Os biomedicamentos são produzidos por células vivas e são usados ​​para tratar câncer e doenças autoimunes, entre outras coisas. Um desafio é que os medicamentos são muito caros para produzir, algo que limita o acesso global. Agora, pesquisadores da Chalmers inventaram um material que usa sinais elétricos para capturar e liberar biomoléculas. O novo e eficiente método pode ter um grande impacto no desenvolvimento da biomedicina e abrir caminho para o desenvolvimento de pílulas eletrônicas e implantes de medicamentos.
O novo material é uma superfície de polímero que em um pulso elétrico muda de estado de captura para liberação de biomoléculas. Isso tem várias aplicações possíveis, incluindo o uso como ferramenta para a separação eficiente de um medicamento de outras biomoléculas que as células criam na produção de medicamentos biológicos. Os resultados do estudo foram publicados recentemente na revista científica Angewandte Chemie .

Os biomedicamentos são muito caros para produzir devido à falta de uma técnica de separação eficiente, e novas técnicas com maior rendimento de drogas são necessárias para reduzir os custos de produção e, em última análise, o custo do tratamento dos pacientes.

"Nossas superfícies de polímeros oferecem uma nova maneira de separar proteínas usando sinais elétricos para controlar como elas são ligadas e liberadas de uma superfície, sem afetar a estrutura da proteína", diz Gustav Ferrand-Drake del Castillo, que defendeu publicamente sua tese de doutorado em química na Chalmers e é o principal autor do estudo.

A técnica de separação convencional - cromatografia - liga as biomoléculas firmemente à superfície e são necessários produtos químicos fortes para liberá-las, o que leva a perdas e baixo rendimento. Muitos novos medicamentos provaram ser altamente sensíveis a produtos químicos fortes, o que cria um grande problema de produção para a próxima geração de biomedicamentos. O menor consumo de produtos químicos resulta em um benefício para o meio ambiente, enquanto o fato de as superfícies do novo material também poderem ser reutilizadas através de vários ciclos é uma propriedade fundamental. O processo pode ser repetido centenas de vezes sem afetar a superfície.

Funções em fluidos biológicos

O material também funciona em fluidos biológicos com capacidade de tamponamento, ou seja, fluidos com capacidade de neutralizar mudanças no valor de pH. Essa propriedade é notável, pois abre caminho para a criação de uma nova técnica de implantes e "pílulas" eletrônicas que liberam o medicamento no organismo por meio de ativação eletrônica.

"Você pode imaginar um médico, ou um programa de computador, medindo a necessidade de uma nova dose de medicamento em um paciente, e um sinal de controle remoto ativando a liberação do medicamento do implante localizado no próprio tecido ou órgão onde é necessário. ”, diz Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

A liberação local de drogas ativadas está disponível hoje na forma de materiais que mudam seu estado no caso de uma mudança no ambiente químico circundante. Por exemplo, comprimidos de material sensível ao pH são produzidos onde se deseja controlar a liberação de um fármaco no trato gastrointestinal, que é um ambiente com variações naturais no valor do pH. Mas na maioria dos tecidos do corpo não há alterações no valor do pH ou outros parâmetros químicos.

"Ser capaz de controlar a liberação e absorção de proteínas no corpo com intervenções cirúrgicas mínimas e sem injeções de agulha é, acreditamos, uma propriedade única e útil. O desenvolvimento de implantes eletrônicos é apenas uma das várias aplicações concebíveis que estão muitos anos A pesquisa que nos ajuda a relacionar a eletrônica com a biologia em nível molecular é uma peça importante do quebra-cabeça nessa direção", diz Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

Outra vantagem do novo método é que ele não requer grandes quantidades de energia. O baixo consumo de energia se deve ao fato da profundidade do polímero na superfície do eletrodo ser muito fina, na escala nanométrica, o que significa que a superfície reage imediatamente a pequenos sinais eletroquímicos.

"A eletrônica em ambientes biológicos é muitas vezes limitada pelo tamanho da bateria e das partes mecânicas móveis. A ativação em nível molecular reduz tanto a necessidade de energia quanto a necessidade de partes móveis", diz Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

O avanço começou como uma tese de doutorado

A pesquisa por trás da técnica foi realizada durante o período em que Ferrand-Drake del Castillo era um estudante de doutorado na equipe de pesquisa do professor de Chalmers Andreas Dahlin na Divisão de Química Aplicada de Superfícies. O projeto envolveu superfícies poliméricas que mudam de estado entre neutras e carregadas dependendo do valor de pH da solução circundante. Os pesquisadores então conseguiram criar um material que fosse forte o suficiente para permanecer na superfície quando sujeito a repetidos sinais elétricos, ao mesmo tempo em que era fino o suficiente para realmente alterar o valor do pH como resultado da eletroquímica na superfície.

"Pouco depois descobrimos que poderíamos usar os sinais elétricos para controlar a ligação e liberação de proteínas e biomoléculas, e que o material do eletrodo funciona em soluções biológicas como soro e sangue centrifugado. Acreditamos e esperamos que nossas descobertas possam ser de grande valia benefício no desenvolvimento de novos medicamentos", diz Andreas Dahlin. + Explorar mais

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