Material blando conmutable podría mejorar administración de fármacos bajo demanda

Controlar cuándo y cómo se liberan los agentes terapéuticos sigue siendo un desafío en la administración de fármacos y la biosensórica. Los materiales que respondan de forma predecible a estímulos externos podrían mejorar la precisión y reducir los procedimientos invasivos y la variabilidad de la dosis.

Ahora, los investigadores han desarrollado un material blando conmutable que alterna entre estados de gel y de aspecto líquido bajo señales seleccionadas por el usuario. El enfoque permite el ensamblaje y desensamblaje a demanda, y ofrece una base para futuras aplicaciones de administración dirigida, detección y catálisis.

Científicos de la Universidad de Birmingham informan del primer gel multirrespuesta construido a partir de foldámeros—moléculas sintéticas que se pliegan en formas definidas y pueden ensamblarse, desensamblarse y reensamblarse a demanda. Los hallazgos se publicaron en el Journal of the American Chemical Society. El equipo diseñó el sistema para permitir transiciones controladas externamente sin perder la capacidad de reconstruir la red del gel.

En este material, los foldámeros helicoidales están unidos por iones de paladio que actúan como conectores moleculares de cuatro vías, creando una red extendida que atrapa el líquido y confiere un comportamiento similar al de un gel. La luz ultravioleta cambia la forma de las unidades fotosensibles dentro de los foldámeros, y ese evento molecular se propaga a través de la red hasta que el gel fluye como un líquido. El calentamiento restaura el gel, mientras que el ácido interrumpe las conexiones foldámero–paladio mediante un mecanismo independiente, proporcionando múltiples entradas de control ortogonales.

Los investigadores también convirtieron el gel basado en disolvente orgánico en un hidrogel que contiene agua sin alterar la arquitectura molecular subyacente. Los hidrogeles se utilizan ampliamente en biotecnología y medicina porque retienen grandes cantidades de agua sin perder su integridad estructural. El equipo destaca posibles aplicaciones que incluyen la administración dirigida de fármacos, la liberación controlada de moléculas terapéuticas, materiales biomédicos, sistemas inteligentes de detección, catálisis y fabricación química.

Para dilucidar cómo se construye y se remodela la red, el grupo utilizó espectroscopía de resonancia magnética nuclear de estado sólido potenciada por polarización nuclear dinámica (DNP NMR) para obtener una visión a nivel atómico. La mejora de la sensibilidad fue sustancial, reduciendo un experimento que se estimaba requerir alrededor de siete años con RMN convencional a solo 12 horas. Para respaldar estas mediciones, se recurrió a la infraestructura especializada de RMN DNP a baja temperatura de la Universidad de Gotemburgo.

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Escuela de Química de la Universidad de Birmingham