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Injizierbares, "selbstheilendes" Hydrogel kann eine einfachere Form der Langzeit-Arzneimittelabgabe bieten
Eine neue Studie veröffentlicht in Naturkommunikationen zeigt, wie Wissenschaftler ein injizierbares Hydrogel entwickelt haben, das Medikamente über bestimmte Zeiträume hinweg verabreichen kann, wodurch die bei bestehenden Hydrogelen erforderliche chirurgische Implantation entfällt. Die Forscher sagen, das neue Hydrogel könnte helfen, eine Reihe von Krankheiten, einschließlich Makuladegeneration, Herzerkrankungen und Krebs zu behandeln.
Diese Bilder zeigen die Struktur des neu erzeugten Hydrogels bei verschiedenen Vergrößerungen.
Bildnachweis: Mark Tibbitt
Die Verwendung von Gelen zur Abgabe von Arzneimitteln ist ein zunehmendes Interesse für Forscher. Während herkömmliche flüssige Lösungen die sofortige Verteilung von Medikamenten im Körper erlauben, können Lösungen auf der Basis von Gel Medikamente über lange Zeiträume freisetzen.
Darüber hinaus können Gele zu bestimmten Formen geformt werden, wodurch die Abgabe von Medikamenten an bestimmte Körperteile ermöglicht wird. Aber es gibt ein Problem mit den derzeitigen Gelen zur Arzneimittelabgabe; Einmal geformt, können sie nicht neu geformt werden, was bedeutet, dass sie oft operiert werden müssen.
Das Forscherteam - unter der Leitung von Mark Tibbitt vom Koch-Institut für Integrative Krebsforschung am Massachusetts Institute of Technology (MIT) - hat sich diesem Problem angenommen.
Hydrogel aus polymerhaltigen Nanopartikeln und Cellulose
Laut Tibbitt und Kollegen haben die Forscher zuvor Drogentherapie-Hydrogele geschaffen, bei denen chemische Verbindungen zwischen Polymeren - lange Ketten von Molekülen - irreversibel sind.
Die Forscher merken an, dass solche Gele zwar extrem hart sind - eine Eigenschaft, die für den Langzeiteinsatz benötigt wird - es kann jedoch sehr schwierig sein, ihre Form zu verändern, wenn sie einmal geformt sind.
In der Vergangenheit haben Wissenschaftler versucht, dieses Problem anzugehen, indem sie Proteine ??entwickelten, die sich selbst zu Hydrogelen zusammenfügen, aber das MIT-Team sagt, dass ein solcher Prozess komplex ist. In ihrer Studie haben sie einen einfacheren Ansatz gewählt.
Die Forscher verwendeten Nanopartikel, die aus PEG-PLA-Copolymeren bestanden, die häufig für die Wirkstoffabgabe verwendet werden. Um ihr neues Hydrogel zu bilden, kombinierten die Forscher diese PEG-PLA-Copolymere mit einem anderen Polymer namens Cellulose.
Da die meisten Nanopartikel eine schwache Bindung mit Polymerketten aufweisen, war die Verbindung zwischen den PEG-PLA-Copolymer-haltigen Nanopartikeln und der Cellulose locker. So kann jede Verbindung unter physischer Belastung weich werden, so dass das Hydrogel durch eine Spritze injiziert werden kann.
Wenn solche Spannungen jedoch nicht vorhanden sind, bilden Nanopartikel und Cellulose neue Verbindungen, was bedeutet, dass ihre Zähigkeit wieder hergestellt wird.
"Jetzt haben Sie ein Gel, das die Form verändern kann, wenn Sie es belasten, und dann, wichtig, es kann wieder heilen, wenn Sie diese Kräfte entspannen. Das erlaubt Ihnen, es durch eine Spritze oder Nadel zu drücken und es in die zu bekommen Körper ohne Operation ", erklärt Tibbitt.
Neues Hydrogel kann zwei Medikamente gleichzeitig verabreichen
Das Team stellt fest, dass das Hydrogel, da es aus zwei Komponenten besteht, gleichzeitig zwei verschiedene Medikamente abgeben kann.
Die PEG-PLA-Copolymere sind in der Lage, hydrophobe niedermolekulare Arzneimittel, wie sie für die Chemotherapie verwendet werden, zu tragen und abzugeben, während Polymere wie Cellulose hydrophile Moleküle, wie Antikörper und Wachstumsfaktoren - Arzneimittel, die das Zellwachstum stimulieren - tragen können.
Bei der Injektion des Hydrogels unter die Haut von Mäusen stellte das Team fest, dass es über einen Zeitraum von mehreren Tagen effektiv ein hydrophobes und ein hydrophiles Medikament abgab.
Das Hydrogel bietet nicht nur eine gezielte Medikamentenabgabe, die Forscher sagen, dass jede Komponente des Gels so modifiziert werden kann, dass jedes Medikament mit unterschiedlichen Raten verabreicht werden kann, was bedeutet, dass es auf die individuellen Bedürfnisse eines Patienten zugeschnitten werden kann.
Das Team untersucht derzeit, wie das neue Hydrogel zur Verabreichung von Anti-Angiogenese-Medikamenten zur Behandlung von Makuladegeneration - einer Augenkrankheit, von der mehr als 10 Millionen Menschen in den USA betroffen sind - verwendet werden kann.
Derzeit erhalten Patienten mit Makuladegeneration eine monatliche Injektion mit Anti-Angiogenese-Medikamenten, die das Wachstum von sehbehindernden Blutgefäßen reduzieren. Das MIT-Team glaubt, dass das neue Hydrogel für die Verabreichung dieser Medikamente über mehrere Monate verwendet werden könnte, was den Bedarf an Injektionen begrenzen könnte.
Weil das neue Hydrogel Wachstumsfaktoren liefern kann, könnten die Forscher nach einem Herzinfarkt auch zur Reparatur von geschädigtem Herzgewebe beitragen.
Darüber hinaus könnte es zur Behandlung von Krebspatienten nach der operativen Entfernung von Tumoren eingesetzt werden. Das Team erklärt, dass das Gel mit einer Chemikalie versetzt werden könnte, die die verbleibenden Krebszellen dazu anlockt, zusammen mit einem Chemotherapeutikum, das die Krebszellen zerstört und das Risiko eines Wiederauftretens von Krebs verringert.
Im vergangenen Monat, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine weitere Studie in Naturkommunikationen, in der Forscher die Entwicklung eines "Triggered-Release" -Medikamenten-Mechanismus unter Verwendung von Nanopartikeln beschrieben.
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