Gel för läkemedelstillförsel
Forskning med fokus på grundläggande aspekter av växelverkan mellan hydrogeler och olika typer av aktiva substanser och hjälpämnen
Grundinformation
- Finansiär: Vinnova
Beskrivning
Geler för läkemedelstransport
Elektrostatiskt laddade polymernätverk kan absorbera vatten och bilda hydrogeler som är mjuka material med intressanta mekaniska egenskaper. Inom drug delivery-området kan de användas som transportörer av olika typer av läkemedel, som till exempel små molekyler för behandling av tumörer eller stora molekyler för behandling av infektioner och genetiska sjukdomar. Mikrogeler är mikroskopiska hydrogelpartiklar som kan injiceras i kroppen eller appliceras på huden. Hydrogeler är intressanta dels för att de kan användas för att kapsla in och lagra stora mängder aktivs substans och skydda dem mot nedbrytning, och dels för att de erbjuder möjligheter att kontrollera frisättningen.
Vår forskning inom det här området är främst inriktad på grundläggande aspekter av växelverkan mellan hydrogeler och olika typer av aktiva substanser och hjälpämnen, där samspelet mellan elektrostatiska och hydrofoba krafter och polymernätverkens elasticitet är av stor betydelse. Vi undersöker komplex mellan polyelektrolytnätverk, aktiva substanser och hjälpämnen med avseende på sammansättning, mikrostruktur och stabilitet. Med hjälp av experimentella och teoretiska metoder tar vi reda på hur och varför proteiner, peptider och amfifila ämnen fördelar sig som de gör mellan hydrogeler och omgivande lösning, hur de fördelas inom en hydrogel och mellan olika hydrogeler. Vi studerar även dynamiken i systemen genom att mäta hastigheterna för bindning och frisättning samt ändringen av gelernas volym. Målet är att förstå mekanismerna bakom växelverkan mellan komponenterna för att underlätta utvecklingen av nya principer och system för kontrollerad och stimulerad frisättning, och att kunna förutsäga frisättningshastigheter från hydrogeler.
Fig.3: Den reologiska studier på hyaluronsyra gel (HA. Hydrogel)
Amfifila läkemedel i mikrogeler
Amfifila molekyler är en viktig grupp av aktiva substanser som ofta ingår i cancerläkemedel, antidepressiva och antihypertensiva läkemedel. Deras egenskaper liknar vanliga micellbildande surfaktanters egenskaper men sambandet mellan den molekylära uppbyggnaden och de självassocierande egenskaperna är inte klarlagt. För att på bästa sätt kunna använda mikogeler som läkemedelsbärare undersöker vi i det här projektet de grundläggande principer som styr hur amfifila läkemedelsmolekyler binder till och frisätts från olika typer av mikrogelsnätverk. Vår ambition är dels att förklara hur läkemedelsmolekylernas och nätverkens kemiska uppbyggnad avgör mikrostrukturen och termodynamiska stabiliteten för de amfifila aggregat som bildas i mikrogelerna, och dels att förstå de mekanismer som avgör hur fort den aktiva substansen frisätts under fysiologiska betingelser. Vi har utvecklat två mikromanipulatortekniker som vi använder för att undersöka storleken och morfologin hos mikrogeler med hjälp av ett mikroskop. Med ”flödespipetten” undersöker vi enskilda mikrogeler i kontakt med en vätskor med kontrollerad flödeshastighet; med ”mikrodroppen” undersöker vi enskilda mikrogeler i kontakt med en mycket liten vätskevolym utan omröring. Som komplement använder vi en µDiss profiler för att bestämma bindningsisotermer och kinetiken för inbindning och frisättning i suspensioner av mikrogeler. Vi använder också spridningsmetoder for att bestämma gelernas mikrostruktur. Resultaten jämförs med teoretiska beräkningar av modeller framtagna i forskargruppen. Målet är att konstruera modeller som kan användas för att förutsäga frisättningskinetiken från mikrogeler och underlätta utvecklingen av bättre frisättningssystem för amfifila läkemedel. I samarbete med forskargruppen i biofarmaci (Prof. H. Lennernäs) undersöker vi även mikrogeler (DC bead®) som används kliniskt för parenteral administrering av det amfifila ämnet doxorubicin vid palliativ behandling av levercancer.
Schematisk illustration flödespipett-experimenten. En mikrogel placeras med hjälp av en mikropipett i flödespipetten som är nedsänkt i en bulklösning.
Schematisk illustration av mikrodroppe-experimenten. En mikrogel överförs från en vattenlösning till en droppe med läkemedelslösningen. Oljan förhindrar avdunstningen.
Per Hansson, professor
Institutionen för läkemedelskemi
Per.Hansson@ilk.uu.se