Em trabalhos que podem ter um grande impacto em várias indústrias - de produtos farmacêuticos a cosméticos e até mesmo alimentos - os engenheiros do MIT desenvolveram uma nova plataforma para a entrega controlada de certos medicamentos importantes, nutrientes, e outras substâncias para as células humanas.

Os pesquisadores acreditam que sua abordagem simples, que cria pequenas cápsulas contendo milhares de gotículas nanométricas carregadas com um medicamento ou outro ingrediente ativo, será fácil fazer a transição do laboratório para a indústria.

Os ingredientes ativos em muitos produtos de consumo destinados ao uso no corpo humano não se dissolvem facilmente na água. Como resultado, são difíceis para o corpo absorver, e é difícil controlar sua entrega às células.

Somente na indústria farmacêutica, "40 por cento dos medicamentos atualmente comercializados e 90 por cento dos medicamentos em desenvolvimento são hidrofóbicos, em que [sua] baixa solubilidade em água limita muito sua biodisponibilidade e eficiência de absorção, "a equipe do MIT escreve em um artigo sobre o trabalho na edição de 28 de agosto do jornal Ciência Avançada .

Nanoemulsões para o resgate

Essas drogas e outros ingredientes ativos hidrofóbicos fazem, Contudo, dissolver em óleo. Daí o crescente interesse em nanoemulsões, o equivalente em nanoescala de um molho de salada de óleo e vinagre que consiste em minúsculas gotículas de óleo dispersas em água. Dissolvido em cada gota de óleo está o ingrediente ativo de interesse.

Entre outras vantagens, as gotículas carregadas de ingredientes podem facilmente passar pelas paredes celulares. Cada gota é tão pequena que entre 1, 000 a 5, 000 poderia caber na largura de um cabelo humano. (Suas contrapartes em macroescala são muito grandes para passar.) Uma vez que as gotículas estão dentro da célula, sua carga útil pode exercer um efeito. As gotas também são excepcionalmente estáveis, resultando em uma longa vida útil, e pode carregar uma grande quantidade de ingrediente ativo para seu tamanho.

Mas há um problema:como você encapsula uma nanoemulsão em uma forma de dosagem como uma pílula? As tecnologias para fazer isso ainda são incipientes.

Em uma das abordagens mais promissoras, a nanoemulsão é encapsulada em uma rede 3-D de um gel de polímero para formar pequenas contas. Atualmente, Contudo, quando ingeridos, esses grânulos liberam sua carga útil - as gotas de óleo carregadas de ingredientes - de uma só vez. Não há controle sobre o processo.

A equipe do MIT resolveu isso adicionando um shell, ou cápsula, em torno de grandes gotas individuais de nanoemulsão, cada um contendo milhares de nano gotículas de óleo. Essa casca não apenas protege as nano gotículas de dentro de condições fisiológicas prejudiciais do corpo, mas também pode ser usado para mascarar o gosto muitas vezes desagradável dos ingredientes ativos que contêm.

O resultado é uma "pílula" de cerca de 5 milímetros de diâmetro com uma concha biodegradável que por sua vez pode ser "ajustada" para liberar seu conteúdo em momentos específicos. Isso é feito alterando a espessura da casca. Até o momento, eles testaram com sucesso o sistema com ibuprofeno e vitamina E.

"Nossa nova plataforma de entrega pode ser aplicada a uma ampla gama de nanoemulsões, que contêm ingredientes ativos que vão desde medicamentos a nutracêuticos e protetores solares. Ter esse novo controle sobre como você os entrega abre muitos novos caminhos em termos de aplicações futuras, "diz Patrick Doyle, o Robert T. Haslam Professor de Engenharia Química e autor sênior do artigo.

Seus colegas no trabalho são Liang-Hsun Chen, um estudante de graduação em engenharia química e primeiro autor do artigo, e Li-Chiun Cheng SM '18, Ph.D. '20, que recebeu seu Ph.D. em engenharia química no início deste ano e agora está na LiquiGlide.

Muitas vantagens

A plataforma MIT tem uma série de vantagens, além de sua simplicidade e escalabilidade para a indústria. Por exemplo, a própria casca "é derivada das paredes celulares das algas marrons, então é muito natural e biocompatível com corpos humanos, "diz Chen.

Avançar, o processo de fabricação da nanoemulsão contendo sua carga útil é econômico porque a simples agitação envolvida requer pouca energia. O processo também é "muito suave, que protege a molécula [ativa] de interesse, como uma droga, "diz Doyle." Técnicas mais duras podem danificá-los. "

A equipe também demonstrou a capacidade de transformar a nanoemulsão líquida dentro de cada casca em um núcleo sólido, que pode permitir uma variedade de outras aplicações. Eles fizeram isso adicionando um material que, quando ativado pela luz ultravioleta, reticula as nanopartículas de óleo.

Para Chen, a parte mais empolgante do trabalho foi preparar as cápsulas e, em seguida, "vê-las explodir para liberar seu conteúdo nos momentos previstos para os quais as projetei".

Doyle observa que do ponto de vista pedagógico, o trabalho "combinou todos os elementos centrais da engenharia química, da dinâmica dos fluidos à engenharia de reação e transferência de massa. E para mim é muito legal ter todos eles em um único projeto. "

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.