En un trabajo que podría tener un gran impacto en varias industrias, desde la farmacéutica hasta la cosmética e incluso la alimentaria, los ingenieros del MIT han desarrollado una plataforma novedosa para la entrega controlada de ciertos medicamentos importantes, nutrientes, y otras sustancias a las células humanas.

Los investigadores creen que su enfoque simple, que crea pequeñas cápsulas que contienen miles de gotitas de tamaño nanométrico cargadas con un medicamento u otro ingrediente activo, Será fácil la transición del laboratorio a la industria.

Los ingredientes activos de muchos productos de consumo destinados a su uso en el cuerpo humano no se disuelven fácilmente en agua. Como resultado, son difíciles de absorber por el cuerpo, y es difícil controlar su entrega a las células.

Solo en la industria farmacéutica, "El 40 por ciento de los medicamentos que se comercializan actualmente y el 90 por ciento de los medicamentos en desarrollo son hidrófobos en los que [su] baja solubilidad en agua limita en gran medida su biodisponibilidad y eficiencia de absorción, "escribe el equipo del MIT en un artículo sobre el trabajo en la edición del 28 de agosto de la revista Ciencia avanzada .

Nanoemulsiones al rescate

Esos medicamentos y otros ingredientes activos hidrofóbicos lo hacen, sin embargo, disolver en aceite. De ahí el creciente interés por las nanoemulsiones, el equivalente a nanoescala de un aderezo para ensaladas de aceite y vinagre que consiste en minúsculas gotitas de aceite dispersas en agua. Disuelto en cada gota de aceite es el ingrediente activo de interés.

Entre otras ventajas, las gotitas cargadas de ingredientes pueden atravesar fácilmente las paredes celulares. Cada gota es tan pequeña que entre 1, 000 a 5, 000 podrían caber en el ancho de un cabello humano. (Sus homólogos de macroescala son demasiado grandes para pasar). Una vez que las gotas están dentro de la celda, su carga útil puede ejercer un efecto. Las gotas también son excepcionalmente estables, resultando en una larga vida útil, y pueden llevar una gran cantidad de ingrediente activo para su tamaño.

Pero hay un problema:¿cómo se encapsula una nanoemulsión en una forma de dosificación como una pastilla? Las tecnologías para hacerlo aún son incipientes.

En uno de los enfoques más prometedores, la nanoemulsión se encapsula en una red tridimensional de un gel de polímero para formar pequeñas perlas. En la actualidad, sin embargo, cuando se ingieren, esas perlas liberan su carga útil, las gotas de aceite cargadas de ingredientes, todas a la vez. No hay control sobre el proceso.

El equipo del MIT resolvió esto agregando un shell, o cápsula, alrededor de grandes gotas individuales de nanoemulsión, cada uno contiene miles de gotitas de nano aceite. Ese caparazón no solo protege las nano gotitas en el interior de las condiciones fisiológicas dañinas en el cuerpo, pero también podría usarse para enmascarar el sabor a menudo desagradable de los ingredientes activos que contienen.

El resultado es una "píldora" de unos 5 milímetros de diámetro con un caparazón biodegradable que a su vez se puede "ajustar" para liberar su contenido en momentos específicos. Esto se hace cambiando el grosor del caparazón. Hasta la fecha, han probado con éxito el sistema tanto con ibuprofeno como con vitamina E.

"Nuestra nueva plataforma de distribución se puede aplicar a una amplia gama de nanoemulsiones, que a su vez contienen ingredientes activos que van desde medicamentos hasta nutracéuticos y protectores solares. Tener este nuevo control sobre cómo los entrega abre muchas nuevas vías en términos de aplicaciones futuras, "dice Patrick Doyle, el profesor Robert T. Haslam de Ingeniería Química y autor principal del artículo.

Sus colegas en el trabajo son Liang-Hsun Chen, estudiante de posgrado en ingeniería química y primer autor del artículo, y Li-Chiun Cheng SM '18, Doctor. '20, quien recibió su Ph.D. en ingeniería química a principios de este año y ahora está en LiquiGlide.

Muchas ventajas

La plataforma MIT tiene una serie de ventajas además de su simplicidad y escalabilidad para la industria. Por ejemplo, la cáscara en sí "se deriva de las paredes celulares de las algas pardas, por lo que es muy natural y biocompatible con el cuerpo humano, "dice Chen.

Más lejos, el proceso para fabricar la nanoemulsión que contiene su carga útil es económico porque la simple agitación implicada requiere poca energía. El proceso también es "muy suave, que protege la molécula [activa] de interés, Cómo una droga, "dice Doyle." Las técnicas más duras pueden dañarlos ".

El equipo también demostró la capacidad de convertir la nanoemulsión líquida dentro de cada capa en un núcleo sólido. lo que podría permitir una variedad de otras aplicaciones. Lo hicieron agregando un material que cuando se activa por la luz ultravioleta reticula las gotas de nano aceite.

Para Chen, la parte más emocionante del trabajo fue preparar las cápsulas y luego "verlas explotar para liberar su contenido en los tiempos objetivo para los que las diseñé".

Doyle señala que desde un punto de vista pedagógico, el trabajo "combinó todos los elementos centrales de la ingeniería química, desde la dinámica de fluidos hasta la ingeniería de reacción y la transferencia de masa. Y para mí es genial tenerlos todos en un solo proyecto ".

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.