En un nuevo estudio, publicado en línea en la revista American Chemical Society (ACS) Materiales poliméricos aplicados , Los científicos de la Universidad de Texas A&M informaron que han diseñado una membrana de hidrogel que puede usarse para albergar materiales sensores ópticos de glucosa. hacia la construcción de un biosensor para monitorear los niveles de azúcar en diabéticos.

Al incorporar colgantes, Cadenas moleculares tipo peine dentro de un tipo de hidrogel llamado poli (N-isopropilacrilamida) o poli NIPAAm para abreviar, demostraron que la membrana podía evitar la fuga de moléculas de pequeño tamaño, como los de detección de glucosa, sin dejar de permitir que la glucosa se difunda libremente hacia adentro y hacia afuera.

Cuando esté listo para uso clínico, Los investigadores dijeron que estas membranas podrían usarse para formar biosensores que podrían implantarse fácilmente debajo de la piel de la muñeca y podrían ofrecer una alternativa más cómoda a los implantes transdérmicos. que se sientan parcialmente fuera de la piel. Es más, a diferencia de los implantes transdérmicos que deben cambiarse cada pocas semanas, Es posible que este tipo de implante subcutáneo solo necesite ser reemplazado cada pocos meses.

"Hemos trabajado mucho en materiales de hidrogel analizando las propiedades mecánicas y las reacciones de cuerpos extraños, pero nuestro gran objetivo siempre ha sido utilizar membranas de poli NIPAAm para construir un biosensor de glucosa subcutáneo, "dijo la Dra. Melissa Grunlan, profesor y titular de la Cátedra Charles H. y Bettye Barclay en el Departamento de Ingeniería Biomédica. "En este estudio, hemos podido ajustar las propiedades de difusión de estos hidrogeles que previamente hemos identificado como un candidato prometedor para construir biosensores de glucosa que funcionen a largo plazo ".

Los Poly NIPAAms son una clase de hidrogeles orgánicos que tienen una textura suave, como lentes de contacto. Una de sus propiedades atractivas es que pueden sufrir una inflamación y deshinchamiento cíclicas con pequeñas fluctuaciones de temperatura en el cuerpo. Dado que su superficie cambia dinámicamente con la temperatura, disuaden la unión de células y biomoléculas. Este activo, El mecanismo de autolimpieza hace que los hidrogeles de poli NIPAAm sean atractivos para los implantes, ya que minimizan el ataque del sistema inmunológico.

Para utilizar la membrana de poli NIPAAm para controlar el azúcar en sangre, debe albergar suficientes moléculas o ensayos sensibles a la glucosa. Es más, la longevidad del hidrogel también depende de la capacidad de la membrana para retener estas moléculas de ensayo sin que se filtren.

"Piense en el hidrogel NIPAAm como un suéter de punto donde los espacios entre las mallas están formados por los puntos de cruce. En este momento, estos espacios o ventanas en los hidrogeles son demasiado grandes, dejar pasar las moléculas de ensayo, "dijo Grunlan." Si los ensayos continúan lixivándose de esta manera, no vamos a tener un sensor de funcionamiento prolongado ".

Por lo tanto, Grunlan y su equipo centraron sus esfuerzos en afinar las propiedades de los poli NIPAAms para limitar la fuga de moléculas sensibles a la glucosa y, al mismo tiempo, permitir que la glucosa se difunda libremente a través del hidrogel.

Para disminuir el tamaño de los huecos, los investigadores insertaron moléculas colgantes de diferentes cargas, longitudes y concentraciones al hidrogel de poli NIPAAm. Cuando se incorpora al hidrogel, estas moléculas crean barreras en forma de peine, cuyos dientes están diseñados para bloquear la difusión de pequeñas moléculas del tamaño de un ensayo. Para probar si esta arquitectura similar a un peine puede limitar la difusión de los sensores de glucosa, también ponen dentro del hidrogel, moléculas marcadas con fluorescencia llamadas dextranos, que sirvieron como sustitutos de las moléculas sensibles a la glucosa. Próximo, colocaron el hidrogel en agua y midieron la cantidad de fluorescencia en el agua debido a la fuga de dextranos del hidrogel.

Los investigadores encontraron que cuando usaban una molécula cargada negativamente llamada poli (ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico) o PAMP, los peines impedían la difusión de dextranos. Es más, también observaron que las moléculas de glucosa no tenían obstáculos en su entrada y salida del hidrogel.

Grunlan señaló que ahora que tienen una prueba de concepto de que sus hidrogeles pueden frenar las fugas de pequeños dextranos, el siguiente paso en su investigación sería construir un biosensor con moléculas sensibles a la glucosa contenidas dentro de la membrana.

"Aunque nuestro estudio actual no involucró moléculas de detección reales, le muestra de manera muy concluyente y precisa lo que las arquitecturas de peine pueden hacer para que los hidrogeles limiten la difusión, ", dijo Grunlan." Este fue un estudio sistemático para mostrar la efectividad de nuestro enfoque y la posibilidad de extender nuestros hallazgos a otras áreas de investigación además de la detección de glucosa para las cuales es necesario diseñar hidrogeles con difusión limitada ".