Os químicos do MIT desenvolveram uma maneira de sintetizar polímeros que podem se decompor mais facilmente no corpo e no meio ambiente.

Uma reação química chamada polimerização de metátese de abertura de anel, ou ROMP, é útil para construir novos polímeros para vários usos, como nanofabricação, resinas de alto desempenho, e entrega de drogas ou agentes de imagem. Contudo, uma desvantagem deste método de síntese é que os polímeros resultantes não se decompõem naturalmente em ambientes naturais, como dentro do corpo.

A equipe de pesquisa do MIT descobriu uma maneira de tornar esses polímeros mais degradáveis, adicionando um novo tipo de bloco de construção à espinha dorsal do polímero. Este novo bloco de construção, ou monômero, forma ligações químicas que podem ser quebradas por ácidos fracos, bases, e íons como flúor.

"Acreditamos que esta é a primeira maneira geral de produzir polímeros ROMP com degradabilidade fácil em condições biologicamente relevantes, "diz Jeremiah Johnson, professor associado de química do MIT e autor sênior do estudo. "A parte boa é que ele funciona usando o fluxo de trabalho ROMP padrão; você só precisa polvilhar o novo monômero, tornando-o muito conveniente. "

Este bloco de construção pode ser incorporado em polímeros para uma ampla variedade de usos, incluindo não apenas aplicações médicas, mas também síntese de polímeros industriais que se decompõem mais rapidamente após o uso, dizem os pesquisadores.

O principal autor do artigo, que aparece em Química da Natureza hoje, é pós-doutorado no MIT, Peyton Shieh. Postdoc Hung VanThanh Nguyen também é um autor do estudo.

Polimerização poderosa

Os blocos de construção mais comuns de polímeros gerados por ROMP são moléculas chamadas norbornenos, que contêm uma estrutura em anel que pode ser facilmente aberta e amarrada para formar polímeros. Moléculas como drogas ou agentes de imagem podem ser adicionadas aos norbornenos antes que ocorra a polimerização.

O laboratório de Johnson usou esta abordagem de síntese para criar polímeros com muitas estruturas diferentes, incluindo polímeros lineares, polímeros de escova de garrafas, e polímeros em forma de estrela. Esses novos materiais podem ser usados ​​para fornecer muitos medicamentos contra o câncer de uma vez, ou carregando agentes de imagem para imagem por ressonância magnética (MRI) e outros tipos de imagem.

"É uma reação de polimerização muito robusta e poderosa, "Diz Johnson." Mas uma das grandes desvantagens é que a espinha dorsal dos polímeros produzidos consiste inteiramente de ligações carbono-carbono, e como resultado, os polímeros não são facilmente degradáveis. Isso sempre foi algo que guardamos em nossas mentes quando pensamos em fazer polímeros para o espaço de biomateriais. "

Para contornar esse problema, O laboratório de Johnson tem se concentrado no desenvolvimento de pequenos polímeros, da ordem de cerca de 10 nanômetros de diâmetro, que podem ser eliminados do corpo mais facilmente do que partículas maiores. Outros químicos tentaram tornar os polímeros degradáveis ​​usando blocos de construção diferentes de norbornenos, mas esses blocos de construção não polimerizam tão eficientemente. Também é mais difícil anexar drogas ou outras moléculas a eles, e muitas vezes requerem condições adversas para degradar.

"Preferimos continuar a usar norborneno como a molécula que nos permite polimerizar esses monômeros complexos, "Johnson diz." O sonho era identificar outro tipo de monômero e adicioná-lo como um comonômero em uma polimerização que já usa norborneno. "

Os pesquisadores encontraram uma possível solução por meio do trabalho que Shieh estava fazendo em outro projeto. Ele estava procurando novas maneiras de desencadear a liberação de drogas a partir de polímeros, quando ele sintetizou uma molécula contendo um anel que é semelhante ao norborneno, mas contém uma ligação oxigênio-silício-oxigênio. Os pesquisadores descobriram que este tipo de anel, chamado de éter silílico, também pode ser aberto e polimerizado com a reação ROMP, levando a polímeros com ligações oxigênio-silício-oxigênio que se degradam mais facilmente. Assim, em vez de usá-lo para a liberação de drogas, os pesquisadores decidiram tentar incorporá-lo à estrutura do polímero para torná-lo degradável.

Eles descobriram que simplesmente adicionando o monômero de silil-éter em uma proporção de 1:1 com monômeros de norborneno, eles poderiam criar estruturas poliméricas semelhantes às que fizeram anteriormente, com o novo monômero incorporado de maneira bastante uniforme em todo o backbone. Mas agora, quando exposto a um pH ligeiramente ácido, cerca de 6,5, a cadeia do polímero começa a se quebrar.

"É muito simples, "Diz Johnson." É um monômero que podemos adicionar aos polímeros amplamente usados ​​para torná-los degradáveis. Mas tão simples como isso é, exemplos de tal abordagem são surpreendentemente raros. "

Repartição mais rápida

Em testes em ratos, os pesquisadores descobriram que durante a primeira ou duas semanas, os polímeros degradáveis ​​mostraram a mesma distribuição através do corpo que os polímeros originais, mas eles começaram a quebrar logo depois disso. Depois de seis semanas, as concentrações dos novos polímeros no corpo estavam entre três e 10 vezes menores do que as concentrações dos polímeros originais, dependendo da composição química exata dos monômeros de éter silílico que os pesquisadores usaram.

As descobertas sugerem que adicionar este monômero a polímeros para administração de drogas ou exames de imagem pode ajudá-los a serem eliminados do corpo mais rapidamente.

"Estamos entusiasmados com a perspectiva de usar essa tecnologia para ajustar com precisão a quebra de polímeros baseados em ROMP em tecidos biológicos, que acreditamos que poderia ser aproveitado para controlar a biodistribuição, cinética de liberação de drogas, e muitos outros recursos, "Diz Johnson.

Os pesquisadores também começaram a trabalhar na adição de novos monômeros às resinas industriais, como plásticos ou adesivos. Eles acreditam que seria economicamente viável incorporar esses monômeros aos processos de fabricação de polímeros industriais, para torná-los mais degradáveis, e estão trabalhando com a Millipore-Sigma para comercializar essa família de monômeros e disponibilizá-los para pesquisa.