Imagina una pequeña cápsula más pequeño que la punta de una aguja, que podría programarse para liberar el medicamento en un lugar específico de su cuerpo y es económico, fácil de hacer, y más eficaz que los productos farmacéuticos tradicionales que conocemos hoy.

Además, después de entregar su contenido médico, la cápsula desaparece porque es biodegradable y está formada por elementos microscópicos que se absorben de forma segura en el torrente sanguíneo.

Tal método de administración de fármacos marcaría el comienzo de una nueva era de productos farmacéuticos. Algunas de las enfermedades más devastadoras del mundo podrían tratarse mejor con medicamentos que salvan vidas y son más baratos. más accesible, y funcionar mejor en el cuerpo humano.

Un equipo de investigación de Virginia Tech está un paso más cerca de hacer realidad esa visión a largo plazo. Los profesores y estudiantes de ingeniería biomédica y mecánica e ingeniería mecánica han pasado el último año probando la viabilidad de usar una clase única de materiales diseñados, junto con un disparador sorprendente, para construir sistemas de administración de medicamentos más inteligentes.

Su investigación, publicado en RSC Advances, describe una prueba de concepto para el uso de ondas de ultrasonido enfocadas para activar polímeros con memoria de forma. Más recientemente, atrayendo atención por su uso en el diseño de dispositivos biocompatibles, Los polímeros con memoria de forma se pueden usar para administrar medicamentos dentro del cuerpo humano.

Aarushi Bhargava, un doctorado de segundo año. estudiante del programa de ingeniería mecánica de Virginia Tech y autor principal del estudio, describió la investigación como un primer paso importante en el uso de polímeros con memoria de forma para diseñar y optimizar sistemas eficientes de administración de fármacos para uso humano.

"Con la ayuda del ultrasonido, Estos sistemas pueden administrar medicamentos de manera controlada en la ubicación objetivo deseada durante un período prolongado de tiempo. algo que ha sido muy difícil de hacer en el campo de los mecanismos de administración de fármacos, ", dijo Bhargava." Los polímeros con memoria de forma nos dan una ventaja porque son flexibles, biodegradable, y rentable. También son fáciles de fabricar ".

Los polímeros con memoria de forma son una clase de materiales inteligentes que tienen la capacidad de regresar de un deformado, forma temporal a su forma permanente original cuando se somete a un estímulo externo, como la luz o el calor.

En este proyecto, un marco conceptual para diseñar un contenedor de polímero con memoria de forma se carga con partículas de fármaco en su forma original, calentado, y deformado a su forma temporal. Esta forma temporal empaqueta eficazmente las partículas del fármaco dentro de un pequeño recipiente con forma de cápsula. Cuando la cápsula alcanza su ubicación deseada dentro del cuerpo, sufre una recuperación de forma a través de la exposición a ultrasonido enfocado y libera las partículas de fármaco cargadas.

Las ondas de ultrasonido enfocadas son aquellas con frecuencias más altas que el límite audible superior de la audición humana. El uso de este desencadenante inusual para activar los polímeros con memoria de forma es lo que distingue los hallazgos del equipo de otros que realizan un trabajo similar en el campo de los sistemas de administración de fármacos.

Los beneficios de usar ondas de ultrasonido enfocadas para activar el contenedor de administración de fármacos de polímero con memoria de forma, en lugar de luz o calor, incluir lo flexible, naturaleza no invasiva del estímulo. Los contenedores de polímero con memoria de forma anteriores se han basado en el calor corporal natural para su activación y pueden ser difíciles de controlar. Otros métodos no invasivos, como campos magnéticos o exposición a la luz, requieren partículas especiales para generar una respuesta. Estas partículas adicionales pueden comprometer la biodegradabilidad y biocompatibilidad de los polímeros con memoria de forma.

Shima Shahab, un profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica y consejero de la facultad de Bhargava, fue coautor del estudio junto con Reza Mirzaeifar, profesor asistente de ingeniería mecánica; Jerry Stieg, una licenciatura en ingeniería mecánica; y Kaiyuan Peng, un doctorado estudiante en el programa de ingeniería mecánica, todo Virginia Tech.

Shahab explicó que los hallazgos del estudio allanarían el camino para diseñar cápsulas de administración de medicamentos más eficientes en el futuro, especialmente aquellos que pueden ser activados por ondas de ultrasonido enfocadas.

"Desarrollamos un importante marco de trabajo experimental y computacional que se puede utilizar para diseñar varios contenedores de administración de fármacos activados por ultrasonido, ", dijo Shahab." Los marcos de este estudio se pueden adaptar específicamente para diferentes aplicaciones dependiendo del tamaño de las partículas del fármaco, tiempo objetivo para la liberación de las partículas, y el tamaño y la forma del recipiente ".

Además de llamar la atención en el campo de los sistemas de administración de fármacos, los hallazgos ganaron recientemente el premio al Mejor Trabajo de Estudiantes en la Conferencia de 2017 sobre Materiales Inteligentes, Estructuras adaptativas, y sistemas inteligentes en Snowbird, Utah.

Shahab y Mirzaeifar diseñaron por primera vez el proyecto original en una colaboración entre los laboratorios MInDS y MultiSMArt de Virginia Tech en agosto de 2016. Si bien los métodos del equipo aún están a años de las pruebas clínicas en humanos, han establecido una base importante para futuras investigaciones.

"El resultado del estudio nos acerca un paso más a la introducción de una nueva generación eficiente de sistemas de administración de fármacos, ", dijo Mirzaeifar." Nuestra investigación continuará centrándose en este objetivo ".