A cafeína é bem conhecida por sua capacidade de ajudar as pessoas a ficarem alertas, mas uma equipe de pesquisadores do MIT e do Brigham and Women's Hospital apresentou agora um novo uso para esse estimulante químico - catalisar a formação de materiais poliméricos.

Usando cafeína como catalisador, os pesquisadores descobriram uma maneira de criar goma, géis biocompatíveis que podem ser usados ​​para entrega de drogas e outras aplicações médicas.

"A maioria das abordagens sintéticas para sintetizar e reticular géis poliméricos e outros materiais usam catalisadores ou condições que podem danificar substâncias sensíveis, como drogas biológicas. Em contraste, aqui usamos química verde e ingredientes alimentares comuns, "diz Robert Langer, o David H. Koch Institute Professor no MIT e um dos autores seniores do estudo. "Acreditamos que esses novos materiais podem ser úteis na criação de novos dispositivos médicos e sistemas de entrega de medicamentos."

Em seu jornal, que aparece o diário Biomateriais , os pesquisadores demonstraram que podem carregar os géis com dois medicamentos antimaláricos, e eles esperam que o material também possa ser usado para transportar outros tipos de drogas. Os medicamentos transportados por este tipo de material podem ser mastigáveis ​​ou mais fáceis de engolir, dizem os pesquisadores.

"É realmente atraente para as populações de pacientes, especialmente crianças, que têm dificuldade em engolir cápsulas e comprimidos, "diz Giovanni Traverso, um afiliado de pesquisa do Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT e um gastroenterologista e engenheiro biomédico no Brigham and Women's Hospital, que também é um autor sênior do artigo.

A ex-pós-doutoranda do MIT Angela DiCiccio, que está agora na Verily Life Sciences, a divisão de ciências da vida do Google X, é o autor principal do artigo.

Aumento de cafeína

A fabricação de géis de polímero geralmente requer catalisadores de metal, o que pode ser perigoso se algum do catalisador permanecer no material após a formação do gel. A equipe do MIT queria criar uma nova maneira de fazer géis usando catalisadores e matérias-primas que são baseados em produtos alimentícios e outros materiais que são seguros para ingerir.

"Nosso objetivo era tentar simplificar o método de fabricação e transmitir um perfil de segurança aprimorado desde o início, usando catalisadores potencialmente mais seguros, "Traverso diz.

Embora a cafeína não tenha sido usada para síntese química antes, chamou a atenção dos pesquisadores porque é derivado de plantas e pode atuar como uma base fraca, o que significa que remove delicadamente os prótons de outras moléculas. Ele também tem uma estrutura semelhante a algumas outras bases orgânicas fracas que foram usadas para catalisar o tipo de reação química necessária para formar esses géis - a formação de ligações éster para criar um poliéster.

"Os poliésteres permitem o design intencional de materiais ingeríveis feitos de recursos bioderivados, "DiCiccio diz." No entanto, não existia nenhum catalisador que fosse suave o suficiente para encadear essas moléculas sem causar reações indesejadas ou requerer superaquecimento. Nossa nova plataforma oferece uma solução elegante para esse problema usando materiais baratos e produtos químicos amplamente acessíveis. "

Os pesquisadores decidiram usar cafeína para induzir ácido cítrico, outro material comestível produzido por plantas, para formar uma rede de polímero junto com polietilenoglicol (PEG), um polímero biocompatível que tem sido usado em drogas e produtos de consumo, como pasta de dente, por muitas décadas.

Quando misturado com ácido cítrico e PEG, e ligeiramente aquecido, cafeína abre um anel contendo oxigênio no PEG, permitindo que reaja com o ácido cítrico para formar cadeias que consistem em moléculas alternadas de PEG e ácido cítrico. Se as moléculas da droga estiverem presentes na mistura, eles também são incorporados às cadeias.

Misturar e combinar

Os pesquisadores mostraram que poderiam carregar dois medicamentos contra a malária, artesunato e piperaquina, nesses polímeros. Eles também podem variar as propriedades químicas e mecânicas do gel, alterando sua composição. Eles criaram géis que contêm PEG ou outro polímero chamado polipropilenoglicol, bem como alguns que combinam esses dois polímeros em proporções diferentes. Isso permite que eles controlem propriedades como a resistência do material, sua estrutura de superfície, e a taxa em que os medicamentos são liberados.

"Dependendo de qual seja o aplicativo, ou quais drogas estão sendo incorporadas, você pode misturar e combinar para encontrar uma mistura ideal, "Traverso diz.

Os géis também podem ser impressos com padrões, como a arquitetura em microescala encontrada na superfície das folhas de lótus, o que lhes permite repelir a água. Alterar as características da superfície do material pode ajudar os pesquisadores a controlar a velocidade ou lentidão com que os géis se movem pelo trato digestivo.

Os géis resultantes contêm uma pequena quantidade de cafeína, aproximadamente o mesmo encontrado em uma xícara de chá. Em testes preliminares de segurança, os pesquisadores não encontraram efeitos prejudiciais em quatro tipos de células humanas, ou em ratos.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.