Secondo un nuovo studio della Stanford University, “possiamo produrre gel con le giuste proprietà a rilascio lento a temperatura ambiente, ma una volta iniettati, il calore corporeo li dissolverebbe rapidamente e rilascerebbe i farmaci troppo rapidamente”, ha affermato Eric Appel, assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria.
Appel ha descritto la scienza alla base di questa violazione delle regole con un’analogia con la preparazione della gelatina: gli ingredienti solidi vengono versati nell’acqua, quindi riscaldati e mescolati per mescolare bene. Quando la miscela si raffredda, la gelatina si solidifica quando le molecole si legano insieme. Ma se la gelatina viene riscaldata, il solido si liquefà.
Per ottenere questo risultato, il team di Stanford ha creato un gel composto da due ingredienti solidi: polimeri e nanoparticelle. I polimeri erano lunghi fili simili a spaghetti che hanno una naturale propensione a rimanere impigliati e le nanoparticelle, solo 1/1000 della larghezza di un capello umano, incoraggiavano questa tendenza.
I ricercatori hanno iniziato dissolvendo separatamente i polimeri e le particelle in acqua e poi mescolandoli insieme. Quando gli ingredienti che si mescolavano cominciavano a legarsi, i polimeri si avvolgevano strettamente attorno alle particelle. “Lo chiamiamo il nostro velcro molecolare”, ha detto il primo autore Anthony Yu, che ha svolto il lavoro come studente laureato a Stanford e ora è uno studioso post-dottorato al MIT.
La potente affinità tra i polimeri e le particelle ha spremuto le molecole d’acqua che erano rimaste intrappolate tra di loro e, quando più polimeri e particelle si sono congelati, la miscela ha iniziato a gelificare a temperatura ambiente. Fondamentalmente, questo processo di gelificazione è stato ottenuto senza aggiungere o sottrarre energia.
Quando i ricercatori hanno esposto questo gel alla temperatura corporea (37,5 ° C) non si è liquefatto come i normali gel perché l’effetto molecolare del velcro ha consentito all’entropia e all’entalpia – rispettivamente ordine e variazione di temperatura – di rimanere più o meno in equilibrio in accordo con la termodinamica. Appel ha detto che ci vorrà più lavoro per rendere i gel iniettabili a rilascio prolungato sicuri per l’uso umano. Mentre i polimeri in questi esperimenti erano biocompatibili, le particelle erano derivate dal polistirolo, che è comunemente usato per realizzare posate usa e getta.
Il suo laboratorio sta già cercando di realizzare questi gel termodinamicamente neutri con componenti completamente biocompatibili. Se hanno successo, un gel a rilascio prolungato potrebbe rivelarsi prezioso per fornire trattamenti antimalarici o anti-HIV in aree con risorse insufficienti in cui è difficile somministrare i rimedi a breve durata attualmente disponibili. “Stiamo cercando di creare un gel che potresti iniettare con uno spillo, e poi avresti un piccolo blob che si dissolverebbe molto lentamente per 3-6 mesi per fornire una terapia continua“, ha detto Appel. “Questo sarebbe un punto di svolta per la lotta alle malattie critiche in tutto il mondo.“
