Om läkemedel ska gå smärtfritt och effektivt in i kroppen, de kan administreras via hudplåster. Forskare vid Empa och universitetet i Fribourg utvecklar för närvarande nano-behållare för terapeutiska medel som kan styras av ljus.

Inte alla mediciner är lämpliga för oral administrering som ett piller eller kan injiceras med en spruta. Huden - vårt största organ - erbjuder å andra sidan en stor och genomsläpplig yta för att absorbera aktiva ämnen. Nikotin, smärtstillande och preventivmedel kan redan administreras genom huden med hjälp av plåster. Forskare vid Empa i St. Gallen och Adolphe Merkle Institute vid universitetet i Fribourg utvecklar för närvarande ett system, med vilken läkemedlets effekt kan kontrolleras med ljusomkopplare. Detta möjliggör exakt kontroll, till exempel, av dosen av aktiva ingredienser och öppnar nya möjligheter för behandlingar med "transdermala" plåster.

Ljuset växlar från naturen

För att säkerställa att ingredienserna i plåstret kan kontrolleras exakt, forskarna har tagit fram en molekylär ljusomkopplare inspirerad av naturen. "Vår ljusströmbrytare fungerar på samma sätt som näthinnan i det mänskliga ögat, "säger Luciano Boesel från Empas laboratorium för biomimetiska membran och textilier. Liksom de naturliga pigmenten i ögat, dessa syntetiska fotokromer kan också aktiveras av ljus. De molekylära omkopplarna integrerades i polymer-nanosfärer, som var fyllda med testämnen för inledande experiment.

När dessa nano-reaktorer utsätts för ljus med en viss våglängd, de ändrar sin struktur. Således, deras yta blir permeabel och de kemiskt aktiva ämnena kan diffundera från nano-reaktorn till miljön. Om ljusets färg ändras, säg från grönt till rött, den kemiska reaktionen stannar inom några sekunder. Skalet på nano-reaktorerna blir ogenomträngligt och reaktionskärlen är redo för nästa användning.

I framtiden, dessa nano-reaktorer med integrerad ljusbrytare kommer att fungera som reservoarer för terapeutiska medel. "Ljusbrytare kan användas för hela spektrumet mellan 450 och 700 nanometer våglängd, dvs. för färgat ljus från blått till rött, "förklarar Boesel. Detta öppnar många möjligheter för kontrollerad leverans av flera läkemedel eller för komplexa reaktionskaskader i en enda lapp. Teamet arbetar nu med stöd av Swiss National Science Foundation (SNSF) och National Center of Competence i Forskning om bioinspirerade material för att ytterligare optimera nano-reaktorn med ljusomkopplare. "Först, vi kommer att undersöka den exakt kontrollerbara frisättningen av ämnen som redan är godkända för applicering genom huden, som vissa smärtstillande medel, "säger forskaren. I framtiden, dock, många ytterligare behandlingar med "plåster med ljusströmställare" är genomförbara.