Lorsque vous visitez le laboratoire d'Andrew Steckl à l'Université de Cincinnati, vous voyez une boîte en verre indescriptible qui tisse différentes fibres.

Il voit des possibilités infinies.

Le laboratoire de Steckl propose de nouvelles applications pour un procédé de fabrication appelé électrofilage coaxial, qui combine deux ou plusieurs matériaux en une fibre fine pour une utilisation dans l'industrie, textiles ou même la médecine. La machine pompe deux polymères liquides ou plus dans une buse qui goutte comme un robinet qui fuit. Une fois la tension électrique appliquée, le goutte-à-goutte se transforme en un jet fin en toile d'araignée composé d'un noyau d'un matériau entouré d'une gaine d'un autre.

"Ça a l'air d'une simplicité trompeuse. Mais la chimie est la sauce secrète, " il a dit.

Steckl est un éminent chercheur de l'Ohio et professeur au College of Engineering and Applied Science de l'UC. Sa dernière étude, publié ce mois-ci en couverture du journal ChemPlusChem , a décrit les nombreuses applications d'un processus de fabrication qui combine les propriétés étonnantes d'un matériau avec les puissants avantages d'un autre.

L'électrofilage a été inventé en 1902 et a été appliqué pour la première fois aux textiles dans les années 1930. Mais ce n'est que maintenant que les chercheurs réalisent tout son potentiel. Le laboratoire de nanoélectronique de Steckl s'est penché sur de nouvelles combinaisons d'« ingrédients » pour tirer parti de leurs avantages uniques.

"La beauté est que vous pouvez avoir des combinaisons de polymères avec des propriétés que vous ne trouvez pas normalement dans la nature, " a déclaré Steckl.

Il a passé une grande partie de la dernière décennie à étudier le vaste potentiel de l'électrofilage.

"C'est la meilleure chose depuis le pain tranché - pas que j'aime le pain tranché, ", a déclaré le marathonien.

Par exemple, les chercheurs peuvent combiner un noyau rigide entouré de doux, matériau souple ou adhésif. Ou ils peuvent créer une coque résistante à l'eau entourant un composé qui se dissout rapidement dans l'eau.

"Ou vous pourriez mettre des molécules médicamenteuses à l'intérieur pour un traitement entouré de molécules analgésiques à l'extérieur, " il a dit.

Un inconvénient a été de produire suffisamment de matériau pour un usage commercial. Mais des dizaines d'entreprises aux États-Unis et dans le monde proposent des systèmes de production à grande échelle pour les fibres électrofilées. Steckl travaille avec des partenaires de recherche de l'UC et d'autres universités de recherche pour explorer les possibilités.

Lui et Giovanni Pauletti, ancien professeur de l'UC College of Pharmacy, veulent créer une contraception plus efficace en utilisant l'électrofilage coaxial. Pauletti enseigne maintenant au St. Louis College of Pharmacy.

La fibre électrofilée serait une application de type tampon utilisée pour piéger et tuer les spermatozoïdes. Une autre version pourrait libérer des médicaments anti-infectieux pour prévenir les maladies sexuellement transmissibles, dit Pauletti.

Steckl a déclaré qu'ils espèrent prouver que le dispositif est à la fois plus facile à utiliser et plus efficace que les autres contraceptifs de type éponge.

Steckl travaille également avec des chercheurs de l'Université Johns Hopkins pour remplacer la chimiothérapie traditionnelle par un traitement localisé des tumeurs cérébrales appelé glioblastome.

"La chimiothérapie est essentiellement un traitement du corps entier. Le traitement doit traverser la barrière hémato-encéphalique, ce qui signifie que la dose pour le corps entier que vous obtenez doit être beaucoup plus élevée, " Steckl a déclaré. "Cela peut être dangereux et avoir des effets secondaires toxiques."

