Dans une nouvelle étude, publié en ligne dans la revue American Chemical Society (ACS) Matériaux polymères appliqués , des scientifiques de la Texas A&M University ont rapporté avoir conçu une membrane d'hydrogel qui peut être utilisée pour abriter des matériaux de détection optique du glucose, vers la construction d'un biocapteur pour surveiller les niveaux de sucre chez les diabétiques.

En incorporant des balançoires, des chaînes moléculaires de type peigne au sein d'un type d'hydrogel appelé poly(N-isopropylacrylamide) ou poly NIPAAm en abrégé, ils ont montré que la membrane pouvait empêcher les fuites de molécules de petite taille, comme ceux pour la détection du glucose, tout en permettant au glucose de se diffuser librement à l'intérieur et à l'extérieur.

Une fois prêt pour une utilisation clinique, les chercheurs ont déclaré que ces membranes pourraient être utilisées pour former des biocapteurs qui pourraient être facilement implantés sous la peau du poignet et pourraient offrir une alternative plus confortable aux implants transdermiques, qui siègent partiellement à l'extérieur de la peau. De plus, contrairement aux implants transdermiques qui doivent être changés toutes les quelques semaines, ce type d'implant sous-cutané peut n'avoir besoin d'être remplacé que tous les quelques mois.

« Nous avons beaucoup travaillé sur les matériaux hydrogels en examinant les propriétés mécaniques et les réactions aux corps étrangers, mais notre grand objectif a toujours été d'utiliser des membranes poly NIPAAm pour construire un biocapteur de glucose sous-cutané, " a déclaré le Dr Melissa Grunlan, professeur et titulaire de la chaire Charles H. et Bettye Barclay au Département de génie biomédical. "Dans cette étude, nous avons pu affiner les propriétés de diffusion de ces hydrogels que nous avons précédemment identifiés comme un candidat prometteur pour la construction de biocapteurs de glucose fonctionnant à long terme. »

Les poly NIPAAms sont une classe d'hydrogels organiques qui ont une texture douce, comme les lentilles de contact. L'une de leurs propriétés intéressantes est qu'ils peuvent subir un gonflement et un dégonflement cyclique avec de petites fluctuations de température dans le corps. Étant donné que leur surface change dynamiquement avec la température, ils empêchent l'attachement des cellules et des biomolécules. Cet actif, Le mécanisme autonettoyant rend les hydrogels poly NIPAAm attrayants pour les implants car ils minimisent l'attaque du système immunitaire.

Pour utiliser la membrane poly NIPAAm pour surveiller la glycémie, il doit contenir suffisamment de molécules ou d'analyses de détection du glucose. Par ailleurs, la longévité de l'hydrogel dépend également de la capacité de la membrane à retenir ces molécules d'essai sans qu'elles ne s'échappent.

"Pensez à l'hydrogel NIPAAm comme à un pull tricoté où les espaces entre les mailles sont formés par les points de croisement. En ce moment, ces espaces ou fenêtres dans les hydrogels sont trop grands, laisser passer les molécules du dosage, " dit Grunlan. " Si les dosages continuent de cette façon, nous n'allons pas avoir un capteur qui fonctionne longtemps."

Par conséquent, Grunlan et son équipe ont concentré leurs efforts sur le réglage fin des propriétés des poly NIPAAms pour limiter la fuite des molécules de détection du glucose tout en permettant au glucose de diffuser librement à travers l'hydrogel.

Pour réduire la taille des écarts, les chercheurs ont inséré des molécules pendantes de différentes charges, longueurs et concentrations à l'hydrogel poly NIPAAm. Une fois incorporé dans l'hydrogel, ces molécules créent des barrières en forme de peigne, dont les dents sont conçues pour bloquer la diffusion de petites molécules de la taille d'un essai. Pour tester si cette architecture en forme de peigne peut limiter la diffusion des capteurs de glucose, ils ont également mis dans l'hydrogel, molécules marquées par fluorescence appelées dextrans, qui a servi de proxy pour les molécules de détection de glucose. Prochain, ils ont placé l'hydrogel dans l'eau et mesuré la quantité de fluorescence dans l'eau due à la fuite de dextranes de l'hydrogel.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils utilisaient une molécule chargée négativement appelée acide poly(2-acrylamido-2-méthyl-1-propanesulfonique) ou PAMP, les peignes empêchaient la diffusion des dextranes. Par ailleurs, ils ont également observé que les molécules de glucose n'étaient pas entravées dans leur flux entrant et sortant de l'hydrogel.

Grunlan a noté que maintenant qu'ils ont la preuve de concept que leurs hydrogels peuvent freiner les fuites de petits dextrans, la prochaine étape de leur recherche serait de construire un biocapteur avec des molécules de détection de glucose contenues dans la membrane.

"Même si notre présente étude n'impliquait pas de molécules de détection réelles, il vous montre de manière très concluante et précise ce que les architectures en peigne peuvent faire pour que les hydrogels limitent la diffusion, " a déclaré Grunlan. " Il s'agissait d'une étude systématique pour montrer l'efficacité de notre approche et la possibilité d'étendre nos résultats à d'autres domaines de recherche autres que la détection du glucose pour lesquels des hydrogels à diffusion limitée doivent être conçus. "