Onderzoekers ontwikkelen opgeblazen MOF’s voor een betere medicijnafgifte

De sponsachtige structuur van metaal-organische raamwerken (MOF’s) zorgt ervoor dat deze polymeren mogelijk een reeks therapeutische verbindingen kunnen dragen en afleveren. Nu, onderzoekers rapportage in ACS toegepaste biomaterialen hebben een chroomhoudend MOF behandeld met een dosis azijnzuur, geconcentreerder dan in azijn, om de poriegrootte en het oppervlak te vergroten. De opgeblazen MOF bevatte meer ibuprofen of chemotherapie dan de originele versie en vertoonde verbeterde prestaties als potentieel medicijnafgiftemiddel.

Het innemen van medicijnen via de mond is een gemakkelijke manier om geneesmiddelen toe te dienen. Deze methode houdt echter soms in dat meerdere pillen per dag worden ingenomen, of vereist grote pillen die moeilijk door te slikken kunnen zijn. Onderzoekers onderzoeken dus hoe ze MOF’s kunnen gebruiken voor de toediening van medicijnen om de doseringsfrequentie te minimaliseren en de behandelingsefficiëntie te maximaliseren. Door de poriegroottes en -structuren van de polymeren aan te passen, hebben wetenschappers vehikels op nanoschaal gecreëerd die een meer gecontroleerde en gerichte afgifte van medicijnen kunnen bieden.

Om nog meer medicijnmoleculen te vervoeren en af ​​te leveren, zouden de poriën echter verder moeten uitbreiden dan de huidige versies kunnen. Een onderzoeksteam onder leiding van Fateme Rezaei van de Universiteit van Miami wilde een bestaande MOF optimaliseren en de afgifte door het polymeer van twee veel voorkomende therapieën van verschillende moleculaire groottes verbeteren: het ontstekingsremmende medicijn ibuprofen en een kleinere verbinding 5-fluorouracil, een chemotherapiemedicijn dat wordt gebruikt om kanker te behandelen.

Ze begonnen met een gevestigde methode om een ​​biocompatibel chroomhoudend MOF te synthetiseren en voegden een stap toe met een spoeling met azijnzuur. Het zuur zorgde ervoor dat de poriën van het polymeer uitzetten van ongeveer 2,5 nanometer (nm) tot 5 nm breed. In laboratoriumexperimenten om het vermogen van de MOF om medicijnen te laden te karakteriseren, merkten de onderzoekers op dat de opgeblazen versie meer ibuprofen- en 5-fluorouracil-moleculen opnam dan het chroombevattende raamwerk met poriën van standaardgrootte.

Vervolgens laadden ze in experimenten met medicijnafgifte de porie-geëxpandeerde en standaard MOF’s met ibuprofen of 5-flurouracil en maten ze hoe snel de medicijnen in een zoutoplossing terechtkwamen. Rezaei en collega’s ontdekten dat de nieuwe raamwerken beide medicijnen aanzienlijk sneller vrijgaven dan de originele. De onderzoekers schreven de hogere snelheid van het laden en afgeven van medicijnen toe aan de grotere poriën en het oppervlak van het uitgebreide raamwerk, wat grotere “deuren” biedt waar de medicijnmoleculen doorheen kunnen komen en gaan.

Eenvoudige veranderingen zoals deze zouden de effectiviteit van MOF’s in toekomstige toepassingen voor medicijnafgifte kunnen maximaliseren, zeggen de onderzoekers. Als volgende stap zijn ze van plan om te bepalen hoe langzame en progressieve medicijnafgifte binnen gespecificeerde tijdsbestekken kan worden bereikt door de MOF-poriestructuur te wijzigen.