Lewitujące lekarstwa

Naukowcy z Argonne National Laboratory (ANL) wykorzystują fale dźwiękowe do wywołania lewitacji kropelek roztworów zawierających leki. To, co na pierwszy rzut oka wydaje się naukową zabawą pozwala na produkcję doskonalszych farmaceutyków.

Związek lewitacji z pracami nad rozwojem leków widoczny jest na poziomie molekularnym. Bowiem molekularna struktura lekarstw może być albo amorficzna, albo krystaliczna. Lekarstwa o strukturze amorficznej są zwykle bardziej skuteczne, gdyż łatwiej się rozpuszczają, przez co są łatwiej przyswajalne przez organizm. A to oznacza, że można zastosować mniejszą ich dawkę.

Jednym z największych wyzwań dotyczących rozwoju lekarstw jest spowodowanie, by jak najmniejsza dawka wywoływała pożądany efekt terapeutyczny - mówi Chris Benmore, który kieruje pracami zespołu badawczego.

Większość dostępnych na rynku lekarstw ma postać krystaliczną - nie są w pełni absorbowane przez organizm, zatem efektywność ich wykorzystania nie jest optymalna - dodaje Yash Vaishnav.

Problem w tym, że uzyskanie z roztworu amorficznej formy leku nie jest łatwe. Jeśli podczas odparowywania roztwór ma kontakt z naczyniem, prawdopodobnie utworzą się kryształy. Dlatego też uczeni z ANL chcieli znaleźć sposób na odparowanie roztworu tak, by niczego on nie dotykał. Zadanie niezwykle trudne, gdyż płyny przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują.

Benmore postanowił wykorzystać akustyczne urządzenie do lewitacji opracowane przez NASA w celu symulowania mikrograwitacji. Akustyczny lewitator wykorzystuje dwa głośniki emitujące fale dźwiękowe o częstotliwości niemal 22 kHz. Gdy głośnik górny i dolny zostaną precyzyjnie umieszczone, dochodzi do idealnej interferencji fal dźwiękowych i pojawienia się zjawiska zwanego falą stojącą. W pewnych jej punktach, zwanych węzłami, nie zachodzi transfer netto energii. Ciśnienie akustyczne fali dźwiękowej wystarcza do przezwyciężenia siły grawitacji. Dlatego niewielkie obiekty umieszczone w węzłach lewitują.

Na obecnym etapie badań można w ten sposób uzyskiwać bardzo małe ilości lekarstw. Jednak uczonym nie chodzi o ich produkcję, a o zbadanie zjawiska powstawania amorficznych molekuł i zrozumienie warunków, jakie trzeba spełnić, by móc w przyszłości masowo produkować lekarstwa o pożądanych właściwościach.

Uczeni z Argonne przetestowali już kilkanaście różnych lekarstw i złożyli wniosek patentowy dotyczący nowej technologii badawczej. Poprosili też o pomoc profesorów Stephena Byrna oraz Lynne Taylor z Wydziału Farmacji Przemysłowej i Fizycznej Purdue University i Jeffreya Yargera z Wydziału Chemii i Biochemii Arizona State University. Wspólnie z nimi badają, na produkcję których lekarstw lewitacja ma najlepszy wpływ.