Una membrana hecha de hilos de un polímero comúnmente utilizado en suturas vasculares puede cargarse con fármacos terapéuticos e implantarse en el cuerpo. donde las fuerzas mecánicas activan el potencial eléctrico del polímero y liberan lentamente los fármacos.

El novedoso sistema, desarrollado por un grupo dirigido por bioingenieros en UC Riverside y publicado en Materiales biológicos aplicados ACS , supera las mayores limitaciones de la administración de fármacos convencionales y algunos métodos de liberación controlada, y podría mejorar el tratamiento del cáncer y otras enfermedades crónicas.

Los inconvenientes de la administración de fármacos convencionales incluyen la administración repetida, biodistribución inespecífica en los sistemas del cuerpo, la insostenibilidad a largo plazo de las moléculas de fármacos, y alta citotoxicidad, planteando un desafío para el tratamiento eficaz de enfermedades crónicas que requieren diferentes dosis de fármacos a lo largo del tiempo para una eficacia terapéutica óptima. La mayoría de los métodos de liberación controlada encapsulan las partículas del fármaco en biodegradables, Recipientes con forma de burbujas que se disuelven con el tiempo para liberar el fármaco. lo que dificulta la entrega de medicamentos en un horario. Otros involucran un dispositivo que funciona con baterías que no es biocompatible.

Jin Nam, profesor asociado de bioingeniería en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de UC Riverside, dirige un laboratorio que trabaja con polímeros biocompatibles para construir estructuras conocidas como andamios que ayudan a las células madre a reparar tejidos y órganos. Uno de estos polímeros, poli (fluoruro de vinilideno-trifluoroetileno), o P (VDF-TrFE), puede producir una carga eléctrica bajo tensión mecánica. Nam se dio cuenta de esta propiedad, conocido como piezoelectricidad, hizo del polímero un candidato potencialmente viable para un sistema de liberación de fármacos.

Su equipo utilizó una técnica llamada electrohilado para producir nanofibras de P (VDF-TrFE) en capas en una fina estera. La estructuración del material en nanoescala mediante electrohilado optimizó la sensibilidad de las nanofibras resultantes para que el sistema de administración de fármacos respondiera a magnitudes de fuerza fisiológicamente seguras sin dejar de ser insensible a las actividades diarias. La gran superficie de las nanofibras les permitió adsorber una cantidad relativamente grande de moléculas de fármaco.

Después de incrustar la película en un hidrogel que imita el tejido vivo, una serie de pruebas que utilizaron ondas de choque terapéuticas generaron suficiente carga eléctrica para liberar una molécula de fármaco modelo unida electrostáticamente al gel circundante. Los investigadores pudieron ajustar la cantidad de liberación de fármaco variando la presión aplicada y la duración.

"Este sistema de suministro de fármacos basado en nanofibras piezoeléctricas permite el suministro localizado de moléculas de fármacos a demanda, que sería útil para enfermedades o afecciones que requieren a largo plazo, administración repetida de medicamentos, como los tratamientos contra el cáncer, "Nam dijo." La gran relación superficie-volumen de la estructura nanofibrosa permite una mayor carga de fármaco, lo que lleva a una sola inyección o implantación que dura más que la administración convencional de medicamentos ".

En comparación con los sistemas tradicionales de administración de fármacos basados ​​en la degradación o liberación por difusión que típicamente muestran una liberación de ráfaga inicial seguida de diferentes velocidades de liberación, el perfil lineal de liberación de fármaco del sistema piezoeléctrico permite la administración precisa de moléculas de fármaco independientemente de la duración de la implantación. Las pruebas repetidas de liberación de fármaco a pedido mostraron una cantidad similar de liberación de fármaco por activación, confirmando el control robusto de la tasa de liberación.

La sensibilidad de la cinética de liberación del fármaco se puede ajustar controlando el tamaño de la nanofibra a un rango que se activa mediante ondas de choque terapéuticas. se utiliza a menudo para el tratamiento del dolor musculoesquelético con un dispositivo de mano. Menor, Se pueden utilizar tamaños de nanofibras más sensibles para la implantación en tejidos profundos, como cerca de un hueso debajo de los músculos, mientras que las nanofibras más grandes menos sensibles podrían encontrar uso en aplicaciones subcutáneas para evitar la activación falsa por impacto accidental.