Woda, kiedy zostanie ochłodzona do temperatury niższej niż 0°C, w końcu zamarza – jest to fakt znany nawet przedszkolakom. Ale niektóre substancje, kiedy poddane zostają procesowi zwanemu „szybkim zamrażaniem” lub „przechłodzeniem” pozostają w postaci płynnej – nawet poniżej temperatury zamarzania.

Zjawisko przechłodzenia zbadano pod kątem wszelkich możliwych zastosowań w szerokie gamie dziedzin. Nowe badanie Uniwersytetu w Tel Awiwie (TAU) jest pierwszym, które zrywa z zasadami rządzącymi złożonym procesem krystalizacji poprzez szybkie schładzanie. Zgodnie z badaniem, można doprowadzić do tego, aby membrany ulegały krystalizacji w określonym czasie. Innymi słowy, rzeczywiście możliwe jest kontrolowanie tego, co kiedyś było uważane za niekontrolowany i nieprzewidywalny proces – i może to zrewolucjonizować podawanie leków do organizmu ludzkiego, oferując sposób „zamrażania” niezbędnych leków w określonym momencie oraz w określonym miejscu w organizmie.

Badanie było wspólnie prowadzone przez dr Roya Becka z Wydziału Fizyki Szkoły Fizyki i Astronomii TAU oraz prof. Dana Peera z Katedry Badań Komórkowych i Immunologii na Wydziale Nauk Przyrodniczych TAU i wykonane przez doktorantów TAU Guya Jacoby’ego, Keren Cohen i Kobi Barkaia.

Kontrolowanie procesu metastabilnego

- Opisujemy przechłodzony materiał jako „metastabilny” mając na myśli, że jest on bardzo wrażliwy na zakłócenia zewnętrzne, które mogą przywrócić go do stabilnego stanu niskiej temperatury - powiedział dr Beck. - Odkryliśmy w naszym badaniu, że możliwe jest kontrolowanie procesu i wykorzystanie zalet przechodzenia ze stanu ciekłego do nieciekłego w celu stworzenia precyzyjnego i skutecznego nanoskalowego systemu kapsułkowania leków.

Dla celów badania zostały przeprowadzone doświadczenia na nanoskalowych pęcherzykach lekowych (woreczki napełnione płynem, które dostarczają lek do celu) w celu precyzyjnego określenia dynamiki krystalizacji. Badacze użyli najnowocześniejszych systemów rozpraszania promieniowania rentgenowskiego czułych na struktury nanoskalowe.

- Jednym z głównych wyzwań w projektowaniu nowych nanopęcherzyków do dostarczania leków jest ich stabilność - twierdzi dr Beck. - Z jednej strony potrzebny jest stabilny pęcherzyk, który uwięzi lek do chwili aż dotrze on do konkretnej chorej komórki. Ale z drugiej strony, jeżeli pęcherzyk jest zbyt stabilny, ładunek może nie zostać uwolniony po dotarciu do celu.

- Przechłodzony materiał jest tu odpowiednim kandydatem, ponieważ przejście od stanu ciekłego do krystalicznego jest bardzo radykalne i płynna membrana wybucha, aby przejść przemianę w kryształy. Dlatego nowe badania w dziedzinie fizyki można wykorzystać do uwalniania uwięzionych leków w miejscu docelowym, a nie w innym miejscu mikrośrodowiska organizmu. Jest to nowatorski mechanizm uwalniania leku we właściwym momencie.

Synchronizacja czasowa to podstawa

Badacze odkryli, że membrany mają zdolność pozostawania w stanie stabilnym przez dziesiątki godzin zanim zbiorowo wykrystalizują się we wcześniej określonym czasie.

- To co było zdumiewające to fakt, że udało nam się wielokrotnie powtórzyć wyniki bez konieczności stosowania skomplikowanych technik - dodaje dr Beck. - Wykazaliśmy, że opóźniona krystalizacja nie była wrażliwa na drobne niedoskonałości ani na zakłócenia zewnętrzne. Ponadto, odkryliśmy liczne alternatywne sposoby „podkręcenia zegara” i rozpoczęcia procesu krystalizacji”.

Badacze sprawdzają odpowiednią nową nanokapsułę zdolną do uwalniania leku w określonym czasie i miejscu w organizmie.

Źródło: http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=39995.php