Shima Shahab (à gauche) travaille avec l'étudiant diplômé Aarushi Bhargava pour préparer des instruments à tester dans le laboratoire de systèmes intelligents et dynamiques multiphysiques (MInDS) de Virginia Tech. Shahab et Bhargava appartiennent à une équipe de recherche qui a développé un cadre conceptuel pour concevoir des systèmes d'administration de médicaments plus efficients et efficaces.
Imaginez une petite capsule, plus petit que la pointe d'une aiguille, qui pourrait être programmé pour libérer un médicament à un endroit spécifique de votre corps et qui est peu coûteux, facile à faire, et plus efficace que les produits pharmaceutiques traditionnels que nous connaissons aujourd'hui.
En outre, après avoir livré son contenu médical, la capsule disparaît car elle est biodégradable et composée d'éléments microscopiques qui sont absorbés en toute sécurité dans la circulation sanguine.
Une telle méthode d'administration de médicaments inaugurerait une nouvelle ère de produits pharmaceutiques. Certaines des maladies les plus dévastatrices au monde pourraient être mieux traitées avec des médicaments vitaux moins chers, plus largement accessible, et fonctionnent mieux dans le corps humain.
Une équipe de recherche de Virginia Tech fait un pas de plus vers la réalisation de cette vision à long terme. Les professeurs et étudiants en génie biomédical et en mécanique et génie mécanique ont passé l'année dernière à tester la viabilité de l'utilisation d'une classe unique de matériaux conçus, couplé à un déclencheur surprenant, pour construire des systèmes d'administration de médicaments plus intelligents.
Leurs recherches, publié dans RSC Advances, présente une preuve de concept pour l'utilisation d'ondes ultrasonores focalisées pour activer des polymères à mémoire de forme. Plus récemment, ils ont attiré l'attention pour leur utilisation dans la conception de dispositifs biocompatibles, les polymères à mémoire de forme peuvent être utilisés pour administrer des médicaments à l'intérieur du corps humain.
Aarushi Bhargava, un doctorat de deuxième année. étudiant au programme d'ingénierie mécanique de Virginia Tech et auteur principal de l'étude, ont décrit la recherche comme une première étape importante dans l'utilisation de polymères à mémoire de forme pour concevoir et optimiser des systèmes efficaces d'administration de médicaments à usage humain.
"Avec l'aide de l'échographie, ces systèmes peuvent délivrer des médicaments de manière contrôlée à l'emplacement cible souhaité sur une période de temps prolongée, quelque chose qui a été très difficile à faire dans le domaine des mécanismes d'administration de médicaments, " a déclaré Bhargava. " Les polymères à mémoire de forme nous donnent un avantage car ils sont flexibles, biodégradable, et rentable. Ils sont également faciles à fabriquer."
Les polymères à mémoire de forme sont une classe de matériaux intelligents qui ont la capacité de revenir d'une déformation, forme temporaire à leur forme permanente d'origine lorsqu'ils sont soumis à un stimulus externe, comme la lumière ou la chaleur.
Les polymères à mémoire de forme peuvent être transformés d'une forme permanente en une forme déformée, forme temporaire lorsqu'il est chauffé. Cette forme temporaire emballe des particules de médicament pour une livraison à l'intérieur du corps humain. Lorsque le colis atteint un emplacement souhaité, les ondes ultrasonores focalisées font revenir l'emballage à sa forme permanente, un processus qui libère les particules de médicament chargées dans le corps. Crédit :Virginia Tech
Dans ce projet, un cadre conceptuel pour la conception d'un conteneur polymère à mémoire de forme est chargé de particules de médicament dans sa forme d'origine, chauffé, et déformé à sa forme temporaire. Cette forme temporaire emballe efficacement les particules de médicament dans un minuscule récipient en forme de capsule. Lorsque la capsule atteint l'emplacement souhaité dans le corps, il subit une récupération de forme par exposition à des ultrasons focalisés et libère les particules de médicament chargées.
Les ondes ultrasonores focalisées sont celles dont les fréquences sont supérieures à la limite audible supérieure de l'audition humaine. L'utilisation de ce déclencheur inhabituel pour activer les polymères à mémoire de forme est ce qui distingue les découvertes de l'équipe des autres effectuant des travaux similaires dans le domaine des systèmes d'administration de médicaments.
Les avantages de l'utilisation d'ondes ultrasonores focalisées pour activer le conteneur d'administration de médicament polymère à mémoire de forme, au lieu de lumière ou de chaleur, inclure le flexible, caractère non invasif du stimulus. Les anciens contenants en polymère à mémoire de forme reposaient sur la chaleur corporelle naturelle pour l'activation et peuvent être difficiles à contrôler. Autres méthodes non invasives, tels que les champs magnétiques ou l'exposition à la lumière, nécessitent des particules spéciales pour générer une réponse. Ces particules supplémentaires peuvent compromettre la biodégradabilité et la biocompatibilité des polymères à mémoire de forme.
Shima Chahab, professeur adjoint au Département de génie biomédical et de mécanique et conseiller pédagogique de Bhargava, co-auteur de l'étude aux côtés de Reza Mirzaeifar, un professeur adjoint de génie mécanique; Jerry Stieg, un baccalauréat en génie mécanique; et Kaiyuan Peng, un doctorat étudiant en génie mécanique, tout Virginia Tech.
Shahab a expliqué que les résultats de l'étude ouvriraient la voie à la conception de capsules d'administration de médicaments plus efficaces à l'avenir, en particulier ceux qui peuvent être activés par des ondes ultrasonores focalisées.
« Nous avons développé un important cadre expérimental et informatique qui peut être utilisé pour concevoir divers conteneurs d'administration de médicaments activés par ultrasons, " a déclaré Shahab. " Les cadres de cette étude peuvent être spécifiquement adaptés à différentes applications en fonction de la taille des particules de médicament, temps cible pour libérer les particules, et la taille et la forme du conteneur.
En plus d'attirer l'attention dans le domaine des systèmes d'administration de médicaments, les résultats ont récemment remporté le prix du meilleur article étudiant à la conférence 2017 sur les matériaux intelligents, Structures adaptatives, et systèmes intelligents dans Snowbird, Utah.
Shahab et Mirzaeifar ont d'abord conçu le projet original dans le cadre d'une collaboration entre les laboratoires MInDS et MultiSMArt de Virginia Tech en août 2016. Bien que les méthodes de l'équipe soient encore à des années des tests cliniques chez l'homme, ils ont établi une base importante pour les recherches futures.
"Les résultats de l'étude nous rapprochent un peu plus de l'introduction d'une nouvelle génération efficace de systèmes d'administration de médicaments, " a déclaré Mirzaeifar. "Nos recherches continueront de se concentrer sur cet objectif."
