Opatrunki utkane z polimerów uwalniających leki

W Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie metodą elektroprzędzenia wytworzono włókna polimerowe zawierające znany lek antybakteryjny, metronidazol. Uformowane z nich maty potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie jako opatrunki, dzięki odpowiednio dobranej polimerowej strukturze zdolne w kontrolowany sposób uwalniać lek do organizmu.

Dobry lek powinien leczyć, nie szkodząc. Wiele zależy jednak nie tyle od samej substancji leczniczej, ile od sposobu jej podania. Powinna ona docierać precyzyjnie w miejsce chorobowo zmienione, w ściśle ustalonych ilościach, przez odpowiednio długi czas. Właśnie tak działają maty zbudowane z włókien polimerowych zawierających antybakteryjny metronidazol, tkane metodą elektroprzędzenia w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

– Metronidazol to lek stosowany m.in. przy infekcjach skórnych błon śluzowych, np. w leczeniu chorób przyzębia. Znane są jednak jego pewne szkodliwe właściwości, pojawiające się np. wtedy, gdy w niezamierzony sposób rozprzestrzeni się on w organizmie pacjenta. My postawiliśmy sobie zadanie, aby opracować molekularny system dostarczania metronidazolu, który gwarantowałby jego kontrolowane i długotrwałe uwalnianie w niewielkich ilościach dokładnie tam, gdzie jest on potrzebny – mówi dr hab. Ewa Juszyńska-Gałązka, prof. IFJ PAN.

Profesor podkreśla, że zaproponowana metoda, polegająca na umieszczaniu metronidazolu w elektroprzędzonych włóknach polimerowych, w tym o starannie dobranych powłokach, ma charakter uniwersalny i potencjalnie może zostać przystosowana do przenoszenia innych substancji leczniczych.

Elektroprzędzenie jest techniką wytwarzania włókien rozwijaną na świecie od długiego czasu. Główną rolę odgrywa tu pole elektrostatyczne między igłą a płytką kolektora, wytwarzane przez generator wysokiego napięcia. Gdy igła zaczyna laminarnie uwalniać roztwór przędzalniczy, powierzchnia wypychanej cieczy zaczyna się rozciągać i wyginać. Zgromadzone na niej jednoimienne (dodatnie) ładunki elektryczne zaczynają się przyciągać, modyfikując kształt powierzchni. Formuje się ona w stożek (nazywany stożkiem Taylora) o coraz bardziej się zawężającym wierzchołku, który wyciąga się ku ujemnie naładowanemu kolektorowi. Powstające włókno opada ruchem spiralnym, jednocześnie ulegając utwardzającym je przemianom chemicznym. W zależności od roztworu przędzalniczego może to być odparowanie rozpuszczalnika bądź depozycja polimeru. Aby wytworzyć fizycznie stabilną wielowarstwową matę, podczas całego procesu konieczne jest zachowanie niezmiennych warunków otoczenia (temperatury i wilgotności), jak i geometrii układu (ustalonej odległości igły od kolektora, rodzaju kolektora).

W trakcie badań w IFJ PAN wytwarzano włókna o strukturze jednorodnej oraz zbudowane z polimerowej otoczki i rdzenia z polimerem i lekiem. W tym ostatnim przypadku podczas elektroprzędzenia krytyczną rolę odgrywa igła współosiowa, którą można sobie wyobrażać jako igłę w igle. W jej zewnętrzną część, o przekroju pierścienia, wprowadza się roztwór polimeru wyselekcjonowanego na materiał powłoki, podczas gdy do części centralnej, odpowiedzialnej za rdzeń przyszłego włókna, kieruje się mieszaninę polimeru z docelowym lekiem.

– O ile sam proces elektroprzędzenia jest dobrze poznany i w odpowiedniej, niespecjalnie skomplikowanej aparaturze przebiega w zasadzie samoistnie, o tyle dopasowanie polimeru czy powłoki do cech konkretnego leku do łatwych zadań już nie należy. Pojawiające się tu problemy wynikają z faktu, że umieszczenie substancji molekularnej w jakimś nanoograniczeniu zazwyczaj skutkuje zmianami jej właściwości fizyko-chemicznych – tłumaczy mgr inż. Olga Adamczyk, która badania nad elektroprzędzonymi włóknami z lekami rozpoczęła pod kierunkiem dr hab. inż. Małgorzaty Jasiurkowskiej-Delaporte, prof. IFJ PAN, i zamierza je kontynuować w ramach pracy doktorskiej.

Badania podstawowe in vitro nad matami z metronidazolem, zrealizowane z użyciem dwóch rodzajów polimerów, pozwoliły ustalić, że aby zapewnić odpowiednią powierzchnię do absorpcji i uwalniania zamkniętego leku, średnica włókien powinna zawierać się w przedziale 0,7-1,3 mikrometra. W okresie przechowywania włókna polimerowe z lekiem zapewniają szczelność opatrunku, zaś po zaaplikowaniu stają się w reakcji na płyny w otoczeniu wystarczająco porowate, by zacząć uwalniać lek.

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że metronidazol zawarty w matach jest z nich stopniowo uwalniany przez kilka godzin. Istnieje jednak dodatkowe ograniczenie czasowe: maty mogą być przed aplikacją przechowywane nie dłużej niż miesiąc. Co przy tym ważne, ograniczenie to nie wynika z metody dostarczania leku, lecz z właściwości samego metronidazolu, który po tym czasie zaczyna krystalizować.

Maty z włóknami polimerowymi zawierającymi metronidazol, wytwarzane w IFJ PAN, mają rozmiary 2 x 2 cm i postać produktu potencjalnie gotowego do zastosowań leczniczych. Ich właściwości fizykochemiczne zostały już dobrze poznane. Dalsze etapy badań będą więc wymagały współpracy z zainteresowanymi placówkami naukowymi i medycznymi.

Źródło: informacja prasowa

Czytaj także: ZUT zyska nowoczesne laboratoria technologii i analizy termicznej polimerów