Manipulation von Molekülen: Die Cornell Group erstellt winzige Strukturen für die Arzneimittelabgabe, indem sie alte industrielle Methoden auf neue Weise verwendet

Manipulation von Molekülen: Die Cornell Group erstellt winzige Strukturen für die Arzneimittelabgabe, indem sie alte industrielle Methoden auf neue Weise verwendet
Manipulation von Molekülen: Die Cornell Group erstellt winzige Strukturen für die Arzneimittelabgabe, indem sie alte industrielle Methoden auf neue Weise verwendet
Anonim

SAN FRANCISCO – Materialingenieure der Cornell University hoffen, durch die Verwendung eines Prozesses, der der Art und Weise entspricht, wie Reifen und Kühlschranktüren hergestellt werden, einen neuen Mechanismus zu finden, um Medikamente in das menschliche Gehirn oder den Blutkreislauf zu transportieren.

Der Unterschied besteht darin, dass die Cornell-Ingenieure unter Emmanuel Giannelis, Professor für Materialwissenschaft und -technik, mit anorganischen Füllstoffen arbeiten, nicht in großen Klumpen wie in der Industrie, sondern auf nahezu molekularer Ebene.Indem Ketten von Polymermolekülen dazu gebracht wurden, zwischen Silikatschichten zu gleiten, von denen jede nur wenige Atome dick ist, haben sie ein Material namens Polyvinylalkohol (PVA)-Nanokomposit hergestellt, das als injizierbares Arzneimittelabgabesystem vielversprechend ist.

"Diese biorelevanten Nanokomposite sind nicht nur wichtig für die Wirkstofffreisetzung, sondern vielleicht auch für die Gewebezüchtung", sagte Stephen Cypes, der Cornell-Student, der seit letztem Jahr an der Entwicklung des Materials mitwirkt. Er präsentierte heute (27. März) auf dem nationalen Treffen der American Chemical Society im Moscone Convention Center in San Francisco ein Posterpapier über seine Forschung.

Cypes, der aus Darnestown, Maryland, stammt, kommt in sehr jungen Jahren zu dieser Spitzenforschung. Er ist erst Student im zweiten Jahr an der Cornell University, studiert Chemieingenieurwesen und studiert im Rahmen des Cornell Presidential Research Scholars Program, das die Forschung unterstützt. Auch Cornell junior Ruth Chen aus Toronto, ebenfalls Forschungswissenschaftlerin und Studentin von Giannelis, präsentierte heute ein Poster-Papier.Ihre Forschung liegt im Bereich der Entwicklung neuer thermosensitiver Nanokomposit-Gele. Zu den Anwendungen für diese Materialien gehören Arzneimittelabgabe, Enzymträger und chemische Ventile.

Giannelis stellte fest, dass seine Arbeit an Materialien zur Arzneimittelabgabe von seinem Kollegen Mark S altzman, Professor für chemische Verfahrenstechnik an der Cornell University, beeinflusst wurde, einer Autorität auf dem Gebiet der Arzneimittelabgabe, der erbsengroße Pellets eines biokompatiblen Polymers entwickelt hat könnte verwendet werden, um Medikamente durch Implantation in den Körper zu bringen. (S altzman moderierte heute auf dem ACS-Meeting ein Panel zum Thema Drug Delivery und präsentierte einen Überblick über das Thema aus seinem bevorstehenden Buch Drug Delivery, das später in diesem Jahr bei Oxford University Press veröffentlicht wird.)

"Die S altzman-Gruppe verfügt über Erfahrung darin, Polymere zu nehmen, sie mit Medikamenten zu imprägnieren und sie Tieren zu implantieren", sagte Giannelis. „Wir fragten, können wir diese Materialien nehmen und sie durch eine bessere Kontrolle ihrer Wirkstofffreisetzungseigenschaften verbessern? Sie brauchen auch bessere mechanische Eigenschaften – sie sind zum Beispiel sehr spröde."

Was Giannelis und sein Team sich vorstellen, ist eine mikroskopisch kleine Polymerkugel, die mit Medikamenten imprägniert und in den Körper injiziert werden könnte, wo sie das benötigte Medikament langsam freisetzt, bevor es im Körpergewebe biologisch abgebaut wird.

Giannelis' Idee war es, eine sehr alte industrielle Idee zu übernehmen, anorganische Partikel wie Talk als Füllstoff zu verwenden, aber das Material fast auf molekulare Ebene zu reduzieren, um das zu schaffen, was er "Nanofüllstoffe" nennt. Dabei machte er sich die natürliche Struktur von Silikaten zunutze, die unter dem Mikroskop wie ein Kartenspiel geschichtet aussehen. Die Atombindungen zwischen den Schichten sind schwach, sodass sie gegeneinander verschoben oder geöffnet werden können. Unter Verwendung eines einfachen Misch- und Schmelzverfahrens waren die Forscher in der Lage, Molekülketten aus PVA, einem ungiftigen und biologisch abbaubaren anorganischen Polymer, zwischen die Schichten einzuführen und so eine geschichtete Gitterstruktur zu bilden. „Dieses nanostrukturierte Material hat viele Grenzflächen, und zum ersten Mal sahen wir dramatische Veränderungen der mechanischen und physikalischen Eigenschaften“, sagte Giannelis.

Sobald ein Medikament in das Material eingearbeitet wurde, sagte Giannelis, würde das PVA physische Barrieren schaffen, um den Fluss des Medikaments zu verlangsamen und zu behindern. Die Schichten würden auch mit dem Medikament in Wechselwirkung treten, um eine chemische Barriere zu schaffen. „Auf diese Weise könnte man die Menge des anorganischen Materials ändern, um weniger Barrieren zu schaffen und die Freisetzung zu beschleunigen, oder man könnte die Chemie manipulieren. Man hat zwei Knöpfe in der Hand“, sagte Giannelis.

Da das Material hydrophil ist, nimmt es Wasser auf und quillt zu einem gelartigen Material auf, durch das Moleküle leicht fließen können. "Idealerweise möchten Sie ein Material, das so viel Wasser wie möglich aufnehmen kann, weil Sie dann das meiste Medikament aufnehmen und es so langsam wie möglich freisetzen können", sagte Cypes.

"Wir haben gezeigt, dass der Transport kleiner Moleküle kontrolliert und verändert werden kann", sagte Giannelis. „Im nächsten Schritt werden wir Wirkstoffe einbauen und beobachten, wie sie freigesetzt werden.“

Verwandte World Wide Websites: Die folgenden Websites bieten zusätzliche Informationen zu dieser Pressemitteilung. Einige sind möglicherweise nicht Teil der Gemeinschaft der Cornell University, und Cornell hat keine Kontrolle über deren Inh alt oder Verfügbarkeit.

- Emmanuel P. Giannelis Forschungsgruppe:

- Labor für Arzneimittelabgabe und Gewebezüchtung:

www.cheme.cornell.edu/~s altzman/

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