålla jämna steg med sina mediciner. "Det är faktiskt ett stort problem med dessa kroniska sjukdomar där patienter är på mycket utmanande tabletter, så kombinationsprodukter har visat sig hjälpa mycket."

En nyckel till den nya processen är användningen av en hydrogel - ett slags svampliknande gelmaterial som kan hålla kvar vatten och hålla molekyler på plats. Nuvarande processer för att göra hydrofoba material mer biotillgängliga involverar att mekaniskt mala ner kristallerna till mindre storlek, vilket gör att de löses upp lättare, men denna process lägger till tid och kostnader för tillverkningsprocessen, ger liten kontroll över storleksfördelningen av partiklarna och kan skadar faktiskt några mer känsliga läkemedelsmolekyler.

Istället innebär den nya processen att läkemedlet löses upp i en bärarlösning och sedan genereras små nanodroppar av denna bärare spridda i en polymerlösning - ett material som kallas en nanoemulsion. Därefter pressas denna nanoemulsion genom en spruta och gelas till en hydrogel. Hydrogelen håller dropparna på plats när bäraren avdunstar och lämnar efter sig nanokristaller. Detta tillvägagångssätt tillåter exakt kontroll över den slutliga kristallstorleken.

Hydrogelen, genom att hålla dropparna på plats när de torkar, förhindrar dem från att helt enkelt smälta samman för att bilda klumpiga agglomerationer av olika storlekar. Utan hydrogelen skulle dropparna smälta samman slumpmässigt, och "du skulle få en enda röra", säger Doyle. Istället lämnar den nya processen en sats av perfekt enhetliga nanopartiklar. "Det är ett mycket unikt, nytt sätt som vår grupp har uppfunnit, att göra den här typen av kristallisering och behålla nanostorleken", säger han.

Den nya processen ger en tvådelad förpackning:en kärna, som innehåller de aktiva molekylerna, omgiven av ett skal, också gjord av hydrogel, som kan styra tidpunkten mellan intag av p-piller och frigöring av dess innehåll i kroppen.

"Vi visade att vi kan få mycket exakt kontroll över frisättningen av läkemedel, både när det gäller fördröjning och hastighet", säger Doyle, som är Robert T. Haslam-professor i kemiteknik och forskningsprofessor i Singapore. Till exempel, om ett läkemedel är inriktat på sjukdom i nedre tarmen eller tjocktarmen, "kan vi kontrollera hur lång tid det tar innan läkemedelsfrisättningen börjar, och då får vi också väldigt snabb frisättning när den väl börjar." Läkemedel formulerade på konventionellt sätt med mekanisk nanomalning, säger han, "skulle ha en långsam läkemedelsfrisättning."

Denna process, säger Attia, "är det första tillvägagångssättet som kan bilda kärna-skal-kompositpartiklar och strukturera läkemedel i distinkta polymera lager i ett enda bearbetningssteg."

Nästa steg i utvecklingen av processen kommer att vara att testa systemet på en mängd olika läkemedelsmolekyler, utöver de två representativa exemplen som testats hittills, säger Doyle. Även om de har anledning att tro att processen är generaliserbar, säger han, "beviset finns i puddingen - att ha data i handen."

Den droppande processen de använder, säger han, "kan vara skalbar, men det finns många detaljer som ska utarbetas." Men eftersom alla material de arbetar med har valts ut som de som redan är erkända som säkra för medicinsk användning, bör godkännandeprocessen vara enkel, säger han. "Det skulle kunna implementeras om några år... Vi oroar oss inte för alla de där typiska säkerhetshinder som jag tror att andra nya formuleringar måste gå igenom, vilket kan bli mycket dyra."

Mer information: Lucas Attia et al, Orthogonal Gelations to Synthesize Core-Shell Hydrogels laddade med nanoemulsion-malllade läkemedelsnanopartiklar för mångsidig oral läkemedelsleverans, Avancerat hälsovårdsmaterial (2023). DOI:10.1002/adhm.202301667

Journalinformation: Avancerat vårdmaterial

Tillhandahålls av Massachusetts Institute of Technology

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.