Nimănui nu-i plac acele, dar ele sunt necesare pentru a administra multe vaccinuri şi produse biologice în organism. Dar ce-ar fi dacă aceste tratamente ar putea fi administrate prin piele, prin aplicarea unei presiuni scăzute pe braţ, ca atunci când ai fi lovit cu un cartuş de burete dintr-un pistol de jucărie? Oamenii de ştiinţă raportează progrese pentru a face acest lucru o realitate.
Folosind vaccinuri sub formă de pulbere care nu necesită refrigerare şi un sistem acţionat de gaz comprimat, MOF-Jet ar putea furniza cu uşurinţă substanţe terapeutice împotriva cancerului şi a altor boli într-un mod relativ nedureros.
Cercetătorii îşi vor prezenta rezultatele în cadrul reuniunii de primăvară a Societăţii Americane de Chimie (ACS), o reuniune care se desfăşoară virtual şi în persoană între 26 şi 30 martie, şi cuprinde peste 10.000 de prezentări pe o gamă largă de subiecte ştiinţifice.
Ideea proiectului s-a născut din plicitiseala indusă de carantină (lock-down), în timpul pandemiei de Covid-19.
Cercetătorul principal al proiectului, Jeremiah Gassensmith, de la universitatea Texas din Dallas, ăşi comandase piese ieftine pentru un sistem de injecţie cu jet de gaz comprimat, pentru a se juca cu el în timp ce era blocat acasă.
Mai târziu, după ce toată lumea s-a întors înapoi, în laborator, cercetătorul i-a înmânat piesele lui Yalini Wijesundara, o studentă absolventă, cu instrucţiunile: „Vezi ce poţi face cu asta".
Wijesundara, care va prezenta lucrarea în cadrul reuniunii, a început să gândească conceptul. Ea cercetase anterior alte injectoare cu jet care datează din anii 1960 şi care folosesc gaz comprimat pentru a injecta un jet de fluid.
Dacă injectoarele ar putea fi modificate pentru a lansa substanţe solide, s-a gândit ea, ar putea livra, de asemenea, şi încărcătura încapsulată în cadre metal-organice (MOF). Aceste cadre sunt structuri poroase, cristaline, care acţionează ca nişte „cuşti" moleculare pentru a încapsula o mare varietate de materiale, inclusiv acizi nucleici şi proteine.
Combinând injectorul cu jet cu activitatea existentă a laboratorului privind MOF, cercetătoarea a creat un „MOF-Jet". Jetul poate livra pulberi către celule prin injectarea acestora, la propriu, printr-un dispozitiv cu gaz-comprimat.
Dispozitivele cu jet injector au cunoscut anterior o utilizare pe scară largă în armată, dar erau dureroase, iar lichidul era adesea împroşcat înapoi, putând răspândi alte boli, cum ar fi hepatita B.
Un descendent modern este „pistolul genetic", care este utilizat de obicei în medicina veterinară şi poate costa zeci de mii de dolari. Aceste dispozitive administrează, de asemenea, încărcături biologice în celule.
În acest caz, încărcătura este ataşată la suprafaţa unei microparticule metalice, de obicei din aur sau tungsten. Însă, odată ce pătrunde în piele, particulele metalice rămân acolo şi pot accelera degradarea materialului biologic.
O strategie diferită este plasarea încărcăturii în interiorul unui MOF. Grupul lui Gassensmith a lucrat anterior cu un MOF, denumit cadru zeolitic-imidazolat opt (ZIF-8).
„În comparaţie cu aurul, acesta este ieftin şi protejează materialele biologice, cum ar fi acizii nucleici", explică Wijesundara.
„De asemenea, putem stoca în el formulări de vaccinuri sub formă de pulberi la temperatura camerei, ceea ce elimină necesitatea temperaturilor extrem de scăzute de care au nevoie multe vaccinuri lichide", menţionează ea.
Echipa a încapsulat o varietate de materiale biologice în ZIF-8, pe care acesta le-a protejat împotriva descompunerii prea rapide.
Pentru a livra materialele în celule, echipa a folosit propriul „MOF-Jet" modificat, inspirat de un pistol genetic.
Wijesundara a creat „gloanţe" pentru dispozitiv, fiecare încărcat cu o doză de ZIF-8 funcţionalizat, iar un jet de gaz comprimat a lansat formula sub formă de pulbere în celule, la fel de uşor ca în sloganul „ţinteşti şi tragi".
Ei şi-au testat sistemul şi au arătat că MOF-Jet a livrat o genă încapsulată în ZIF-8 în celulele de ceapă şi o proteină încapsulată în ZIF-8 la şoareci.
Potrivit cercetătorilor, injectorul se simte doar „ca şi cum ai fi lovit cu un glonţ Nerf, din burete" - mult mai puţin dureros decât să fii înţepat cu un ac.
Jucându-se cu MOF-Jet, cercetătorii au realizat curând că eliberarea încărcăturii poate fi reglată prin simpla schimbare a gazului purtător al injectorului.
ZIF-8 este sensibil la mediile acide, iar atunci când dioxidul de carbon reacţionează cu apa din celule, acesta produce acid carbonic care, la rândul său, ajută la descompunerea acestor MOF.
„Dacă îl injectăm cu dioxid de carbon, acesta îşi va elibera încărcătura mai repede în celule; dacă folosim aer obişnuit, va dura patru sau cinci zile", explică ea.
Acest lucru înseamnă că acelaşi medicament ar putea fi eliberat pe diferite intervale de timp fără a-i schimba formularea.
„Odată ce ne-am dat seama de acest lucru, s-au deschis o mulţime de posibilităţi", spune Gassensmith.
Echipa foloseşte acum această metodă pentru a elibera chimioterapice şi adjuvanţi ca un potenţial tratament pentru melanom, cea mai gravă formă de cancer de piele.
Cercetătorii spun că, deoarece MOF-Jet poate dispersa materialul pe o suprafaţă mare, ar putea distribui un tratament anticancerigen într-un melanom mai uniform decât cu un ac, care este metoda actuală de administrare.
Şi, prin simpla comandă a gazului purtător, ar putea administra chimioterapice cu un interval de timp de eliberare rapidă sau lentă, în funcţie de nevoile pacientului.
Deşi cercetările sunt încă în curs de desfăşurare, experimentele preliminare au furnizat rezultate promiţătoare.
Cei doi autori, Wijesundara şi Gassensmith spun că adaptabilitatea MOF-Jet-ului lor ar putea permite un număr mare de aplicaţii, de la medicina veterinară la agricultură sau, într-o bună zi, chiar vaccinări sau tratamente pentru oameni.
(Foto: MOF-Jet-ul din imagine poate administra în celule terapii genetice fără durerea cauzată de un ac. Credit: Jeremiah Gassensmith).
