Novel Schiff Base Hydrogel Based on Crosslinked between Pectin Aldehyde and Amine-Terminated Cyclotriphosphazene for Drug Delivery
Cette étude rapporte la synthèse et la caractérisation d'un nouvel hydrogel de base de Schiff formé par le réticulage de la pectine aldéhyde avec une diamine de cyclotriphosphazène substituée par du paracétamol, démontrant une cytocompatibilité favorable, une dégradation dépendante du pH et un potentiel de libération contrôlée de médicaments pour des applications biomédicales.
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La médecine est souvent confrontée à un équilibre difficile : administrer un médicament exactement là où il est nécessaire tout en l'empêchant d'atteindre le reste du corps. Si un médicament est libéré trop rapidement ou au mauvais endroit, il peut échouer à traiter la maladie ou provoquer des effets secondaires indésirables. Pour résoudre ce problème, les scientifiques se sont tournés vers les hydrogels, une classe de matériaux qui sont principalement composés d'eau mais qui conservent leur forme comme une éponge douce et flexible. Ces matériaux sont constitués de longues chaînes de molécules capables de piéger des médicaments et de les libérer lentement au fil du temps. Une manière particulièrement prometteuse de construire ces éponges consiste à utiliser une poignée de main chimique appelée réaction de la base de Schiff. Ce processus lie deux types différents de molécules — l'une possédant un groupe amine et l'autre un groupe aldéhyde — créant un réseau à la fois robuste et flexible capable de répondre aux changements de son environnement, tels que l'acidité.
Dans une étude récente, des chercheurs de l'Université technique de Gebze en Turquie ont exploré une nouvelle façon de construire ces éponges de délivrance de médicaments. Ils ont combiné deux ingrédients distincts : un sucre naturel modifié appelé pectine et une molécule synthétique en forme d'anneau basée sur le phosphore et l'azote. La pectine, que l'on trouve dans les parois cellulaires des fruits, a été chimiquement modifiée pour porter des groupes aldéhyde. Le second ingrédient était un composé fabriqué sur mesure dérivé d'un anneau de cyclotriphosphazène, une structure connue pour sa stabilité et sa capacité à être modulée chimiquement. Les chercheurs ont fixé des groupes amine à cet anneau, puis l'ont mélangé à la pectine modifiée par l'aldéhyde. Les deux composants se sont liés par la réaction de la base de Schiff, formant un nouveau type d'hydrogel qui n'avait encore jamais été fabriqué.
L'équipe a commencé par créer les blocs de construction de ce nouveau matériau. Ils ont synthétisé une molécule spécifique à base de phosphore et ont confirmé sa structure exacte grâce à la cristallographie aux rayons X, une technique qui cartographie la position des atomes dans un cristal solide. Cette analyse a révélé que la molécule possédait une forme unique, avec un anneau central et des chaînes latérales incluant des parties d'un analgésique courant, le paracétamol. Une fois les blocs de construction prêts, les chercheurs les ont mélangés à la pectine modifiée par l'aldéhyde. Le mélange s'est spontanément transformé en un gel solide et jaune à mesure que les liaisons chimiques se formaient. Pour comprendre l'aspect de ce nouveau matériau, ils l'ont examiné sous un microscope puissant. Les images ont montré une structure poreuse, remplie de minuscules trous répartis uniformément dans le gel, semblable à une éponge prête à absorber du liquide.
Les chercheurs ont ensuite testé le comportement de ce gel dans différents environnements, en examinant spécifiquement la façon dont il gonfle et dont il libère les médicaments. Ils ont placé le gel séché dans des solutions imitant le corps humain : l'une avec un pH neutre similaire au sang et une autre avec un pH très acide similaire au liquide gastrique. Les résultats ont montré que le gel était hautement absorbant, absorbant l'eau pour devenir de nombreuses fois sa taille originale. Cependant, il se comportait différemment selon l'acidité. Dans la solution acide, le gel a gonflé davantage et a libéré son contenu beaucoup plus rapidement. Lorsqu'ils ont chargé le gel de paracétamol pour tester la délivrance du médicament, le gel a libéré environ sept fois plus de médicament dans l'environnement acide par rapport à l'environnement neutre. Cela suggère que le matériau pourrait être conçu pour libérer la médication spécifiquement dans l'estomac ou d'autres parties acides du corps, tout en retenant le médicament dans le flux sanguin.
La sécurité est un facteur critique pour tout matériau destiné à un usage médical, l'équipe a donc également testé l'interaction du gel avec des cellules vivantes. Ils ont exposé des cellules cutanées humaines à des extraits du gel et ont mesuré la survie des cellules sur plusieurs jours. Les résultats ont indiqué que le matériau était généralement sûr pour les cellules, avec des taux de survie élevés à de faibles concentrations. Bien que les cellules aient montré un certain stress après une semaine à des concentrations très élevées, le comportement global suggérait que le gel était biocompatible. L'étude a également examiné la décomposition du gel au fil du temps. Il s'est dégradé lentement et régulièrement, perdant du poids progressivement plutôt que de s'effondrer d'un coup, ce qui est un trait important pour un matériau devant rester intact suffisamment longtemps pour livrer sa cargaison.
Ce travail représente une première étape vers une nouvelle direction pour la délivrance de médicaments. Bien que des études précédentes aient utilisé des molécules à base de phosphore avec des groupes aldéhyde pour se lier à des polymères naturels, cette étude est la première à avoir réussi à lier une molécule de phosphore terminée par une amine à un polymère naturel modifié par l'aldéhyde. Les chercheurs ont découvert que cette combinaison spécifique créait un réseau poreux et stable capable de répondre aux changements de pH. Bien que le gel n'ait pas libéré chaque molécule du médicament qu'il transportait, la capacité de contrôler le taux de libération en fonction de l'acidité est une découverte significative. Le matériau semble être un candidat prometteur pour de futures applications, offrant un moyen de personnaliser les systèmes de délivrance de médicaments qui soient à la fois efficaces et doux pour le corps.
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