Hidrogel com ativação por ultrassom permite liberação sustentada do medicamento

Pesquisadores da Michigan Medicine desenvolveram um hidrogel composto capaz de alcançar a liberação sustentada e constante do medicamento usando o ultrassom como gatilho.

A equipa responsável pela descoberta acredita que poderá revolucionar a distribuição de medicamentos para diversas aplicações médicas, nas quais níveis constantes de medicamentos são cruciais para resultados terapêuticos óptimos.

O artigo resultante, “Andaimes acusticamente responsivos: Desvendando cinética de liberação e mecanismos para entrega sustentada e estável de medicamentos” aparece na edição de outubro de 2024 da revista Diário de liberação controlada.

O compósito, denominado andaime acusticamente responsivo, utiliza uma matriz de hidrogel de fibrina.

Quando exposta ao ultrassom, uma emulsão incorporada no hidrogel vaporiza em bolhas, liberando o medicamento encapsulado.

Existem dispositivos de administração de medicamentos, tais como bombas osmóticas, que proporcionam uma libertação de ordem zero – ou seja, uma libertação constante ao longo do tempo.

Esses métodos, no entanto, muitas vezes têm limitações que este hidrogel de fibrina poderia superar.

“Uma vantagem importante do nosso sistema é o uso de fibrina, um material biocompatível que se degrada naturalmente no corpo”, disse Haijun Xiao, Ph.D., pesquisador do Laboratório de Ultrassom de Medicina de Michigan e autor principal do artigo.

“Isso elimina a necessidade de remoção cirúrgica do dispositivo de administração de medicamento pós-tratamento, como às vezes é necessário com outros sistemas implantáveis”.

A capacidade de controlar o ultrassom permite uma liberação sustentada de ordem zero, um processo que permite a administração de um nível consistente de medicamento durante um longo período de tempo.

“Esta liberação pode melhorar a eficácia do tratamento e minimizar os efeitos colaterais associados às flutuações nas concentrações do medicamento”, disse Xiao.

Xiao desenvolveu equações passo a passo para descrever especificamente o comportamento de liberação multifásica dos andaimes acusticamente responsivos, que envolve uma liberação inicial rápida após ativação por ultrassom seguida por uma fase de liberação sustentada de ordem zero.

Estas equações fornecem uma nova estrutura para projetar e otimizar sistemas de administração de medicamentos acionados por ultrassom.

O Laboratório de Ultrassom da Medicina de Michigan já foi pioneiro no uso dessas estruturas para estimular o crescimento dos vasos sanguíneos.

A aplicação desta tecnologia à distribuição de medicamentos oferece diversas vantagens: liberação de medicamentos sob demanda, regimes de tratamento personalizados e ajustes de dose não invasivos.

“Ter um modelo matemático que descreva com precisão o processo de liberação do ARS é crucial para personalizar o tratamento”, disse Mario L. Fabiilli, Ph.D., investigador principal do Laboratório de Ultrassom e autor sênior do artigo.

“No futuro, essas equações nos permitirão ajustar com precisão a dose do medicamento de forma não invasiva para atender às necessidades individuais dos pacientes”.

A equipe de pesquisa está agora explorando o desenvolvimento de estruturas acusticamente responsivas, capazes de fornecer múltiplos fatores de crescimento sequencialmente, criando potencialmente a possibilidade para aplicações mais sofisticadas de engenharia de tecidos e medicina regenerativa.