Les ingénieurs chimistes du MIT ont mis au point une nouvelle façon de créer de très petites gouttelettes d'un liquide en suspension dans un autre liquide, connu sous le nom de nanoémulsions. De telles émulsions sont similaires au mélange qui se forme lorsque vous secouez une vinaigrette à l'huile et au vinaigre, mais avec des gouttelettes beaucoup plus petites. Leur petite taille leur permet de rester stables pendant des périodes relativement longues.

Les chercheurs ont également trouvé un moyen de convertir facilement les nanoémulsions liquides en gel lorsqu'elles atteignent la température corporelle (37 degrés Celsius), ce qui pourrait être utile pour développer des matériaux capables de délivrer des médicaments lorsqu'ils sont frottés sur la peau ou injectés dans le corps.

"L'industrie pharmaceutique s'intéresse énormément aux nanoémulsions comme moyen de fournir des thérapies à petites molécules. Cela pourrait être topique, par ingestion, ou par pulvérisation dans le nez, car une fois que vous commencez à atteindre la taille de centaines de nanomètres, vous pouvez pénétrer beaucoup plus efficacement dans la peau, " dit Patrick Doyle, le professeur Robert T. Haslam de génie chimique et l'auteur principal de l'étude.

Dans leur nouvelle étude, qui paraît dans le numéro du 21 juin de Communication Nature , les chercheurs ont créé des nanoémulsions stables pendant plus d'un an. Démontrer l'utilité potentielle des émulsions pour l'administration de médicaments, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient incorporer de l'ibuprofène dans les gouttelettes.

Seyed Meysam Hashemnejad, un ancien post-doctorant du MIT, est le premier auteur de l'étude. D'autres auteurs incluent l'ancien postdoctorant Abu Zayed Badruddoza, Brady Zarket, scientifique senior de L'Oréal, et l'ancien stagiaire de recherche d'été du MIT, Carlos Ricardo Castaneda.

Réduction d'énergie

L'un des moyens les plus simples de créer une émulsion est d'ajouter de l'énergie en secouant votre vinaigrette, par exemple, ou à l'aide d'un homogénéisateur pour décomposer les globules gras du lait. Plus il y a d'énergie qui entre, plus les gouttelettes sont petites, et plus ils sont stables.

Nanoémulsions, qui contiennent des gouttelettes d'un diamètre de 200 nanomètres ou moins, sont souhaitables non seulement parce qu'ils sont plus stables, mais ils ont aussi un rapport surface/volume plus élevé, ce qui leur permet de transporter des charges utiles plus importantes d'ingrédients actifs tels que des médicaments ou des écrans solaires.

Au cours des dernières années, Le laboratoire de Doyle a travaillé sur des stratégies à faible énergie pour fabriquer des nanoémulsions, ce qui pourrait rendre le processus plus facile à adapter pour la fabrication industrielle à grande échelle.

Les produits chimiques de type détergent appelés tensioactifs peuvent accélérer la formation d'émulsions, mais bon nombre des tensioactifs qui ont déjà été utilisés pour créer des nanoémulsions ne sont pas approuvés par la FDA pour une utilisation chez l'homme. Doyle et ses étudiants ont choisi deux tensioactifs non chargés, ce qui les rend moins susceptibles d'irriter la peau, et sont déjà approuvés par la FDA en tant qu'additifs alimentaires ou cosmétiques. Ils ont également ajouté une petite quantité de polyéthylène glycol (PEG), un polymère biocompatible utilisé pour l'administration de médicaments qui aide la solution à former des gouttelettes encore plus petites, jusqu'à environ 50 nanomètres de diamètre.

« Avec cette approche, vous n'avez pas besoin de mettre beaucoup d'énergie du tout, " dit Doyle. " En fait, une barre d'agitation lente crée presque spontanément ces super petites émulsions."

Les ingrédients actifs peuvent être mélangés à la phase huileuse avant la formation de l'émulsion, ils finissent donc par se charger dans les gouttelettes de l'émulsion.

Une fois qu'ils ont développé un moyen à faible énergie pour créer des nanoémulsions, en utilisant des ingrédients non toxiques, les chercheurs ont ajouté une étape qui permettrait aux émulsions d'être facilement converties en gels lorsqu'elles atteignent la température corporelle. Ils y sont parvenus en incorporant des polymères thermosensibles appelés poloxamères, ou Pluronique, qui sont déjà approuvés par la FDA et utilisés dans certains médicaments et cosmétiques.

Pluronics contient trois « blocs » de polymères :les deux régions externes sont hydrophiles, tandis que la région médiane est légèrement hydrophobe. À température ambiante, ces molécules se dissolvent dans l'eau mais interagissent peu avec les gouttelettes qui forment l'émulsion. Cependant, lorsqu'il est chauffé, les régions hydrophobes se fixent sur les gouttelettes, les forçant à s'emballer plus étroitement et à créer un solide ressemblant à de la gelée. Ce processus se produit dans les secondes qui suivent le chauffage de l'émulsion à la température nécessaire.

Propriétés ajustables

Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient régler les propriétés des gels, y compris la température à laquelle le matériau devient un gel, en modifiant la taille des gouttelettes d'émulsion ainsi que la concentration et la structure du Pluronics qu'elles ont ajouté à l'émulsion. Ils peuvent également modifier des caractéristiques telles que l'élasticité et la limite d'élasticité, qui est une mesure de la force nécessaire pour étaler le gel.

Doyle explore maintenant des moyens d'incorporer une variété d'ingrédients pharmaceutiques actifs dans ce type de gel. De tels produits pourraient être utiles pour administrer des médicaments topiques pour aider à guérir les brûlures ou d'autres types de blessures, ou pourrait être injecté pour former un "dépôt de médicament" qui se solidifierait à l'intérieur du corps et libérerait des médicaments sur une période de temps prolongée. Ces gouttelettes pourraient également être suffisamment petites pour être utilisées dans des vaporisateurs nasaux pour administrer des médicaments inhalables, dit Doyle.

Pour les applications cosmétiques, cette approche pourrait être utilisée pour créer des hydratants ou d'autres produits plus stables au stockage et plus doux sur la peau.