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– A nova abordagem, desenvolvida por engenheiros químicos do MIT, pode ajudar a criar produtos de consumo mais eficientes, incluindo medicamentos, cosméticos e alimentos.
Courtesy MIT by Elizabeth A. Thomson: Em um trabalho que pode ter um grande impacto em várias indústrias – de produtos farmacêuticos a cosméticos e até mesmo alimentos – os engenheiros do MIT desenvolveram uma nova plataforma para a entrega controlada de certos medicamentos, nutrientes e outras substâncias importantes para células humanas.
Os pesquisadores acreditam que sua abordagem simples, que cria pequenas cápsulas contendo milhares de gotículas nanométricas carregadas com um medicamento ou outro ingrediente ativo, será fácil de fazer a transição do laboratório para a indústria.
Os ingredientes ativos em muitos produtos de consumo destinados ao uso no corpo humano não se dissolvem facilmente na água. Como resultado, eles são difíceis de serem absorvidos pelo corpo e é difícil controlar sua entrega às células.
Somente na indústria farmacêutica, “40 por cento dos medicamentos atualmente comercializados e 90 por cento dos medicamentos em desenvolvimento são hidrofóbicos, em que [sua] baixa solubilidade em água limita muito sua biodisponibilidade e eficiência de absorção”, escreve a equipe do MIT em um artigo sobre o trabalho no Edição de 28 de agosto da revista Advanced Science .
Nanoemulsões para o resgate
Essas drogas e outros ingredientes ativos hidrofóbicos, no entanto, se dissolvem no óleo. Daí o crescente interesse em nanoemulsões, o equivalente em nanoescala de um molho de salada de óleo e vinagre que consiste em minúsculas gotículas de óleo dispersas em água. Dissolvido em cada gota de óleo está o ingrediente ativo de interesse.
Entre outras vantagens, as gotículas carregadas de ingrediente podem facilmente passar pelas paredes celulares. Cada gota é tão pequena que entre 1.000 a 5.000 poderia caber na largura de um fio de cabelo humano. (Suas contrapartes em macroescala são grandes demais para serem transmitidas.) Uma vez que as gotículas estejam dentro da célula, sua carga útil pode exercer um efeito. As gotículas também são excepcionalmente estáveis, resultando em uma longa vida útil, e podem conter uma grande quantidade de ingrediente ativo para seu tamanho.
Mas há um problema: como você encapsula uma nanoemulsão em uma forma de dosagem como um comprimido? As tecnologias para fazer isso ainda são incipientes.
Em uma das abordagens mais promissoras, a nanoemulsão é encapsulada em uma rede 3D de um gel de polímero para formar pequenos grânulos. Atualmente, entretanto, quando ingeridos, esses grânulos liberam sua carga útil – as gotículas de óleo carregadas de ingredientes – de uma só vez. Não há controle sobre o processo.
A equipe do MIT resolveu isso adicionando uma concha, ou cápsula, ao redor de grandes gotas individuais de nanoemulsão, cada uma contendo milhares de gotas de óleo nano. Esse invólucro não apenas protege as nano gotículas de dentro das condições fisiológicas prejudiciais do corpo, mas também pode ser usado para mascarar o gosto muitas vezes desagradável dos ingredientes ativos que contêm.
O resultado é uma “pílula” de cerca de 5 milímetros de diâmetro com uma casca biodegradável que por sua vez pode ser “ajustada” para liberar seu conteúdo em momentos específicos. Isso é feito alterando a espessura da casca. Até o momento, eles testaram com sucesso o sistema com ibuprofeno e vitamina E.
“Nossa nova plataforma de entrega pode ser aplicada a uma ampla gama de nanoemulsões, que contêm ingredientes ativos que vão desde medicamentos a nutracêuticos e filtros solares. Ter esse novo controle sobre como você os entrega abre muitos novos caminhos em termos de aplicações futuras ”, diz Patrick Doyle, o Robert T. Haslam Professor de Engenharia Química e autor sênior do artigo.
Seus colegas no trabalho são Liang-Hsun Chen, um estudante de graduação em engenharia química e primeiro autor do artigo, e Li-Chiun Cheng SM ’18, PhD ’20, que recebeu seu PhD em engenharia química no início deste ano e agora está na LiquiGlide.
Muitas vantagens
A plataforma MIT tem várias vantagens, além de sua simplicidade e escalabilidade para a indústria. Por exemplo, a própria casca “é derivada das paredes celulares de algas marrons, por isso é muito natural e biocompatível com o corpo humano”, diz Chen.
Além disso, o processo para fazer a nanoemulsão contendo sua carga útil é econômico porque a simples agitação envolvida requer pouca energia. O processo também é “muito suave, o que protege a molécula [ativa] de interesse, como uma droga”, diz Doyle. “Técnicas mais duras podem danificá-los.”
A equipe também demonstrou a capacidade de transformar a nanoemulsão líquida dentro de cada casca em um núcleo sólido, o que poderia permitir uma variedade de outras aplicações. Eles fizeram isso adicionando um material que, quando ativado pela luz ultravioleta, reticula as nanopartículas de óleo.
Para Chen, a parte mais empolgante do trabalho foi preparar as cápsulas e, em seguida, “vê-las estourar para liberar seu conteúdo nos momentos previstos para os quais eu as projetei”
Doyle observa que do ponto de vista pedagógico, o trabalho “combinou todos os elementos centrais da engenharia química, desde a dinâmica dos fluidos até a engenharia de reação e transferência de massa. E para mim é muito legal tê-los todos em um único projeto. ”
Este trabalho foi financiado pela Singapore National Research Foundation, pela US National Science Foundation e pelo Think Global Education Trust (Taiwan).
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