Доцент Техасского отделения A&M Ахилеш Гахарвар и аспирант Патрик Ли разрабатывают новый класс гидрогелей, которые могут использовать свет для доставки лекарств и лечения в рамках регенеративной медицины, пишет eurekalert.org Advanced Materials. Гидрогели обычно используются в организме, чтобы помочь в регенерации тканей и доставке лекарств. Однако ученым сложно эффективно управлять гидрогелем внутри организма.

Команда исследователей из отдела биомедицинской инженерии Техасского университета A&M разрабатывает новый способ манипулирования гелем – с помощью света.

Аспирант Патрик Ли и доцент доктор Ахилеш Гахарвар разрабатывают новый класс гидрогелей, которые могут использовать свет множеством способов. Свет является особенно привлекательным источником энергии, поскольку он может быть ограничен определенной областью, а также может быть точно настроен в зависимости от времени или интенсивности воздействия света.

Светочувствительные гидрогели – это новый класс материалов, используемых для разработки неинвазивных, бесконтактных, точных и контролируемых медицинских устройств в широком спектре биомедицинских приложений, включая фототермическую терапию, фотодинамическую терапию, доставку лекарств и регенеративную медицину.

Ли отметил, что светочувствительные биоматериалы часто используются в биомедицине; однако современные источники света, такие как ультрафиолетовый свет и видимый свет, не могут проникнуть в ткань в достаточной степени для взаимодействия с гидрогелем. Поэтому команда исследует ближний инфракрасный (NIR) свет, который имеет более высокую глубину проникновения.

Ученые используют новый класс двумерных наноматериалов, известный как дисульфид молибдена (MoS₂), который показал незначительную токсичность для клеток и превосходное поглощение ближнего инфракрасного излучения. Эти нанолисты с высокой эффективностью фототермического преобразования могут поглощать и преобразовывать ближний инфракрасный свет в тепло, и могут быть использованы для управления термореактивными материалами.

В предыдущем исследовании группы, опубликованном в Advanced Materials, некоторые полимеры реагируют с нанолистами MoS₂ с образованием гидрогелей. Основываясь на этом открытии, команда дополнительно использует нанолисты MoS₂ и термочувствительные полимеры для управления гидрогелем в ближнем ИК-диапазоне с помощью фототермического эффекта.

«Эта работа использует свет для активации динамических взаимодействий полимер-наноматериал, – сказал Гахарвар. – При воздействии ближнего ИК-диапазона MoS2 действует как эпицентр сшивки, соединяясь с множеством полимерных цепей посредством химии щелчков, вызванных дефектами, что является уникальным».

NIR-свет позволяет внутреннему формированию терапевтических гидрогелей в организме производить точную доставку лекарств. Для лечения рака большинство лекарств можно удерживать внутри опухоли, что ослабит побочные эффекты химиотерапии. Более того, ближний инфракрасный свет может генерировать тепло внутри опухолей для удаления раковых клеток, что называется фототермической терапией. Таким образом, синергетическая комбинация фототермической терапии и химиотерапии показала более высокую эффективность в уничтожении раковых клеток.