La melma come materiale per sfere multifunzionali
Microparticelle cave per molecole di carico
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I ricercatori dell'Università Tecnica di Monaco (TUM) hanno sviluppato microsfere cave fatte di muco e polidopamina utilizzando un metodo di produzione semplice e scalabile. Queste minuscole sfere sono destinate a fungere da imballaggio per sostanze terapeutiche, ad esempio nelle articolazioni o sulla mucosa orale. Le loro proprietà e modalità d'azione possono essere regolate dalla scelta dei materiali e sono anche influenzate dall'ambiente biologico circostante.
Oliver Lieleg, professore di materiali biopolimerici, e il suo team stanno sfruttando le diverse proprietà delle mucine - i componenti chiave dei rivestimenti naturali come quelli della mucosa orale o dello stomaco - per creare soluzioni tecnologiche in biomedicina. Il loro ultimo sviluppo è una microsfera multifunzionale fatta di mucina e polidopamina. La microsfera è stata progettata per consentire un rilascio ritardato di carichi molecolari in siti del corpo in cui l'adesione di tali vettori di farmaci è altrimenti difficile, come sulla mucosa orale o sulla cartilagine.
Questa buona adesione è stata testata su tessuti animali ed è dovuta alle forti proprietà adesive della polidopamina. Allo stesso tempo, la mucina aggiunge caratteristiche preziose: rende le sfere più regolabili per quanto riguarda le dimensioni dei pori e permette loro di agire come un lubrificante naturale. "Nelle articolazioni, ad esempio, questo potrebbe aiutare a prevenire i danni creati dai movimenti articolari. Potrebbe anche fornire un rivestimento protettivo ai tessuti feriti nella bocca, un altro vantaggio oltre alla funzione delle microsfere come agenti di rilascio dei farmaci", spiega Di Fan, primo autore dello studio.
Le sfere cave sono facili da produrre, caricare e sigillare
La produzione delle nuove sfere cave inizia con un processo consolidato: un nucleo viene prima rivestito con i materiali desiderati e poi rimosso, lasciando dietro di sé una struttura cava. Con altri materiali, le sfere talvolta si restringono o addirittura collassano quando il nucleo viene dissolto. Al contrario, le microsfere realizzate con polidopamina e mucina rimangono strutturalmente stabili. La loro superficie è porosa. Questo permette al carico di essere aggiunto dopo la produzione delle microsfere e di entrare nelle sfere per diffusione, come dimostrato con le molecole di carico modello nello studio.
Il passo successivo è nuovo e cruciale: i ricercatori applicano un componente aggiuntivo alla superficie, che sigilla parzialmente i gusci delle sfere. Questo aiuta a mantenere una parte maggiore del carico all'interno della sfera dopo il caricamento, garantendo al contempo un rilascio graduale nel tempo. Per questa fase di chiusura si possono usare diversi materiali, ma l'approccio si è rivelato particolarmente efficace con gli ioni d'argento - atomi d'argento con carica positiva.
Proteggere o distruggere: come la scelta del materiale e il contesto biologico determinano l'effetto
Anche la scelta del materiale per la sigillatura è fondamentale per gli effetti delle microsfere. "Se si utilizzano ioni d'argento, le microsfere aiutano a uccidere le cellule. Questo potrebbe essere particolarmente utile nel trattamento dei tumori", spiega Di Fan, che ha dimostrato diversi effetti nelle colture cellulari.
Al contrario, senza ioni d'argento, le proprietà antinfiammatorie della polidopamina hanno effetto e proteggono le cellule dallo stress chimico. Ciò è particolarmente utile nei tessuti che soffrono di infiammazione, con potenziali applicazioni in casi come l'osteoartrite o le ferite croniche. Sia il tipo di agente sigillante utilizzato che il contesto biologico influenzano la velocità di rilascio del carico.
"Con il sistema di microsfere cave, abbiamo creato un sistema versatile per il rilascio di farmaci, facile da produrre, scalabile e adattabile", spiega il responsabile del progetto Lieleg. "La combinazione di mucina e polidopamina da noi scelta riunisce molti vantaggi offerti da queste biomolecole che vanno oltre i compiti tipici di un sistema di rilascio di farmaci classico; ad esempio, può proteggere o eliminare le cellule, a seconda dell'applicazione prevista."
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Pubblicazione originale
Di Fan, Chiara Gunnella, Yukun Wang, Luca Reichert, Pedro Henrique da Rosa Braun, Jan Torgersen, Oliver Lieleg; "Multi‐Functional Polydopamine‐Mucin Hollow Particles Provide Tunable Shell Permeability, ROS Scavenging, Tissue Adhesion, and Lubricity for Biomedical Applications"; Small, Volume 21, 2025-7-4
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