Los ingenieros químicos del MIT han ideado una nueva forma de crear gotitas muy pequeñas de un líquido suspendido dentro de otro líquido, conocidas como nanoemulsiones. Estas emulsiones son similares a la mezcla que se forma cuando se agita un aderezo para ensalada de aceite y vinagre, pero congotas mucho más pequeñas. Su tamaño pequeño les permite permanecer estables durante períodos de tiempo relativamente largos.
Los investigadores también encontraron una manera de convertir fácilmente las nanoemulsiones líquidas en un gel cuando alcanzan la temperatura corporal 37 grados Celsius, lo que podría ser útil para desarrollar materiales que pueden administrar medicamentos cuando se frotan sobre la piel o se inyectan en el cuerpo.
"La industria farmacéutica está enormemente interesada en las nanoemulsiones como una forma de administrar terapias de moléculas pequeñas. Eso podría ser tópicamente, por ingestión o por pulverización en la nariz, porque una vez que comienzas a entrar en el rango de tamaño de cientos de nanómetros puedespermean mucho más eficazmente en la piel ", dice Patrick Doyle, profesor de ingeniería química Robert T. Haslam y autor principal del estudio.
En su nuevo estudio, que aparece en la edición del 21 de junio de Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores crearon nanoemulsiones que fueron estables durante más de un año. Para demostrar la utilidad potencial de las emulsiones para administrar medicamentos, los investigadores demostraron que podían incorporar ibuprofeno en las gotas.
Seyed Meysam Hashemnejad, un ex postdoc del MIT, es el primer autor del estudio. Otros autores incluyen el ex postdoc Abu Zayed Badruddoza, el científico senior de L'Oréal Brady Zarket y el ex pasante de investigación de verano del MIT Carlos Ricardo Castaneda.
reducción de energía
Una de las formas más fáciles de crear una emulsión es agregar energía, agitando su aderezo para ensalada, por ejemplo, o usando un homogeneizador para descomponer los glóbulos de grasa en la leche. Mientras más energía ingrese, más pequeñas serán las gotas,y cuanto más estables sean.
Las nanoemulsiones, que contienen gotitas con un diámetro de 200 nanómetros o menos, son deseables no solo porque son más estables, sino que también tienen una mayor proporción de superficie a volumen, lo que les permite transportar cargas útiles más grandes de ingredientes activos comodrogas o protectores solares.
En los últimos años, el laboratorio de Doyle ha estado trabajando en estrategias de baja energía para hacer nanoemulsiones, lo que podría facilitar la adaptación del proceso para la fabricación industrial a gran escala.
Las sustancias químicas similares a los detergentes llamadas surfactantes pueden acelerar la formación de emulsiones, pero muchos de los surfactantes que se han usado previamente para crear nanoemulsiones no están aprobados por la FDA para su uso en humanos. Doyle y sus estudiantes eligieron dos surfactantes sin carga,lo que los hace menos propensos a irritar la piel y ya están aprobados por la FDA como aditivos alimentarios o cosméticos. También agregaron una pequeña cantidad de polietilenglicol PEG, un polímero biocompatible utilizado para la administración de medicamentos que ayuda a que la solución se forme aún más pequeñagotas, hasta unos 50 nanómetros de diámetro.
"Con este enfoque, no tienes que poner mucha energía en absoluto", dice Doyle. "De hecho, una barra de agitación lenta casi espontáneamente crea estas emulsiones súper pequeñas".
Los ingredientes activos se pueden mezclar en la fase de aceite antes de que se forme la emulsión, por lo que terminan cargados en las gotitas de la emulsión.
Una vez que habían desarrollado una forma de baja energía para crear nanoemulsiones, utilizando ingredientes no tóxicos, los investigadores agregaron un paso que permitiría que las emulsiones se conviertan fácilmente en geles cuando alcanzan la temperatura corporal. Lo lograron incorporando polímeros sensibles al calorllamados poloxámeros, o Pluronics, que ya están aprobados por la FDA y se usan en algunos medicamentos y cosméticos.
Pluronics contiene tres "bloques" de polímeros: las dos regiones externas son hidrofílicas, mientras que la región media es ligeramente hidrofóbica. A temperatura ambiente, estas moléculas se disuelven en agua pero no interactúan mucho con las gotas que forman la emulsión. Sin embargo,cuando se calientan, las regiones hidrofóbicas se adhieren a las gotas, forzándolas a juntarse más firmemente y creando un sólido gelatinoso. Este proceso ocurre unos segundos después de calentar la emulsión a la temperatura necesaria.
propiedades ajustables
Los investigadores descubrieron que podían ajustar las propiedades de los geles, incluida la temperatura a la que el material se convierte en gel, cambiando el tamaño de las gotas de la emulsión y la concentración y estructura de los Pluronics que agregaron a la emulsión.También puede alterar rasgos como la elasticidad y el estrés de fluencia, que es una medida de cuánta fuerza se necesita para extender el gel.
Doyle ahora está explorando formas de incorporar una variedad de ingredientes farmacéuticos activos en este tipo de gel. Dichos productos podrían ser útiles para administrar medicamentos tópicos para ayudar a sanar quemaduras u otros tipos de lesiones, o podrían inyectarse para formar un "depósito de medicamentos""eso se solidificaría dentro del cuerpo y liberaría drogas durante un período prolongado de tiempo. Estas gotas también podrían hacerse lo suficientemente pequeñas como para usarse en aerosoles nasales para administrar medicamentos inhalables", dice Doyle.
Para aplicaciones cosméticas, este enfoque podría usarse para crear humectantes u otros productos que sean más estables y se sientan más suaves en la piel.
La investigación fue financiada por L'Oréal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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