Forskare är intresserade av att använda geler för att leverera läkemedel eftersom de kan formas till specifika former och utformas för att frigöra sin nyttolast under en viss tidsperiod. Dock, nuvarande versioner är inte alltid praktiska eftersom de måste implanteras kirurgiskt.

För att övervinna detta hinder, MIT-ingenjörer har konstruerat en ny typ av självläkande hydrogel som kan injiceras genom en spruta. Sådana geler, som kan bära en eller två droger åt gången, kan vara användbart för behandling av cancer, makuladegeneration, eller hjärtsjukdom, bland andra sjukdomar, säger forskarna.

Den nya gelen består av ett nätverk av två komponenter:nanopartiklar gjorda av polymerer sammanflätade i strängar av en annan polymer, såsom cellulosa.

"Nu har du en gel som kan ändra form när du applicerar stress på den, och då, viktigt, det kan läka igen när du slappnar av dessa krafter. Det gör att du kan pressa den genom en spruta eller en nål och få in den i kroppen utan operation, "säger Mark Tibbitt, en postdoc vid MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och en av huvudförfattarna till ett papper som beskriver gelen i Nature Communications den 19 februari.

Koch Institute postdoc Eric Appel är också en huvudförfattare till tidningen, och tidningens seniorförfattare är Robert Langer, David H. Koch Institute Professor vid MIT. Andra författare är postdoc Matthew Webber, grundutbildning Bradley Mattix, och postdoc Omid Veiseh.

Läk dig själv

Forskare har tidigare konstruerat hydrogeler för biomedicinsk användning genom att bilda irreversibla kemiska kopplingar mellan polymerer. Dessa geler, används för att göra mjuka kontaktlinser, bland andra applikationer, är hårda och robusta, men när de väl har bildats kan deras form inte lätt ändras.

MIT -teamet bestämde sig för att skapa en gel som kunde överleva starka mekaniska krafter, kallas skjuvkrafter, och sedan reformera sig själv. Andra forskare har skapat sådana geler genom att konstruera proteiner som självmonteras till hydrogeler, men detta tillvägagångssätt kräver komplexa biokemiska processer. MIT -teamet ville designa något enklare.

"Vi arbetar med riktigt enkla material, "Säger Tibbitt." De kräver ingen avancerad kemisk funktionalisering. "

MIT -metoden bygger på en kombination av två lättillgängliga komponenter. Den ena är en typ av nanopartikel bildad av PEG-PLA-sampolymerer, utvecklades först i Langers laboratorium för decennier sedan och används nu ofta för att paketera och leverera läkemedel. För att bilda en hydrogel, forskarna blandade dessa partiklar med en polymer - i detta fall, cellulosa.

Varje polymerkedja bildar svaga bindningar med många nanopartiklar, producerar ett löst vävt gitter av polymerer och nanopartiklar. Eftersom varje fästpunkt är ganska svag, bindningarna bryts sönder under mekanisk påfrestning, t.ex. när den injiceras genom en spruta. När skjuvkrafterna är över, polymererna och nanopartiklarna bildar nya bilagor med olika partners, läka gelen.

Att använda två komponenter för att bilda gelen ger också forskarna möjlighet att leverera två olika läkemedel samtidigt. PEG-PLA nanopartiklar har en inre kärna som är idealisk för att bära hydrofoba småmolekylära läkemedel, som inkluderar många kemoterapimedicin. Under tiden, polymererna, som finns i en vattnig lösning, kan bära hydrofila molekyler som proteiner, inklusive antikroppar och tillväxtfaktorer.

Långsiktig läkemedelsleverans

I den här studien, forskarna visade att gelerna överlevde injektionen under mösshuden och framgångsrikt släppte två läkemedel, en hydrofob och en hydrofil, över flera dagar.

Denna typ av gel ger en viktig fördel jämfört med att injicera en flytande lösning av nanopartiklar för läkemedelsavgivning:Medan en lösning omedelbart kommer att spridas i hela kroppen, gelén förblir på plats efter injektion, så att läkemedlet kan riktas mot en specifik vävnad. Vidare, egenskaperna för varje gelkomponent kan justeras så att de läkemedel de bär släpps med olika hastigheter, så att de kan skräddarsys för olika användningsområden.

Forskarna undersöker nu hur man använder gelen för att leverera läkemedel mot angiogenes för att behandla makuladegeneration. För närvarande, patienter får dessa läkemedel, som avbryter tillväxten av blodkärl som stör synen, som en injektion i ögat en gång i månaden. MIT -teamet föreställer sig att den nya gelen kan programmeras för att leverera dessa läkemedel under flera månader, minska injektionsfrekvensen.

En annan potentiell applikation för gelerna är att leverera läkemedel, såsom tillväxtfaktorer, som kan hjälpa till att reparera skadad hjärtvävnad efter hjärtinfarkt. Forskarna fortsätter också möjligheten att använda denna gel för att leverera cancerläkemedel för att döda tumörceller som lämnas kvar efter operationen. Isåfall, gelén skulle laddas med en kemikalie som lockar cancerceller mot gelén, samt ett kemoterapimedicin som skulle döda dem. Detta kan hjälpa till att eliminera de kvarvarande cancercellerna som ofta bildar nya tumörer efter operationen.

"Att ta bort tumören lämnar ett hålrum som du kan fylla med vårt material, vilket skulle ge en terapeutisk fördel på lång sikt vid rekrytering och dödande av dessa celler, "Appel säger." Vi kan skräddarsy materialen för att ge oss den läkemedelsfrisättningsprofil som gör den mest effektiv för att faktiskt rekrytera cellerna. "

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.