La cafeína es conocida por su capacidad para ayudar a las personas a mantenerse alerta, pero un equipo de investigadores del MIT y del Brigham and Women's Hospital ha encontrado un uso novedoso para este estimulante químico:catalizar la formación de materiales poliméricos.

Usar cafeína como catalizador, los investigadores han ideado una forma de crear gomitas, geles biocompatibles que podrían usarse para la administración de fármacos y otras aplicaciones médicas.

"La mayoría de los enfoques sintéticos para sintetizar y reticular geles poliméricos y otros materiales utilizan catalizadores o condiciones que pueden dañar sustancias sensibles como los fármacos biológicos. Por el contrario, aquí usamos química verde e ingredientes alimentarios comunes, "dice Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch del MIT y uno de los autores principales del estudio. "Creemos que estos nuevos materiales podrían ser útiles para crear nuevos dispositivos médicos y sistemas de administración de fármacos".

En su papel que aparece el diario Biomateriales , los investigadores demostraron que podían cargar los geles con dos medicamentos antipalúdicos, y esperan que el material también se pueda utilizar para transportar otros tipos de drogas. Las drogas transportadas por este tipo de material podrían ser masticables o más fáciles de tragar, dicen los investigadores.

"Es realmente atractivo para las poblaciones de pacientes, especialmente los niños, que tienen dificultad para tragar cápsulas y comprimidos, "dice Giovanni Traverso, un investigador afiliado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y un gastroenterólogo e ingeniero biomédico en el Brigham and Women's Hospital, quien también es un autor principal del artículo.

Angela DiCiccio, ex postdoctoral del MIT, que ahora está en Verily Life Sciences, la división de ciencias biológicas de Google X, es el autor principal del artículo.

Aumento de cafeína

La fabricación de geles poliméricos generalmente requiere catalizadores metálicos, lo que podría ser peligroso si algo del catalizador permanece en el material después de que se forma el gel. El equipo del MIT quería idear una nueva forma de fabricar geles utilizando catalizadores y materiales de partida basados ​​en productos alimenticios y otros materiales que sean seguros para ingerir.

"Nuestro objetivo era tratar de simplificar el método de fabricación e impartir un perfil de seguridad mejorado desde el principio mediante el uso de catalizadores potencialmente más seguros, "Dice Traverso.

Aunque la cafeína no se ha utilizado antes para la síntesis química, llamó la atención de los investigadores porque es un derivado de plantas y puede actuar como una base débil, lo que significa que elimina suavemente los protones de otras moléculas. También tiene una estructura similar a algunas otras bases orgánicas débiles que se han utilizado para catalizar el tipo de reacción química necesaria para formar estos geles:la formación de enlaces éster para crear un poliéster.

"Los poliésteres permiten el diseño intencional de materiales ingeribles elaborados a partir de recursos bioderivados, DiCiccio dice. Sin embargo, no existía ningún catalizador que fuera lo suficientemente suave como para encadenar estas moléculas sin causar reacciones no deseadas o requerir calor súper alto. Nuestra nueva plataforma proporciona una solución elegante a este problema utilizando materiales económicos y productos químicos ampliamente accesibles ".

Los investigadores decidieron usar cafeína para inducir el ácido cítrico, otro material comestible producido por plantas, para formar una red de polímero junto con polietilenglicol (PEG), un polímero biocompatible que se ha utilizado en medicamentos y productos de consumo como la pasta de dientes durante muchas décadas.

Cuando se mezcla con ácido cítrico y PEG, y ligeramente calentado, la cafeína abre un anillo que contiene oxígeno en el PEG, lo que le permite reaccionar con el ácido cítrico para formar cadenas que consisten en moléculas alternas de PEG y ácido cítrico. Si hay moléculas de fármaco presentes en la mezcla, también se incorporan a las cadenas.

Mezclar y combinar

Los investigadores demostraron que podían cargar dos medicamentos contra la malaria, artesunato y piperaquina, en estos polímeros. También podrían variar las propiedades químicas y mecánicas del gel alterando su composición. Crearon geles que contienen PEG u otro polímero llamado polipropilenglicol, así como algunos que combinan esos dos polímeros en diferentes proporciones. Esto les permite controlar propiedades como la resistencia del material, su estructura superficial, y la velocidad a la que se liberan las drogas.

"Según cuál sea la aplicación, o qué fármacos se están incorporando, puede mezclar y combinar para encontrar una mezcla óptima, "Dice Traverso.

Los geles también se pueden imprimir con patrones como la arquitectura a microescala que se encuentra en la superficie de las hojas de loto, lo que les permite repeler el agua. La alteración de las características de la superficie del material podría ayudar a los investigadores a controlar la rapidez o la lentitud con que los geles se mueven a través del tracto digestivo.

Los geles resultantes contienen una pequeña cantidad de cafeína, aproximadamente el mismo que se encuentra en una taza de té. En las pruebas preliminares de seguridad, los investigadores no encontraron efectos dañinos en cuatro tipos de células humanas, o en ratas.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.