Cuando visite el laboratorio de Andrew Steckl en la Universidad de Cincinnati, ves una caja de vidrio anodina que entrelaza diferentes fibras.

Ve posibilidades infinitas.

El laboratorio de Steckl presenta nuevas aplicaciones para un proceso de fabricación llamado electrohilado coaxial, que combina dos o más materiales en una fibra fina para su uso en la industria, textiles o incluso medicinas. La máquina bombea dos o más polímeros líquidos a una boquilla que gotea como un grifo con fugas. Una vez que se aplica voltaje eléctrico, el goteo se convierte en un fino chorro de telaraña compuesto por un núcleo de un material rodeado por una vaina de otro.

"Parece engañosamente simple. Pero la química es la salsa secreta, " él dijo.

Steckl es un académico eminente de Ohio y profesor en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC. Su último estudio, publicado este mes en la portada de la revista ChemPlusChem , resumió las muchas aplicaciones de un proceso de fabricación que combina las asombrosas propiedades de un material con los poderosos beneficios de otro.

El electrohilado se inventó en 1902 y se aplicó por primera vez a los textiles en la década de 1930. Pero solo ahora los investigadores se están dando cuenta de todo su potencial. El laboratorio de nanoelectrónica de Steckl se ha preocupado por nuevas combinaciones de "ingredientes" para aprovechar sus beneficios únicos.

"Lo bueno es que puedes tener combinaciones de polímeros con propiedades que normalmente no encuentras en la naturaleza, "Dijo Steckl.

Ha pasado gran parte de la última década investigando el vasto potencial del electrohilado.

"Esto es lo mejor desde el pan de molde, no es que me guste el pan de molde, "dijo el corredor de maratón.

Por ejemplo, los investigadores pueden combinar un núcleo rígido rodeado de blando, material flexible o adhesivo. O pueden crear una capa resistente al agua que rodea un compuesto que se disuelve rápidamente en agua.

"O podría poner moléculas de medicamentos en el interior para un tratamiento rodeadas de moléculas para aliviar el dolor en el exterior, " él dijo.

Un inconveniente ha sido producir suficiente material para uso comercial. Pero decenas de empresas en los Estados Unidos y en todo el mundo están creando sistemas de producción a gran escala para fibras electrohiladas. Steckl está trabajando con socios de investigación en la UC y otras universidades de investigación para explorar las posibilidades.

Él y el ex profesor de la Facultad de Farmacia de la UC, Giovanni Pauletti, quieren crear un método anticonceptivo más eficaz mediante el electrohilado coaxial. Pauletti ahora enseña en el St. Louis College of Pharmacy.

La fibra electrohilada sería una aplicación similar a un tampón que se usa para atrapar y matar los espermatozoides. Otra versión podría lanzar medicamentos antiinfecciosos para prevenir enfermedades de transmisión sexual, Dijo Pauletti.

Steckl dijo que esperan demostrar que el dispositivo es más fácil de usar y más efectivo que otros anticonceptivos de tipo esponja.

Steckl también está trabajando con investigadores de la Universidad Johns Hopkins para reemplazar la quimioterapia tradicional con un tratamiento localizado de tumores cerebrales llamado glioblastoma.

"La quimioterapia es esencialmente un tratamiento para todo el cuerpo. El tratamiento debe atravesar la barrera hematoencefálica, lo que significa que la dosis para todo el cuerpo que recibe debe ser mucho mayor, ", Dijo Steckl." Esto puede ser peligroso y tener efectos secundarios tóxicos ".

Steckl y los socios de investigación, el Dr. Henry Brem y Betty Tyler de la Universidad Johns Hopkins, son pioneros en un tratamiento en el que se elimina la lesión del glioblastoma y se aplica una cápsula coaxial electrohilada para administrar el medicamento localmente durante días o semanas. Brem y Tyler desarrollaron previamente una oblea de tratamiento llamada Gliadel en 2003 para el glioblastoma.

Tyler, quien dirige el Laboratorio de Neurocirugía Hunterian en Johns Hopkins, dijo que al implantar la oblea Gliadel cargada con quimioterapia en el sitio de la lesión extirpada se aplica el medicamento donde más se necesita a una concentración que sería difícil de lograr de otra manera sin exponer al paciente a una dosis tóxica.

Hasta aquí, Steckl dijo:Los ensayos con animales han demostrado que las fibras electrohiladas proporcionan incluso mejores resultados porque los cirujanos pueden aplicar diferentes combinaciones de tratamientos que administran el medicamento durante la duración deseada.

"La fórmula única de electrohilado del Dr. Steckl nos atraía por múltiples razones, "Tyler dijo." Tiene la capacidad de liberar lentamente su carga útil, es biocompatible y se pueden cargar y liberar múltiples fármacos ".

Tyler dijo que planean aplicar el electrohilado a otros medicamentos aprobados por la FDA en combinaciones únicas para el tratamiento de tumores cerebrales.

"Nuestra esperanza es administrar estos agentes utilizando la tecnología del Dr. Steckl para, en última instancia, aumentar las opciones terapéuticas para los pacientes con tumores cerebrales, "Dijo Tyler.

Steckl dijo que la gran superficie y las propiedades personalizadas de las fibras las convierten en un sistema ideal de administración de fármacos. Por ejemplo, los pacientes que tienen que tomar medicamentos varias veces al día para afecciones como la enfermedad de Parkinson pueden tomar una sola dosis de acción prolongada elaborada con medicamentos electrohilados.

"El problema es que puede recordar su dosis matutina, pero puede que olvides tu dosis de la tarde, "dijo." ¿Debería tomar otro? ¿Tomé tres hoy? Una sola dosis de mayor duración es mucho más simple ".

Steckl dijo que los investigadores están creando medicamentos electrohilados con fibras que solo se disuelven con una acidez particular en el sistema digestivo. Esto podría retrasar o extender la liberación de los ingredientes activos.

"Es una idea bastante inteligente, " él dijo.

Investigador asociado senior de UC Daewoo Han, autor principal del ChemPlusChem estudio, dicho electrohilado se ha utilizado para crear nanofibras versátiles. Además de la medicina, las últimas aplicaciones incluyen baterías avanzadas.

"Hay oportunidades ilimitadas de colaboraciones en diferentes disciplinas, conduciendo a excelentes proyectos de investigación multidisciplinarios, "Dijo Han." Estoy muy emocionado de colaborar con expertos en otros campos e institutos ".

Han dijo que le ha gustado trabajar en el laboratorio de nanoelectrónica de Steckl.

"Siempre está dispuesto a interactuar con sus estudiantes y a apoyarlos de manera agresiva, ", Dijo Han." No solo se dedica a la investigación actual, sino que también disfruta de la búsqueda de nuevos temas de investigación ".

Si bien el grupo de investigación de la UC no es el primero en estudiar las fibras electrohiladas, está produciendo grandes resultados, Dijo Steckl.

"Hemos ampliado enormemente el campo. Somos uno de los principales grupos de investigación del mundo que trabaja en electrohilado coaxial. Ha sido muy divertido, " él dijo.

¿Cómo puede un ingeniero eléctrico sin experiencia médica encontrar soluciones novedosas en algunas de las disciplinas más complejas de la medicina, como la neurocirugía? Steckl dijo que tiene un espíritu colaborativo y una valentía para abordar cuestiones muy alejadas de la ingeniería.

"Llevamos nuestra curiosidad a donde nos lleva, " él dijo.