La caféine est bien connue pour sa capacité à aider les gens à rester vigilants, mais une équipe de chercheurs du MIT et du Brigham and Women's Hospital a maintenant trouvé une nouvelle utilisation pour ce stimulant chimique, catalysant la formation de matériaux polymères.

En utilisant la caféine comme catalyseur, les chercheurs ont mis au point un moyen de créer de la gomme, des gels biocompatibles qui pourraient être utilisés pour l'administration de médicaments et d'autres applications médicales.

"La plupart des approches synthétiques pour la synthèse et la réticulation de gels polymères et d'autres matériaux utilisent des catalyseurs ou des conditions qui peuvent endommager des substances sensibles telles que les médicaments biologiques. En revanche, ici, nous avons utilisé la chimie verte et des ingrédients alimentaires courants, " dit Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT et l'un des auteurs principaux de l'étude. "Nous pensons que ces nouveaux matériaux pourraient être utiles pour créer de nouveaux dispositifs médicaux et systèmes d'administration de médicaments."

Dans leur papier, qui paraît le journal Biomatériaux , les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient charger les gels avec deux médicaments antipaludiques, et ils s'attendent à ce que le matériel puisse également être utilisé pour transporter d'autres types de drogues. Les médicaments transportés par ce genre de matériel pourraient être à croquer ou plus faciles à avaler, disent les chercheurs.

« C'est vraiment attrayant pour les populations de patients, surtout les enfants, qui ont des difficultés à avaler des gélules et des comprimés, " dit Giovanni Traverso, un affilié de recherche au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT et un gastro-entérologue et ingénieur biomédical au Brigham and Women's Hospital, qui est également un auteur principal de l'article.

Ancienne postdoctorante du MIT Angela DiCiccio, qui est maintenant chez Verily Life Sciences, la division sciences de la vie de Google X, est l'auteur principal de l'article.

Montée de caféine

La fabrication de gels polymères nécessite généralement des catalyseurs métalliques, ce qui pourrait être dangereux si l'un des catalyseurs reste dans le matériau après la formation du gel. L'équipe du MIT souhaitait trouver une nouvelle façon de fabriquer des gels à l'aide de catalyseurs et de matières premières à base de produits alimentaires et d'autres matériaux pouvant être ingérés en toute sécurité.

"Notre objectif était d'essayer de simplifier la méthode de fabrication et de donner un profil de sécurité amélioré dès le début en utilisant des catalyseurs potentiellement plus sûrs, " dit Traverso.

Bien que la caféine n'ait jamais été utilisée pour la synthèse chimique auparavant, il a attiré l'attention des chercheurs car il est d'origine végétale et peut agir comme une base faible, ce qui signifie qu'il élimine en douceur les protons des autres molécules. Il a également une structure similaire à certaines autres bases organiques faibles qui ont été utilisées pour catalyser le type de réaction chimique nécessaire pour former ces gels - la formation de liaisons ester pour créer un polyester.

"Les polyesters permettent la conception intentionnelle de matériaux ingérables fabriqués à partir de ressources biodérivées, " dit DiCiccio. " Cependant, il n'existait pas de catalyseurs suffisamment doux pour enchaîner ces molécules sans provoquer de réactions indésirables ou nécessiter une chaleur très élevée. Notre nouvelle plate-forme fournit une solution élégante à ce problème en utilisant des matériaux peu coûteux et des produits chimiques largement accessibles. »

Les chercheurs ont décidé d'utiliser la caféine pour induire l'acide citrique, une autre matière comestible produite par les plantes, former un réseau polymère avec le polyéthylène glycol (PEG), un polymère biocompatible qui a été utilisé dans les médicaments et les produits de consommation tels que le dentifrice pendant de nombreuses décennies.

Lorsqu'il est mélangé avec de l'acide citrique et du PEG, et légèrement chauffé, la caféine ouvre un anneau contenant de l'oxygène dans le PEG, lui permettant de réagir avec l'acide citrique pour former des chaînes constituées d'une alternance de molécules de PEG et d'acide citrique. Si des molécules médicamenteuses sont présentes dans le mélange, ils s'incorporent aussi aux chaînes.

Mélanger et assortir

Les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient charger deux médicaments contre le paludisme, artésunate et pipéraquine, dans ces polymères. Ils pourraient également faire varier les propriétés chimiques et mécaniques du gel en modifiant sa composition. Ils ont créé des gels contenant du PEG ou un autre polymère appelé polypropylène glycol, ainsi que certains qui combinent ces deux polymères dans des rapports différents. Cela leur permet de contrôler les propriétés telles que la résistance du matériau, sa structure de surface, et la vitesse à laquelle les médicaments sont libérés.

"Selon l'application, ou quels médicaments sont incorporés, vous pouvez mélanger et assortir pour trouver un mélange optimal, " dit Traverso.

Les gels peuvent également être imprimés de motifs tels que l'architecture microscopique trouvée à la surface des feuilles de lotus, ce qui leur permet de repousser l'eau. La modification des caractéristiques de surface du matériau pourrait aider les chercheurs à contrôler la rapidité ou la lenteur avec laquelle les gels se déplacent dans le tube digestif.

Les gels résultants contiennent une petite quantité de caféine, à peu près le même que celui trouvé dans une tasse de thé. Dans les tests de sécurité préliminaires, les chercheurs n'ont trouvé aucun effet nocif dans quatre types de cellules humaines, ou chez le rat.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.