Un nouveau moyen simple de faire un gel injectable capable de libérer plusieurs médicaments à des vitesses spécifiques améliore l'évolutivité et l'accès à la technique, selon une étude de l'Université du Michigan.
Fabriqué en polymères naturels ou synthétiques avec une teneur élevée en eau, des microparticules d'hydrogel – appelés microgels – mesurent environ 1 à 100 micromètres de large et encapsulent encore plus petites particules de médicament.
En réglant les propriétés des microgels telles que la taille des particules, le comportement de gonflement ou la mesure dans laquelle les molécules de gel sont réticulées, les chercheurs peuvent contrôler avec précision la libération de médicaments encapsulés – connus sous le nom d'administration programmable.
« Une suspension de microgel se comporte en partie comme un solide avec la livraison contrôlée et en partie comme un liquide avec sa flexibilité, ce qui en fait une forme idéale pour les injections », a déclaré Albert Liu, professeur adjoint de génie chimique, de sciences macromoléculaires et d'ingénierie et de science des matériaux et d'ingénierie à UM et auteur correspondant de l'étude publiée dans Chem & Bio Engineering.
Une seule injection contenant plusieurs versions de médicaments chronométrées aide à minimiser l'invasivité pendant les traitements médicaux complexes. Dans certains traitements contre le cancer, une injection de microgel pourrait fournir un médicament à action rapide pour détruire les cellules cancéreuses, un médicament à libération prolongée pour inhiber le développement des vaisseaux sanguins autour d'une tumeur et un médicament à libération retardée pour lutter contre les effets secondaires ou les réponses tumorales.
Jusqu'à présent, des microgels ont été fabriqués en développant soigneusement des liaisons covalentes – deux atomes qui partagent des électrons – pour être précisément chronométré. Bien que finement contrôlé, l'approche complexe nécessite des produits chimiques et des équipements spécialisés, ce qui rend difficile les industries ou les laboratoires universitaires plus petits pour les fabriquer.
L'équipe de recherche a développé une stratégie alternative plus simple pour fabriquer des microgels injectables à l'aide de liaisons ioniques – des interactions entre des ions chargés qui sont plus faciles à briser que les liaisons covalentes.
« Nous pouvons dire en toute confiance que c'est l'un des moyens les plus simples de synthétiser les microgels avec une reproductibilité élevée. Tout ce dont vous avez besoin est un tube de taille adéquate, une aiguille et un accès à une centrifugeuse », a déclaré Sungwan Park, un doctorant en génie chimique chez UM et co-auteur de l'étude.
Le processus combine d'abord l'alginate – un glucides naturellement dans les algues brunes comme le varech – avec du calcium pour former un microgel. Après synthèse, le traitement du microgel dans les bains de différents ions comme le magnésium ou le sodium remplace la liaison serrée entre le calcium et l'alginate par une liaison plus facile à briser.
Les facteurs d'ajustement comme la durée de l'incubation du bain d'ions et la concentration du bain d'ions se comportent précisément dans le rapport du calcium / des ions de magnésium ou de sodium dans les microgels résultants. Cela dicte la taille du maillage du gel polymère, qui contrôle le taux de libération du médicament. En mélangeant et en correspondant à différents microgels échangés ioniques post-synthétisés en capsules de gel plus grandes, plusieurs profils de libération pré-programmés peuvent être accomplis en même temps.
Des techniques de microscopie puissantes ont aidé à caractériser les propriétés physiques des microgels qui ont un impact sur les temps de libération de médicament comme la rugosité de surface, la régularité de la distribution des ions ou du comportement de gonflement.
« L'espace des paramètres est immense et je suis sûr que nous pouvons continuer à optimiser davantage la méthode. Par exemple, différents facteurs qui n'ont pas été testés, comme la concentration d'alginate ou la vitesse à laquelle nous faisons tourner le tube, pourrait également être utilisé pour ajuster finement les propriétés des microgels », a déclaré JihPeng Sun, un étudiant en doctorat en génie chimique à UM et auteur de la tête de l'étude.
L'équipe de recherche démontre les profils de libération de médicaments en encapsulant des médicaments d'essai aux couleurs vives dans le microgel pour un suivi facile. Explorant les microgels avec un seul médicament et un mélange de médicaments, l'étude montre à quel point les traitements d'échange d'ions variables et les cargaisons de médicament atteignent des modèles de libération programmables.
« Nous espérons que la simplicité de cette méthode peut aider toute personne intéressée à la livraison contrôlée de médicaments et à exécuter cette méthode sans avoir besoin d'acheter un équipement coûteux ou de passer du temps à dépanner », a déclaré Liu.
Fiona Nikolla – un lycéen de la Gene L. Klida Academy for International Studies de Sterling Heights, Michigan – a également contribué à cette étude.
