Une membrane fabriquée à partir de fils d'un polymère couramment utilisé dans les sutures vasculaires peut être chargée de médicaments thérapeutiques et implantée dans le corps, où les forces mécaniques activent le potentiel électrique du polymère et libèrent lentement les médicaments.

Le nouveau système, développé par un groupe dirigé par des bioingénieurs de l'UC Riverside et publié dans ACS Bio Matériaux Appliqués , surmonte les plus grandes limitations de l'administration conventionnelle de médicaments et de certaines méthodes de libération contrôlée, et pourrait améliorer le traitement du cancer et d'autres maladies chroniques.

Les inconvénients de l'administration conventionnelle de médicaments comprennent l'administration répétée, biodistribution non spécifique dans les systèmes de l'organisme, la non-durabilité à long terme des molécules médicamenteuses, et une cytotoxicité élevée, posant un défi pour le traitement efficace des maladies chroniques qui nécessitent des doses de médicaments variables au fil du temps pour une efficacité thérapeutique optimale. La plupart des méthodes de libération contrôlée encapsulent les particules de médicament dans des matériaux biodégradables, des récipients en forme de bulles qui se dissolvent avec le temps pour libérer le médicament, ce qui rend difficile la livraison des médicaments selon un calendrier. D'autres impliquent un appareil alimenté par batterie qui n'est pas biocompatible.

Jin Nam, professeur agrégé de bio-ingénierie au Marlan et Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, dirige un laboratoire qui travaille avec des polymères biocompatibles pour construire des cadres appelés échafaudages qui aident les cellules souches à réparer les tissus et les organes. L'un de ces polymères, poly(fluorure de vinylidène-trifluro-éthylène), ou P(VDF-TrFE), peut produire une charge électrique sous contrainte mécanique. Nam a réalisé cette propriété, connue sous le nom de piézoélectricité, fait du polymère un candidat potentiellement viable pour un système de libération de médicament.

Son équipe a utilisé une technique appelée électrofilage pour produire des nanofibres P(VDF-TrFE) en couches dans un mince tapis. La structuration du matériau à l'échelle nanométrique par électrofilage a optimisé la sensibilité des nanofibres résultantes afin que le système d'administration du médicament réponde à des amplitudes de force physiologiquement sûres tout en restant insensible aux activités quotidiennes. La grande surface spécifique des nanofibres leur a permis d'adsorber une quantité relativement importante de molécules médicamenteuses.

Après avoir noyé le film dans un hydrogel qui imite les tissus vivants, une série de tests utilisant des ondes de choc thérapeutiques a généré une charge électrique suffisante pour libérer une molécule de médicament modèle attachée électrostatiquement dans le gel environnant. Les chercheurs ont pu régler la quantité de libération du médicament en faisant varier la pression et la durée appliquées.

"Ce système d'administration de médicaments à base de nanofibres piézoélectriques permet l'administration localisée de molécules médicamenteuses à la demande, ce qui serait utile pour les maladies ou les conditions qui nécessitent à long terme, administration répétée de médicaments, comme les traitements contre le cancer, " Nam a déclaré. "Le grand rapport surface / volume de la structure nanofibreuse permet une plus grande charge de médicament, conduisant à une seule injection ou implantation qui dure plus longtemps que l'administration conventionnelle de médicaments.

Par rapport aux systèmes d'administration de médicaments traditionnels basés sur la dégradation ou la libération par diffusion qui montrent généralement une libération initiale en rafale suivie de différentes vitesses de libération, le profil linéaire de libération de médicament du système piézoélectrique permet l'administration précise de molécules médicamenteuses quelle que soit la durée d'implantation. Des tests répétés de libération de médicament à la demande ont montré une quantité similaire de libération de médicament par activation, confirmant le contrôle robuste du taux de libération.

La sensibilité de la cinétique de libération du médicament peut être ajustée en contrôlant la taille des nanofibres dans une plage activée par les ondes de choc thérapeutiques, souvent utilisé pour le traitement des douleurs musculo-squelettiques avec un appareil portatif. Plus petite, des tailles de nanofibres plus sensibles peuvent être utilisées pour l'implantation dans les tissus profonds, comme près d'un os sous les muscles, tandis que des nanofibres plus grandes et moins sensibles pourraient trouver une utilisation dans des applications sous-cutanées pour éviter une fausse activation par impact accidentel.