De temporele-ruimtelijke ordeningseigenschap van holle meerlagige structuren maakt opeenvolgende medicijnafgifte mogelijk

Holle meerlagige structuren (HoMSs), met relatief geïsoleerde holtes en hiërarchische poriën in de schalen, lijken qua structuur op cellen. Ze kunnen worden gebruikt als drager voor antibacteriële middelen.

Een recent onderzoek onder leiding van prof.Wang Dan en prof.Zhang Suojiang van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academy of Sciences bestudeerde het diffusie- en transportmechanisme van antimicrobiële moleculen door HoMS’en en ontdekte dat de unieke temporeel-ruimtelijke orde eigenschap van HoMSs kan de opeenvolgende medicijnafgifte voor de eerste keer realiseren.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications op 7 september.

“We hebben TiO gesynthetiseerd₂-HoMSs door middel van sequentiële template-benadering, en antibacterieel middel Methylisothiazolinone (MIT) als modelmoleculen in HoMSs geïntroduceerd, “zei prof. Wang.

Door het gedrag van HoMS’en tijdens medicijnafgifte te analyseren, ontdekten de onderzoekers dat de afgifte van de moleculen uit HoMS’s door opeenvolgende afgiftestadia ging, namelijk burst-afgifte, aanhoudende afgifte en stimulus-responsieve afgifte.

In detail, door simpelweg de hoeveelheid MIT-HoMSs die in de omgeving wordt geïntroduceerd aan te passen, kan de gewenste concentratie snel worden bereikt in de burst-release-fase vanwege de MIT-moleculen die op het buitenoppervlak van HoMSs worden geabsorbeerd.

De aanhoudende afgifte van MIT-moleculen in π-π gestapelde toestand in de holte van HoMSs zou de vereiste concentratie gedurende een lange periode kunnen behouden en de groei van bacteriën kunnen remmen.

Het drievoudig omhulde HoMS zou een lange steriliteitsperiode kunnen bieden in een bacterierijke omgeving die bijna acht keer langer is dan die van het zuivere antimicrobiële middel onder dezelfde omstandigheden.

“Toen de vreemde pathogenen aan ons HoMSs-systeem werden toegevoegd, was de drijvende kracht sterk genoeg om de energiebarrière te doorbreken, en de medicijnmoleculen die tussen de schalen waren opgeslagen en op het oppervlak waren geabsorbeerd, kwamen vrij, wat resulteerde in de responsieve afgifte. Wat nog belangrijker is, de geneesmiddelconcentratie kan automatisch worden hersteld tot het gewenste bereik, “zei prof. Wang.

Vanwege verschillende adsorptiekarakteristieken in HoMS’en en fysieke barrières van de multishells, hebben medicijnmoleculen op verschillende locaties van HoMS’en verschillende afgiftetijden.

Al deze voordelen kunnen worden toegeschreven aan chemische diffusie- en fysische barrière-gestuurde sequentiële medicijnafgifte, die een route bieden voor het ontwerp van intelligente nanomaterialen.