Mikroskopisk, flaskliknande strukturer med korkar som smälter vid exakt kontrollerade temperaturer kan potentiellt frigöra läkemedel inuti kroppen eller dofter på huden, enligt en nyligen publicerad studie.

Typiska läkemedelstillförselsystem fungerar mer som svampar än flaskor. Till exempel, läkemedel absorberas i polymerpartiklar och får sedan diffundera ut över tiden. Forskarna hoppas att det nya systemet kan möjliggöra större kontroll av läkemedelsleveransen. Last skulle stanna inuti den ihåliga polymerpartikeln när den pluggades med en solid kork. När korken smälts av kroppsvärme, drogerna skulle snabbt rinna ut ur partikelflaskan.

"Det är precis som när du öppnar vin, du tar bort korken, sa Younan Xia, en professor vid Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University. Xia har också gemensamma utnämningar i School of Chemistry and Biochemistry och School of Chemical and Biomolecular Engineering vid Georgia Tech.

De smältande korkarna är gjorda av fettsyror, härrör från naturliga oljor och fetter. Längden på kolvätekedjorna på dessa molekyler kan göras längre eller kortare för att öka eller minska, respektive, temperaturen vid vilken de smälter. Den här vägen, dofterna i deodoranter, till exempel, skulle släppas först när en person blir varm och svettig.

Det nya systemet för temperaturreglerad frisättning beskrivs i en nyligen publicerad onlineupplaga av tidskriften Angewandte Chemie International Edition . Forskningen sponsrades av National Cancer Institute, en National Institutes of Health Director's Pioneer Award, och startfonder från Georgia Tech. Medel tillhandahölls också av Korea Science and Engineering Foundation (KOSEF) och det koreanska ministeriet för utbildning och vetenskap.

Läkemedelstillförselsystem har också designats för att släppa sina laster som svar på pH-förändringar, ultraljud, mekaniska signaler och elektriska eller magnetiska fält. Xias system är den första flaska-och-kork-designen, men det är inte det första som släpper läkemedel som svar på temperaturen. Hans system, dock, har flera fördelar jämfört med andra temperaturreglerade leveranssystem, som snabb och effektiv laddning av små molekyler, makromolekyler och till och med nanopartiklar upp till 100 nanometer stora. Andra temperaturbaserade system kan släppa sina laster tidigt. I Xias system, innehållet buteljeras tills kroppen når önskad temperatur och sedan släpps de snabbt.

"Det är som vatten på flaska, " sa Xia. "När du är törstig, du kan bara dricka det."

De smältande korkarna är gjorda av en grupp fasförändrande material - fettsyror eller fettalkoholer - som ändras från fast till flytande när de värms upp till specifika smältpunkter. Som ett bevis på principen för att det temperaturkänsliga leveranssystemet fungerar, i den nya studien laddade Xias labb fluorescerande färg i de ihåliga polymerpartiklarna. Hålen korkades sedan med fast 1-tetradekanol, en fettalkohol. Efter att ha tvättat bort eventuellt färgämne som kan ha fastnat på de yttre ytorna av flaskorna, ett fluorescerande mikrofotografi visade att allt färgämne var helt förpackat.

Flaskorna värmdes sedan upp till 25 och 37 grader Celsius – strax under korkarnas smältpunkt – men inget färgämne slapp, även efter 4 dagar och kraftig tvättning i en buffertlösning. Denna prestanda är bättre än andra leveranssystem, Xia sa, som vanligtvis frisätter en del av läkemedlet i förtid.

När flaskorna värmdes till 39 grader Celsius, smältpunkten för 1-tetradekanol, korkarna smälte och färgen släpptes omedelbart.

"Du kan buteljera allt och sedan sätter du en propp ovanpå. När du behöver det, bara koppla ur den så kommer saker att komma ut snabbt, sa Xia, som är en Georgia Research Alliance Eminent Scholar i nanomedicin.

Korkarna som testas i studien förväntas inte orsaka någon skada en gång inuti eller på människokroppen. 1-tetradekanol och laurinsyra, en fettsyra som också har testats som en kork, har mycket låg toxicitet i små doser, Xia sa, eftersom de härrör från naturliga fetter och oljor. Samma fetter används ofta som ingredienser för livsmedel och läkemedel.

Xia sa att hydrofoba droger, såsom de flesta anticancerbehandlingar, skulle lätt kunna laddas in i de ihåliga partiklarna för leverans inuti kroppen. Framtida studier kommer att undersöka denna möjlighet mer i detalj i djurmodeller. Hydrofila läkemedel kan också levereras med detta system, men flaskans yta skulle behöva modifieras.

De ihåliga polymerpartiklarna i Xias studie var gjorda av polystyren, som inte kunde injiceras säkert i kroppen för att leverera droger, men skulle fungera i en doftande kroppskräm för applicering på huden.

Xias labb arbetar för närvarande med att tillverka dessa mikroskaliga partikelflaskor av polymerer som är godkända av U.S. Food and Drug Administration, såsom polykarprolakton, så att de kan föra översättningsförmåga till detta system.

"Inga företag gör något liknande ännu, sa Xia.