Polímeros Degradables Sintetizados Por Químicos Del Mit: Se Pueden Descomponer En El Cuerpo

Nuevo polímero MIT

Un nuevo tipo de polímero diseñado por químicos del MIT incorpora un monómero especial (amarillo) que ayuda a que los polímeros se descompongan más fácilmente bajo ciertas condiciones. Crédito: Demin Liu

Los materiales podrían ser útiles para administrar fármacos o agentes de formación de imágenes en el cuerpo; puede ofrecer una alternativa a algunos plásticos industriales.

MIT Los químicos han ideado una forma de sintetizar polímeros que pueden descomponerse más fácilmente en el cuerpo y en el medio ambiente.

Una reacción química llamada polimerización por metátesis con apertura de anillo, o ROMP, es útil para construir polímeros novedosos para diversos usos, como nanofabricación, resinas de alto rendimiento y administración de fármacos o agentes de formación de imágenes. Sin embargo, una desventaja de este método de síntesis es que los polímeros resultantes no se descomponen de forma natural en entornos naturales, como el interior del cuerpo.

El equipo de investigación del MIT ha ideado una forma de hacer que esos polímeros sean más degradables agregando un nuevo tipo de bloque de construcción a la columna vertebral del polímero. Este nuevo bloque de construcción, o monómero, forma enlaces químicos que pueden ser degradados por ácidos, bases e iones débiles como el fluoruro.

“Creemos que esta es la primera forma general de producir polímeros ROMP con fácil degradabilidad en condiciones biológicamente relevantes”, dice Jeremiah Johnson, profesor asociado de química en el MIT y autor principal del estudio. “Lo bueno es que funciona con el flujo de trabajo estándar de ROMP; solo necesita rociar el nuevo monómero, lo que lo hace muy conveniente “.

Este bloque de construcción podría incorporarse en polímeros para una amplia variedad de usos, incluidas no solo aplicaciones médicas, sino también síntesis de polímeros industriales que se descompondrían más rápidamente después de su uso, dicen los investigadores.

El autor principal del artículo, que se publicó en Nature Chemistry el 28 de octubre de 2019, es el postdoctorado del MIT Peyton Shieh. Postdoc Hung VanThanh Nguyen también es autor del estudio.

Potente polimerización

Los componentes básicos más comunes de los polímeros generados por ROMP son moléculas llamadas norbornenos, que contienen una estructura de anillo que se puede abrir fácilmente y unir para formar polímeros. Pueden añadirse moléculas tales como fármacos o agentes de formación de imágenes a los norbornenos antes de que se produzca la polimerización.

El laboratorio de Johnson ha utilizado este enfoque de síntesis para crear polímeros con muchas estructuras diferentes, incluidos polímeros lineales, polímeros de cepillo de botella y polímeros en forma de estrella. Estos materiales novedosos podrían usarse para administrar muchos medicamentos contra el cáncer a la vez o para transportar agentes de imágenes para imágenes por resonancia magnética (MRI) y otros tipos de imágenes.

“Es una reacción de polimerización muy robusta y poderosa”, dice Johnson. “Pero una de las grandes desventajas es que la columna vertebral de los polímeros producidos consiste enteramente en enlaces carbono-carbono y, como resultado, los polímeros no son fácilmente degradables. Eso siempre ha sido algo que hemos mantenido en el fondo de nuestras mentes cuando pensamos en hacer polímeros para el espacio de los biomateriales “.

Para evitar ese problema, el laboratorio de Johnson se ha centrado en desarrollar pequeños polímeros, del orden de unos 10 nanómetros de diámetro, que podrían eliminarse del cuerpo con más facilidad que las partículas más grandes. Otros químicos han intentado degradar los polímeros mediante el uso de componentes básicos distintos de los norbornenos, pero estos componentes básicos no se polimerizan con tanta eficacia. También es más difícil unirles medicamentos u otras moléculas, y a menudo requieren condiciones severas para degradarse.

“Preferimos seguir usando norborneno como la molécula que nos permite polimerizar estos monómeros complejos”, dice Johnson. “El sueño ha sido identificar otro tipo de monómero y agregarlo como comonómero en una polimerización que ya usa norborneno”.

Los investigadores encontraron una posible solución a través del trabajo que Shieh estaba haciendo en otro proyecto. Estaba buscando nuevas formas de desencadenar la liberación de fármacos a partir de polímeros cuando sintetizó una molécula que contiene un anillo que es similar al norborneno pero que contiene un enlace oxígeno-silicio-oxígeno. Los investigadores descubrieron que este tipo de anillo, llamado silil éter, también se puede abrir y polimerizar con la reacción ROMP, lo que da lugar a polímeros con enlaces oxígeno-silicio-oxígeno que se degradan más fácilmente. Por lo tanto, en lugar de usarlo para la liberación de fármacos, los investigadores decidieron intentar incorporarlo a la estructura del polímero para hacerlo degradable.

Descubrieron que simplemente agregando el monómero de silil-éter en una proporción de 1: 1 con monómeros de norborneno, podían crear estructuras poliméricas similares a las que habían fabricado anteriormente, con el nuevo monómero incorporado de manera bastante uniforme en toda la estructura. Pero ahora, cuando se expone a un pH ligeramente ácido, alrededor de 6.5, la cadena de polímero comienza a romperse.

“Es bastante simple”, dice Johnson. “Es un monómero que podemos agregar a polímeros ampliamente utilizados para hacerlos degradables. Pero tan simple como eso es, los ejemplos de tal enfoque son sorprendentemente raros “.

Desglose más rápido

En pruebas en ratones, los investigadores encontraron que durante la primera semana o dos, los polímeros degradables mostraban la misma distribución a través del cuerpo que los polímeros originales, pero comenzaron a descomponerse poco después. Después de seis semanas, las concentraciones de los nuevos polímeros en el cuerpo eran entre tres y diez veces menores que las concentraciones de los polímeros originales, dependiendo de la composición química exacta de los monómeros de silil-éter que utilizaron los investigadores.

Los hallazgos sugieren que agregar este monómero a los polímeros para la administración de fármacos o la obtención de imágenes podría ayudarlos a eliminarse del cuerpo más rápidamente.

“Estamos entusiasmados con la posibilidad de utilizar esta tecnología para ajustar con precisión la descomposición de polímeros basados ​​en ROMP en tejidos biológicos, que creemos que podrían aprovecharse para controlar la biodistribución, la cinética de liberación de fármacos y muchas otras características”, dice Johnson.

Los investigadores también han comenzado a trabajar en la adición de nuevos monómeros a resinas industriales, como plásticos o adhesivos. Creen que sería económicamente viable incorporar estos monómeros en los procesos de fabricación de polímeros industriales, para hacerlos más degradables, y están trabajando con Millipore-Sigma para comercializar esta familia de monómeros y ponerlos a disposición para la investigación.

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Referencia: “Los monómeros de éter de sililo personalizados permiten copolímeros en estrella, de cepillo de botella y lineales degradables basados ​​en polinorborneno mediante ROMP” por Peyton Shieh, Hung V.-T. Nguyen y Jeremiah A. Johnson, 28 de octubre de 2019, Nature Chemistry .
DOI: 10.1038 / s41557-019-0352-4

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Sociedad Estadounidense del Cáncer y la Fundación Nacional de Ciencias.

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