원격 제어 약물 및 전자 알약을 위한 새로운 재료

원격 제어 약물 및 전자 알약을 위한 새로운 재료
날짜:
2022년 6월 15일
원천:
차머스 공과대학교
요약:
생물의약품은 살아있는 세포에서 생산되며 암과 자가면역 질환을 치료하는 데 사용됩니다. 한 가지 문제는 의약품을 생산하는 데 비용이 매우 많이 들고 전 세계적으로 접근이 제한된다는 것입니다. 이제 연구자들은 전기 신호를 사용하여 생체 분자를 포착하고 방출하는 물질을 발명했습니다. 새롭고 효율적인 방법은 바이오 의약품 개발에 큰 영향을 미치고 전자 알약 및 약물 임플란트 개발의 길을 열 수 있습니다.

생물의약품은 살아있는 세포에서 생산되며 암과 자가면역 질환을 치료하는 데 사용됩니다. 한 가지 문제는 의약품을 생산하는 데 비용이 매우 많이 들고 전 세계적으로 접근이 제한된다는 것입니다. 이제 Chalmers의 연구원들은 전기 신호를 사용하여 생체 분자를 포착하고 방출하는 물질을 발명했습니다. 새롭고 효율적인 방법은 바이오 의약품 개발에 큰 영향을 미치고 전자 알약 및 약물 임플란트 개발의 길을 열 수 있습니다.

새로운 재료는 전기 펄스에서 상태가 생체 분자를 포착에서 방출로 변경되는 폴리머 표면*입니다. 이것은 생물학적 의약품 생산에서 세포가 생성하는 다른 생체 분자에서 의약품을 효율적으로 분리하기 위한 도구로 사용하는 것을 포함하여 여러 가지 가능한 응용 프로그램이 있습니다. 연구 결과는 최근 과학 저널 Angewandte Chemie 에 게재되었습니다 .

바이오 의약품은 효율적인 분리 기술이 없기 때문에 생산 비용이 매우 비싸고, 생산 비용을 줄이고 궁극적으로 환자 치료 비용을 줄이기 위해서는 약물 수율이 높은 새로운 기술이 필요합니다.

"우리의 고분자 표면은 단백질의 구조에 영향을 미치지 않으면서 표면에 결합되고 표면에서 방출되는 방식을 제어하기 위해 전기 신호를 사용하여 단백질을 분리하는 새로운 방법을 제공합니다"라고 공개적으로 옹호한 Gustav Ferrand-Drake del Castillo가 말했습니다. Chalmers의 화학 박사 학위 논문이며 이 연구의 주 저자입니다.

기존의 분리 기술인 크로마토그래피는 생체 분자를 표면에 단단히 결합하고 이를 방출하기 위해 강력한 화학 물질이 필요하기 때문에 손실과 낮은 수율이 발생합니다. 많은 신약이 강력한 화학 물질에 매우 민감한 것으로 판명되었으며, 이는 차세대 바이오 의약품의 주요 생산 문제를 야기합니다. 화학 물질의 더 적은 소비는 환경에 이익이 되는 반면, 새로운 재료의 표면은 여러 사이클을 통해 재사용할 수 있다는 사실이 핵심 속성입니다. 이 과정은 표면에 영향을 주지 않고 수백 번 반복될 수 있습니다.

생물학적 유체의 기능

이 물질은 완충 능력이 있는 생물학적 유체, 즉 pH 값의 변화에 ​​대응할 수 있는 능력이 있는 유체에서도 기능합니다. 이 특성은 전자 활성화를 통해 약을 체내로 방출하는 전자 "알약" 및 임플란트를 위한 새로운 기술의 생성을 위한 길을 열었기 때문에 주목할 만합니다.

"당신은 의사나 컴퓨터 프로그램이 환자에게 새로운 용량의 약에 대한 필요성을 측정하고 그것이 필요한 바로 그 조직이나 기관에 위치한 임플란트에서 약물의 방출을 활성화하는 원격 제어 신호를 상상할 수 있습니다. "라고 Gustav Ferrand-Drake del Castillo는 말합니다.

현재 국소 활성화 약물 방출은 주변 화학 환경의 변화에 ​​따라 상태가 변하는 물질 형태로 제공됩니다. 예를 들어, pH 값이 자연적으로 변하는 환경인 위장관에서 약물의 방출을 제어하려는 경우 pH에 민감한 물질의 정제가 생산됩니다. 그러나 대부분의 신체 조직에서는 pH 값이나 기타 화학적 매개변수에 변화가 없습니다.

"최소한의 외과적 개입과 바늘 주사 없이 체내 단백질의 방출 및 흡수를 제어할 수 있다는 것은 독특하고 유용한 특성이라고 생각합니다. 전자 임플란트의 개발은 수년에 걸쳐 생각할 수 있는 몇 가지 응용 프로그램 중 하나일 뿐입니다. 미래. 분자 수준에서 전자공학과 생물학을 연결하는 데 도움이 되는 연구는 그러한 방향에서 중요한 퍼즐 조각입니다."라고 Gustav Ferrand-Drake del Castillo가 말했습니다.

새로운 방법의 또 다른 장점은 많은 양의 에너지가 필요하지 않다는 것입니다. 낮은 전력 소비는 전극 표면의 폴리머 깊이가 나노미터 단위로 매우 얇기 때문에 표면이 작은 전기화학적 신호에 즉시 반응함을 의미합니다.

Gustav Ferrand-Drake del Castillo는 "생물학적 환경의 전자 장치는 종종 배터리의 크기와 움직이는 기계 부품에 의해 제한됩니다. 분자 수준에서 활성화하면 에너지 요구 사항과 움직이는 부품의 필요성이 모두 줄어듭니다."라고 말합니다.

돌파구는 박사 학위 논문으로 시작되었습니다.

이 기술에 대한 연구는 Ferrand-Drake del Castillo가 응용표면화학분과의 Chalmers 교수 Andreas Dahlin의 연구팀에서 박사과정 학생이었을 때 수행되었습니다. 이 프로젝트는 주변 용액의 pH 값에 따라 중성과 하전 사이에서 상태를 변경하는 폴리머 표면을 포함했습니다. 그런 다음 연구원들은 반복되는 전기 신호를 받을 때 표면에 머물 수 있을 만큼 충분히 강하면서도 표면의 전기화학 결과로 실제로 pH 값을 변경하기에 충분히 얇은 재료를 만드는 데 성공했습니다.

"곧 우리는 전기 신호를 사용하여 단백질과 생체 분자의 결합 및 방출을 제어할 수 있다는 것과 전극 물질이 혈청 및 원심 분리된 혈액과 같은 생물학적 용액에서 작동한다는 것을 발견했습니다. 우리는 우리의 발견이 큰 도움이 될 것이라고 믿고 희망합니다. 신약 개발에 도움이 됩니다."라고 Andreas Dahlin은 말합니다.

작년에 Chalmers 연구원의 결과는 분사 회사 Nyctea Technologies에서 수행한 제품 개발에 전달되었습니다. 이 회사는 이미 주요 제약 연구원 및 회사들 사이에 고객을 보유하고 있습니다.

* 폴리머는 반복되는 작은 단위로 구성된 매우 긴 사슬로 구성된 화합물입니다. 일반적인 플라스틱은 폴리머의 한 형태입니다.