Opatrunki utkane z polimerów uwalniających leki

4 czerwca 2025

EurekAlert!: [https://www.eurekalert.org/news-releases/1086475]

Kontrolowane dostarczanie leków do organizmu mogą zapewnić opatrunki z elektroprzędzonych mat, zbudowanych z włókien polimerowych i odpowiedniej substancji leczniczej. Na wstawce zdjęcie mikroskopowe z włóknami polimerowymi zawierającymi antybakteryjny metronidazol. (Źródło: IFJ PAN)

W Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie metodą elektroprzędzenia wytworzono włókna polimerowe zawierające znany lek antybakteryjny, metronidazol. Uformowane z nich maty potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie jako opatrunki, dzięki odpowiednio dobranej polimerowej strukturze zdolne w kontrolowany sposób uwalniać lek do organizmu.

Dobry lek powinien leczyć nie szkodząc. Wiele zależy jednak nie tyle od samej substancji leczniczej, ile od sposobu jej podania: powinna ona docierać precyzyjnie w miejsce chorobowo zmienione, w ściśle ustalonych ilościach, przez odpowiednio długi czas. Właśnie tak działają maty zbudowane z włókien polimerowych zawierających antybakteryjny metronidazol, tkane metodą elektroprzędzenia w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie.

„Metronidazol to lek stosowany między innymi przy infekcjach skórnych błon śluzowych, na przykład w leczeniu chorób przyzębia. Znane są jednak jego pewne szkodliwe właściwości, pojawiające się na przykład wtedy, gdy w niezamierzony sposób rozprzestrzeni się on w organizmie pacjenta. My postawiliśmy sobie zadanie, by opracować molekularny system dostarczania metronidazolu, który gwarantowałby jego kontrolowane i długotrwałe uwalnianie w niewielkich ilościach dokładnie tam, gdzie jest on potrzebny”, mówi dr hab. Ewa Juszyńska-Gałązka, prof. IFJ PAN, i podkreśla, że zaproponowana metoda, polegająca na umieszczaniu metronidazolu w elektroprzędzonych włóknach polimerowych, w tym o starannie dobranych powłokach, ma charakter uniwersalny i potencjalnie może zostać przystosowana do przenoszenia innych substancji leczniczych.

Elektroprzędzenie jest techniką wytwarzania włókien rozwijaną na świecie od długiego czasu. Główną rolę odgrywa tu pole elektrostatyczne między igłą a płytką kolektora, wytwarzane przez generator wysokiego napięcia. Gdy igła zaczyna laminarnie uwalniać roztwór przędzalniczy, powierzchnia wypychanej cieczy zaczyna się rozciągać i wyginać. Zgromadzone na niej jednoimienne (dodatnie) ładunki elektryczne zaczynają się przyciągać, modyfikując kształt powierzchni. Formuje się ona w stożek (nazywany stożkiem Taylora) o coraz bardziej się zawężającym wierzchołku, który wyciąga się ku ujemnie naładowanemu kolektorowi. Powstające włókno opada ruchem spiralnym, jednocześnie ulegając utwardzającym je przemianom chemicznym (w zależności od roztworu przędzalniczego może to być odparowanie rozpuszczalnika bądź depozycja polimeru). Aby wytworzyć fizycznie stabilną wielowarstwową matę, podczas całego procesu konieczne jest zachowanie niezmiennych warunków otoczenia (temperatury i wilgotności), jak i geometrii układu (ustalonej odległości igły od kolektora, rodzaju kolektora).

W trakcie badań w IFJ PAN wytwarzano włókna o strukturze jednorodnej oraz zbudowane z polimerowej otoczki i rdzenia z polimerem i lekiem. W tym ostatnim przypadku podczas elektroprzędzenia krytyczną rolę odgrywa igła współosiowa, którą można sobie wyobrażać jako igłę w igle. W jej zewnętrzną część, o przekroju pierścienia, wprowadza się roztwór polimeru wyselekcjonowanego na materiał powłoki, podczas gdy do części centralnej, odpowiedzialnej za rdzeń przyszłego włókna, kieruje się mieszaninę polimeru z docelowym lekiem.

„O ile sam proces elektroprzędzenia jest dobrze poznany i w odpowiedniej, niespecjalnie skomplikowanej aparaturze przebiega w zasadzie samoistnie, o tyle dopasowanie polimeru czy powłoki do cech konkretnego leku do łatwych zadań już nie należy. Pojawiające się tu problemy wynikają z faktu, że umieszczenie substancji molekularnej w jakimś nanoograniczeniu zazwyczaj skutkuje zmianami jej właściwości fizyko-chemicznych”, wyjaśnia mgr inż. Olga Adamczyk, która badania nad elektroprzędzonymi włóknami z lekami rozpoczęła pod kierunkiem prof. IFJ PAN dr hab. inż. Małgorzaty Jasiurkowskiej-Delaporte i zamierza je kontynuować w ramach pracy doktorskiej.

Badania podstawowe in vitro nad matami z metronidazolem, zrealizowane z użyciem dwóch rodzajów polimerów, pozwoliły ustalić, że aby zapewnić odpowiednią powierzchnię do absorpcji i uwalniania zamkniętego leku, średnica włókien powinna się zawierać w przedziale od 0,7 do 1,3 mikrometra. W okresie przechowywania włókna polimerowe z lekiem zapewniają szczelność opatrunku, zaś po zaaplikowaniu stają się w reakcji na płyny w otoczeniu wystarczająco porowate, by zacząć uwalniać lek.

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że metronidazol zawarty w matach jest z nich stopniowo uwalniany przez kilka godzin. Istnieje jednak dodatkowe ograniczenie czasowe: maty mogą być przed aplikacją przechowywane nie dłużej niż miesiąc. Co przy tym ważne, ograniczenie to nie wynika z metody dostarczania leku, lecz z właściwości samego metronidazolu, który po tym czasie zaczyna krystalizować.

Maty z włóknami polimerowymi zawierającymi metronidazol, wytwarzane w IFJ PAN, mają rozmiary 2 x 2 cm i postać produktu potencjalnie gotowego do zastosowań leczniczych. Ich właściwości fizykochemiczne zostały już dobrze poznane, dalsze etapy badań będą więc wymagały współpracy z zainteresowanymi placówkami naukowymi i medycznymi.

[PDF]

Kontakt:

dr hab. Ewa Juszynska-Gałązka, prof. IFJ PAN
Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk
tel.: +48 12 662 8234, 6628140, 6628368
email: ewa.juszynska-galazka@ifj.edu.pl

mgr inż. Olga Adamczyk
Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk
tel.: +48 12 662 8481
email: olga.adamczyk@ifj.edu.pl

Publikacje naukowe:

„Electrospun Fiber Mats with Metronidazole: Design, Evaluation, and Release Kinetics”
O. Adamczyk, A. Deptuch, T. R. Tarnawski, P. M. Zieliński, A. Drzewicz, E. Juszyńska-Gałązka
The Journal of Physical Chemistry B 2025, 129, 18, 4535–4546
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5c00873

Materiały graficzne:

Kontrolowane dostarczanie leków do organizmu mogą zapewnić opatrunki z elektroprzędzonych mat, zbudowanych z włókien polimerowych i odpowiedniej substancji leczniczej. Na wstawce zdjęcie mikroskopowe z włóknami polimerowymi zawierającymi antybakteryjny metronidazol. (Źródło: IFJ PAN)