Uniwersytet Arkansas rozwija systemy kontrolowanego uwalniania leków

Systemy kontrolowanego uwalniania umożliwiają dostarczanie leków i innych bioaktywnych związków dokładnie w miejsce docelowe w organizmie oraz w określonym czasie. Nowe badania prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Arkansas oraz Wydziału Rolnictwa Uniwersytetu Arkansas mogą usprawnić tego typu systemy stosowane m.in. w probiotykach wspierających zdrowie jelit, lekach przeciwnowotworowych oraz innych preparatach stosowanych w medycynie człowieka i zwierząt.

Zespół badawczy połączył dwa organiczne materiały: nanokryształy celulozy pochodzące z masy drzewnej oraz alginian pozyskiwany z brunatnic, tworząc wytrzymałe mikrokulki zdolne do kapsułkowania bioaktywnych związków. Kulki mają rozmiar w skali mikronów – około 1/100 wielkości najdrobniejszego ziarenka piasku. W kwaśnym środowisku, takim jak żołądek, kulki ulegają obkurczeniu, chroniąc związek bioaktywny przed działaniem kwasu i enzymów trawiennych. W zasadowym środowisku jelit następuje ich pęcznienie, co umożliwia uwolnienie substancji czynnej i jej wchłonięcie, po czym kulki bezpiecznie się rozpuszczają.

Kulki zostały wytworzone metodą elektrohydrodynamicznej ekstruzji, która wcześniej nie była stosowana dla kompozytu nanokryształów celulozy i alginianu. Ta metoda pozwala na lepszą kontrolę nad rozmiarem i kształtem cząstek, co stanowiło istotne wyzwanie w dotychczasowych podejściach do produkcji systemów kontrolowanego uwalniania.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Carbohydrate Polymers. Autorem korespondencyjnym publikacji jest profesor Jin-Woo Kim, wybitny specjalista w dziedzinie inżynierii biologicznej i rolniczej na Arkansas Agricultural Experiment Station, jednostce badawczej Uniwersytetu Arkansas System Division of Agriculture. Profesor Kim pełni również funkcję wykładowcy nauk o materiałach na Wydziale Inżynierii Uniwersytetu Arkansas.

Nowy system może być szczególnie skuteczny w dostarczaniu probiotyków do jelit, gdzie wspierają one trawienie i wzmacniają układ odpornościowy. „Probiotyki są wrażliwe na działanie kwasu. Większość z nich ginie w żołądku” – podkreśla Kim.

Profesor Kim uzyskał grant od Arkansas Research Alliance (ARA) na wykorzystanie opracowanego systemu do wzbogacania pasz dla zwierząt w probiotyki, co może zmniejszyć potrzebę stosowania antybiotyków i obniżyć koszty hodowli. Partnerem przemysłowym Kima w ramach grantu ARA jest CelluDot – startup z siedzibą w Arkansas Research and Technology Park.

Założyciel i dyrektor generalny CelluDot, Joseph Batta-Mpouma, jest pierwszym autorem publikacji. Współautorami są również: Gurshagan Kandhola (dyrektor ds. technologii w CelluDot), Jaspreet Kaur (asystentka programu w Katedrze Nauk o Żywności U of A), Kayla Foley (postdoktorantka w dziedzinie inżynierii chemicznej), Keisha Bishop Walters (profesor inżynierii chemicznej) oraz Nalinikanth Kotagiri z James L. Winkle College of Pharmacy na Uniwersytecie Cincinnati.

Źródło: Carbohydrate Polymers, Cellulose nanocrystal-based hydrogel microspheres prepared via electrohydrodynamic processes for controlled release of bioactive compounds
DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123355