Les rangées du haut et du milieu montrent des microchambres sans (à gauche) et avec (à droite) de l'oxyde de graphène incorporé après dissolution des modèles. La rangée du bas montre des microchambres avec de l'oxyde de graphène après avoir décollé le gabarit, à la fois des images de microscopie électronique à balayage (à gauche) et de microscopie confocale à balayage laser (à droite). Crédit :Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim
Les réseaux implantables de microchambres montrent une capacité potentielle à contenir et à libérer des quantités contrôlées avec précision de médicaments sur commande, rapportent des chercheurs A*STAR avec des collègues à Singapour, Russie et Royaume-Uni.
Un faisceau laser proche infrarouge agit pour ouvrir des microchambres sélectionnées au moment requis. "Cette lumière proche infrarouge est le moyen idéal pour déclencher la libération d'un médicament car elle a une pénétration maximale dans les tissus biologiques, ", déclare Maxim Kiryukhin de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR. Les longueurs d'onde requises se situent dans la "fenêtre thérapeutique" qui permet à la lumière à usage médical d'atteindre le corps en toute sécurité.
L'équipe fabrique les microchambres à partir de composites de polymères et d'oxyde de graphène. "Mon groupe de recherche a été le pionnier de la fabrication de matrices de microchambres à l'aide de techniques appelées lithographie par nanoimpression et assemblage couche par couche, " dit Kiryukhin. L'étape de lithographie crée des modèles avec un motif souhaité de micropuits imprimés dans leur surface. Des couches de polymères et d'oxyde de graphène sont ensuite accumulées sur les modèles pour créer un matériau composite. Les modèles peuvent être dissous ou décollés, créer les matrices de polymère/oxyde de graphène qui peuvent être scellées avec une couche de plastique.
S'ils doivent contenir des médicaments à administrer dans le corps, les chambres doivent être mécaniquement robustes. "Échec, suivi d'une libération soudaine de la totalité de la charge utile du médicament, peut être catastrophique, ", souligne Kiryukhin. L'incorporation de couches d'oxyde de graphène dans les couches de polymère est l'innovation essentielle qui rend les chambres suffisamment stables et réactives à la lumière proche infrarouge.
Les chercheurs ont déjà développé des techniques qui peuvent être utilisées pour charger les chambres avec une gamme de solutions chimiques; les chambres sélectionnées peuvent ensuite être perturbées à l'aide d'une lumière laser ciblée (voir image). Cela donnerait aux cliniciens un contrôle précis sur le taux de libération du médicament en fonction des différents patients et conditions.
Ce travail de preuve de concept pose les bases pour passer à des tests avec de vrais médicaments chez l'animal puis chez l'homme. Kiryukhin explique que l'équipe s'appuie sur leurs groupes de recherche collaborateurs au Royaume-Uni, la Chine et la Russie pour relever ce défi.
Pendant ce temps, les chercheurs d'A*STAR explorent des possibilités plus larges. « Nous sommes intéressés par l'utilisation des matrices chambrées dans les technologies de détection, comme la détection du niveau de fraîcheur des aliments ou le diagnostic de l'état des plaies et des tissus malades, " explique Kiryukhin. Les microchambres pourraient libérer un signal, comme la fluorescence, en réponse aux changements détectés, par exemple.