Steckl et ses partenaires de recherche, le Dr Henry Brem et Betty Tyler de l'Université Johns Hopkins, mettent au point un traitement dans lequel la lésion du glioblastome est enlevée et une capsule coaxiale électrofilée est appliquée pour administrer le médicament localement pendant des jours ou des semaines. Brem et Tyler ont précédemment développé une plaquette de traitement appelée Gliadel en 2003 pour le glioblastome.

Tyler, qui gère le Hunterian Neurosurgical Laboratory à Johns Hopkins, ladite implantation de la plaquette Gliadel chargée de chimiothérapie sur le site de la lésion enlevée applique le médicament là où il est le plus nécessaire à une concentration qui serait difficile à atteindre autrement sans exposer un patient à une dose toxique.

Jusque là, Steckl a dit, des essais sur animaux ont montré que les fibres électrofilées donnent des résultats encore meilleurs car les chirurgiens peuvent appliquer différentes combinaisons de traitements qui délivrent des médicaments pendant la durée souhaitée.

"La formulation électrofilée unique du Dr Steckl nous a séduits pour de multiples raisons, " a déclaré Tyler. " Il a la capacité de libérer lentement sa charge utile, il est biocompatible et plusieurs médicaments peuvent en être chargés et libérés."

Tyler a déclaré qu'ils prévoyaient d'appliquer l'électrofilage à d'autres médicaments approuvés par la FDA dans des combinaisons uniques pour le traitement des tumeurs cérébrales.

« Notre espoir est de fournir ces agents en utilisant la technologie du Dr Steckl pour, à terme, augmenter les options thérapeutiques pour les patients atteints de tumeurs cérébrales, " dit Tyler.

Steckl a déclaré que la grande surface et les propriétés personnalisées des fibres en font un système d'administration de médicaments idéal. Par exemple, les patients qui doivent prendre des médicaments plusieurs fois par jour pour des maladies telles que la maladie de Parkinson pourraient être en mesure de prendre une seule dose à action prolongée à base de médicaments électrofilés.

"Le problème est que vous vous souvenez peut-être de votre dose du matin, mais vous pourriez oublier votre dose de l'après-midi, " dit-il. " Dois-je en prendre un autre ? En ai-je pris trois aujourd'hui ? Une seule dose plus longue est beaucoup plus simple."

Steckl a déclaré que les chercheurs créent des médicaments électrofilés avec des fibres qui ne se dissolvent qu'à une acidité particulière dans le système digestif. Cela pourrait retarder ou prolonger la libération des ingrédients actifs.

"C'est une idée assez intelligente, " il a dit.

Daewoo Han, associé de recherche principal à l'UC, auteur principal de la ChemPlusChem étudier, ledit électrofilage a été utilisé pour créer des nanofibres polyvalentes. Outre la médecine, les dernières applications incluent des batteries avancées.

« Les opportunités de collaborations dans différentes disciplines sont illimitées, menant à d'excellents projets de recherche multidisciplinaires, " a déclaré Han. "Je suis très enthousiaste à l'idée de collaborer avec des experts dans d'autres domaines et instituts."

Han a déclaré qu'il aimait travailler au laboratoire de nanoélectronique de Steckl.

« Il est toujours prêt à interagir avec ses élèves et à les soutenir de manière agressive, ", a déclaré Han. "Il ne se consacre pas seulement à la recherche actuelle, mais aime également poursuivre de nouveaux sujets de recherche."

Bien que le groupe de recherche d'UC ne soit pas le premier à étudier les fibres électrofilées, il produit de grands résultats, dit Steckl.

« Nous avons considérablement élargi le domaine. Nous sommes l'un des meilleurs groupes de recherche au monde à travailler sur l'électrofilage coaxial. Cela a été très amusant, " il a dit.

Comment un ingénieur électricien sans formation médicale parvient-il à trouver de nouvelles solutions dans certaines des disciplines les plus complexes de la médecine telles que la neurochirurgie ? Steckl a déclaré qu'il avait un esprit de collaboration et une intrépidité pour poursuivre des questions loin de l'ingénierie.

"Nous emmenons notre curiosité là où elle nous mène, " il a dit.