En utilisant le stimulant comme catalyseur, les chercheurs créent de nouveaux gels pour l’administration des médicaments.

La caféine est bien connue pour sa capacité à aider les gens à rester vigilants, mais une équipe de chercheurs du MIT et du Brigham and Women’s Hospital a maintenant mis au point une nouvelle utilisation de ce stimulant chimique – catalysant la formation de matériaux polymères.

En utilisant la caféine comme catalyseur, les chercheurs ont trouvé un moyen de créer des gels mous et biocompatibles qui pourraient être utilisés pour l’administration de médicaments et d’autres applications médicales.

« La plupart des approches synthétiques pour la synthèse et la réticulation de gels polymères et d’autres matériaux utilisent des catalyseurs ou des conditions qui peuvent endommager des substances sensibles comme les médicaments biologiques. En revanche, nous avons utilisé ici la chimie verte et des ingrédients alimentaires communs », explique Robert Langer, professeur à l’Institut David H. Koch au MIT et l’un des auteurs principaux de l’étude. « Nous pensons que ces nouveaux matériaux pourraient être utiles pour créer de nouveaux dispositifs médicaux et systèmes d’administration de médicaments. »

Dans leur article, qui apparaît dans la revue Biomaterials, les chercheurs ont démontré qu’ils pouvaient charger les gels avec deux médicaments antipaludiques, et ils s’attendent à ce que le matériel puisse également être utilisé pour transporter d’autres types de médicaments. Selon les chercheurs, les médicaments transportés par ce type de matériel pourraient être plus faciles à mâcher ou à avaler.

« C’est vraiment attrayant pour les populations de patients, en particulier les enfants, qui ont de la difficulté à avaler des capsules et des comprimés », dit Giovanni Traverso, affilié de recherche à l’Institut Koch du MIT pour la recherche sur le cancer intégratif et gastroentérologue et ingénieur biomédical au Brigham and Women’s Hospital, qui est également un auteur principal de l’article.

L’ancienne post-doc du MIT Angela DiCiccio, qui est maintenant au Verily Life Sciences, la division des sciences de la vie de Google X, est l’auteur principal de l’article.

Une dose de caféine

La fabrication de gels polymères nécessite habituellement des catalyseurs métalliques, ce qui pourrait être dangereux si le catalyseur reste dans le matériau après la formation du gel. L’équipe du MIT voulait trouver une nouvelle façon de fabriquer des gels à l’aide de catalyseurs et de matières premières à base de produits alimentaires et d’autres matières dont l’ingestion est sans danger.

« Notre objectif était d’essayer de simplifier la méthode de fabrication et de donner un profil de sécurité amélioré dès le début en utilisant des catalyseurs potentiellement plus sûrs », explique M. Traverso.

Bien que la caféine n’ait jamais été utilisée pour la synthèse chimique, elle a attiré l’attention des chercheurs parce qu’elle est d’origine végétale et peut agir comme une base faible, ce qui signifie qu’elle élimine doucement les protons des autres molécules. Elle a également une structure similaire à d’autres bases organiques faibles qui ont été utilisées pour catalyser le type de réaction chimique nécessaire à la formation de ces gels – la formation de liaisons ester pour créer un polyester.

« Les polyesters permettent la conception intentionnelle de matériaux ingérables fabriqués à partir de ressources biodérivées « , explique M. DiCiccio. « Cependant, il n’existait pas de catalyseurs assez doux pour enchaîner ces molécules sans provoquer de réactions indésirables ou nécessitant une chaleur très élevée. Notre nouvelle plate-forme offre une solution élégante à ce problème en utilisant des matériaux peu coûteux et des produits chimiques largement accessibles. ».

Les chercheurs ont décidé d’utiliser la caféine pour induire l’acide citrique, un autre matériau comestible produit par les plantes, pour former un réseau de polymères avec le polyéthylène glycol (PEG), un polymère biocompatible utilisé dans les médicaments et les produits de consommation comme le dentifrice depuis plusieurs décennies.

Lorsqu’elle est mélangée à l’acide citrique et au PEG, et légèrement chauffée, la caféine ouvre un cycle contenant de l’oxygène dans le PEG, ce qui lui permet de réagir avec l’acide citrique pour former des chaînes constituées de molécules alternées de PEG et d’acide citrique. Si des molécules médicamenteuses sont présentes dans le mélange, elles sont également incorporées dans les chaînes.

Mix and match

Les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient charger deux médicaments contre le paludisme, l’artésunate et la pipéraquine, dans ces polymères. Ils pourraient également faire varier les propriétés chimiques et mécaniques du gel en modifiant sa composition. Ils ont créé des gels qui contiennent du PEG ou un autre polymère appelé polypropylène glycol, ainsi que des gels qui combinent ces deux polymères dans des proportions différentes. Cela leur permet de contrôler des propriétés telles que la résistance du matériau, sa structure de surface et la vitesse à laquelle les médicaments sont libérés.

« Selon l’application ou les médicaments incorporés, vous pouvez mélanger et apparier pour trouver le mélange optimal « , explique M. Traverso.

Les gels peuvent également être imprimés avec des motifs tels que l’architecture microscopique que l’on retrouve à la surface des feuilles de lotus, ce qui leur permet de repousser l’eau. La modification des caractéristiques de surface du matériau pourrait aider les chercheurs à contrôler la vitesse ou la lenteur avec laquelle les gels se déplacent dans le tube digestif.

Les gels qui en résultent contiennent une petite quantité de caféine, à peu près la même quantité que celle que l’on trouve dans une tasse de thé. Lors d’essais préliminaires d’innocuité, les chercheurs n’ont trouvé aucun effet nocif dans quatre types de cellules humaines ou chez le rat.

La recherche a été financée par la Fondation Bill et Melinda Gates, les National Institutes of Health et la Alexander von Humboldt Foundation. Les autres auteurs du MIT sont Young-Ah Lucy Lee, Dean Glettig, Elizabeth Walton, Eva de La Serna, Veronica Montgomery et Tyler Grant.

L’article est ici.

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