Los biomedicamentos son producidos por células vivas y se utilizan para tratar el cáncer y las enfermedades autoinmunes, entre otras cosas. Un desafío es que los medicamentos son muy caros de producir, algo que limita el acceso global. Ahora, investigadores de Chalmers han inventado un material que utiliza señales eléctricas para capturar y liberar biomoléculas. El método nuevo y eficiente puede tener un gran impacto en el desarrollo de biomedicinas y allanar el camino para el desarrollo de píldoras electrónicas e implantes de fármacos.

El nuevo material es una superficie de polímero que en un pulso eléctrico cambia de estado de captura a liberación de biomoléculas. Esto tiene varias aplicaciones posibles, incluido el uso como herramienta para la separación eficiente de un medicamento de las otras biomoléculas que crean las células en la producción de medicamentos biológicos. Los resultados del estudio se publicaron recientemente en la revista científica Angewandte Chemie .

Los biomedicamentos son muy costosos de producir debido a la falta de una técnica de separación eficiente, y se requieren nuevas técnicas con un mayor rendimiento de fármacos para reducir los costos de producción y, en última instancia, el costo del tratamiento de los pacientes.

"Nuestras superficies poliméricas ofrecen una nueva forma de separar proteínas mediante el uso de señales eléctricas para controlar cómo se unen y liberan de una superficie, sin afectar la estructura de la proteína", dice Gustav Ferrand-Drake del Castillo, quien defendió públicamente su tesis doctoral en química en Chalmers y es el autor principal del estudio.

La técnica de separación convencional, la cromatografía, une las biomoléculas estrechamente a la superficie y se requieren productos químicos fuertes para que se liberen, lo que genera pérdidas y un bajo rendimiento. Muchos medicamentos nuevos han demostrado ser muy sensibles a los productos químicos fuertes, lo que crea un problema de producción importante para la próxima generación de biomedicamentos. El menor consumo de productos químicos se traduce en un beneficio para el medio ambiente, mientras que el hecho de que las superficies del nuevo material también puedan reutilizarse a través de varios ciclos es una propiedad clave. El proceso se puede repetir cientos de veces sin afectar la superficie.

Funciones en fluidos biológicos

El material también funciona en fluidos biológicos con capacidad amortiguadora, es decir, fluidos con la capacidad de contrarrestar cambios en el valor del pH. Esta propiedad es notable ya que allana el camino para la creación de una nueva técnica para implantes y "píldoras" electrónicas que liberan el medicamento en el cuerpo mediante activación electrónica.

"Puede imaginarse a un médico, o un programa de computadora, midiendo la necesidad de una nueva dosis de medicamento en un paciente, y una señal controlada a distancia activando la liberación del fármaco desde el implante ubicado en el mismo tejido u órgano donde se necesita. , dice Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

La liberación local de fármacos activados está disponible hoy en forma de materiales que cambian su estado en caso de un cambio en el entorno químico circundante. Por ejemplo, las tabletas de material sensible al pH se producen cuando se desea controlar la liberación de un fármaco en el tracto gastrointestinal, que es un entorno con variaciones naturales en el valor del pH. Pero en la mayoría de los tejidos del cuerpo no hay cambios en el valor del pH ni en otros parámetros químicos.

"Creemos que ser capaz de controlar la liberación y la absorción de proteínas en el cuerpo con intervenciones quirúrgicas mínimas y sin inyecciones con agujas es una propiedad única y útil. El desarrollo de implantes electrónicos es solo una de varias aplicaciones concebibles que llevan muchos años el futuro. La investigación que nos ayude a vincular la electrónica con la biología a nivel molecular es una pieza importante del rompecabezas en esa dirección", dice Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

Otra ventaja del nuevo método es que no requiere grandes cantidades de energía. El bajo consumo de energía se debe al hecho de que la profundidad del polímero en la superficie del electrodo es muy delgada, en la escala nanométrica, lo que significa que la superficie reacciona inmediatamente a pequeñas señales electroquímicas.

"La electrónica en entornos biológicos a menudo está limitada por el tamaño de la batería y las partes mecánicas móviles. La activación a nivel molecular reduce tanto el requerimiento de energía como la necesidad de partes móviles", dice Gustav Ferrand-Drake del Castillo.

El gran avance comenzó como una tesis doctoral

La investigación detrás de la técnica se llevó a cabo durante el período en que Ferrand-Drake del Castillo era estudiante de doctorado en el equipo de investigación del profesor Andreas Dahlin de Chalmers en la División de Química de Superficies Aplicadas. El proyecto involucró superficies poliméricas que cambian de estado entre neutras y cargadas según el valor de pH de la solución circundante. Luego, los investigadores lograron crear un material que era lo suficientemente fuerte como para permanecer en la superficie cuando estaba sujeto a señales eléctricas repetidas, mientras que también era lo suficientemente delgado como para cambiar el valor de pH como resultado de la electroquímica en la superficie.

“Poco después descubrimos que podíamos usar las señales eléctricas para controlar la unión y liberación de proteínas y biomoléculas, y que el material del electrodo funciona en soluciones biológicas como suero y sangre centrifugada. Creemos y esperamos que nuestros descubrimientos puedan ser de gran utilidad. beneficio en el desarrollo de nuevos medicamentos", dice Andreas Dahlin. + Explora más

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