Cuando visitas el laboratorio de Andrew Steckl en la Universidad de Cincinnati, ves una caja de vidrio indescriptible que entrelaza diferentes fibras.
Ve posibilidades infinitas.
El laboratorio de Steckl está presentando nuevas aplicaciones para un proceso de fabricación llamado electrohilado coaxial, que combina dos o más materiales en una fibra fina para su uso en la industria, los textiles o incluso la medicina. La máquina bombea dos o más polímeros líquidos en una boquilla quegotea como un grifo que gotea. Una vez que se aplica voltaje eléctrico, el goteo se convierte en un chorro de tela de araña compuesto por un núcleo de un material rodeado por una vaina de otro.
"Parece engañosamente simple. Pero la química es la salsa secreta", dijo.
Steckl es un Académico Eminente de Ohio y profesor en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC. Su último estudio, publicado este mes en la portada de la revista ChemPlusChem , describió las muchas aplicaciones de un proceso de fabricación que combina las increíbles propiedades de un material con los poderosos beneficios de otro.
Electrospinning se inventó en 1902 y se aplicó por primera vez a los textiles en la década de 1930. Pero solo ahora los investigadores se están dando cuenta de todo su potencial. El Laboratorio de Nanoelectrónica de Steckl se ha preocupado con nuevas combinaciones de "ingredientes" para aprovechar sus beneficios únicos.
"La belleza es que puedes tener combinaciones de polímeros con propiedades que normalmente no encuentras en la naturaleza", dijo Steckl.
Ha pasado gran parte de la última década investigando el vasto potencial del giro eléctrico.
"Esto es lo mejor desde el pan rebanado, no es que me guste el pan rebanado", dijo el corredor de maratón.
Por ejemplo, los investigadores pueden combinar un núcleo rígido rodeado de material blando, flexible o adhesivo. O pueden crear una cubierta resistente al agua que rodea un compuesto que se disuelve rápidamente en agua.
"O podría poner moléculas de drogas en el interior para un tratamiento rodeado de moléculas para aliviar el dolor en el exterior", dijo.
Un inconveniente ha sido producir suficiente material para uso comercial. Pero docenas de compañías en los Estados Unidos y en todo el mundo están creando sistemas de producción a gran escala para fibras electrohiladas. Steckl está trabajando con socios de investigación en la UC y otras universidades de investigación.para explorar las posibilidades.
Él y el ex profesor de la Facultad de Farmacia de la UC, Giovanni Pauletti, quieren crear métodos anticonceptivos más efectivos utilizando electrohilado coaxial. Pauletti ahora enseña en la Facultad de Farmacia de St. Louis.
La fibra electrohilada sería una aplicación similar a un tampón utilizada para atrapar y matar esperma. Otra versión podría liberar medicamentos antiinfecciosos para prevenir enfermedades de transmisión sexual, dijo Pauletti.
Steckl dijo que esperan demostrar que el dispositivo es más fácil de usar y más efectivo que otros anticonceptivos de tipo esponja.
Steckl también está trabajando con investigadores de la Universidad Johns Hopkins para reemplazar la quimioterapia tradicional con un tratamiento localizado de tumores cerebrales llamado glioblastoma.
"La quimioterapia es esencialmente un tratamiento para todo el cuerpo. El tratamiento tiene que atravesar la barrera hematoencefálica, lo que significa que la dosis para todo el cuerpo que debe ser debe ser mucho mayor", dijo Steckl. "Esto puede ser peligroso y tener un lado tóxicoefectos "
Steckl y sus socios de investigación, el Dr. Henry Brem y Betty Tyler, de la Universidad Johns Hopkins, son pioneros en un tratamiento en el que se extrae la lesión de glioblastoma y se aplica una cápsula electrohilada coaxial para administrar el medicamento localmente durante días o semanas. Brem y Tyler desarrollaron previamenteuna oblea de tratamiento llamada Gliadel en 2003 para el glioblastoma.
Tyler, quien administra el Laboratorio de neurocirugía Hunterian en Johns Hopkins, dijo que al implantar la oblea Gliadel cargada con quimioterapia en el sitio de la lesión extirpada se aplica el medicamento donde más se necesita a una concentración que sería difícil de lograr de otra manera sin exponer a un paciente auna dosis tóxica
Hasta ahora, dijo Steckl, los ensayos en animales han demostrado que las fibras electrohiladas proporcionan resultados aún mejores porque los cirujanos pueden aplicar diferentes combinaciones de tratamientos que administran medicamentos durante la duración deseada.
"La formulación electrohilada única del Dr. Steckl nos atrajo por múltiples razones", dijo Tyler. "Tiene la capacidad de liberar lentamente su carga útil, es biocompatible y se pueden cargar y liberar múltiples medicamentos".
Tyler dijo que planean aplicar el electrohilado a otros medicamentos aprobados por la FDA en combinaciones únicas para el tratamiento de tumores cerebrales.
"Nuestra esperanza es entregar estos agentes utilizando la tecnología del Dr. Steckl para aumentar las opciones terapéuticas para los pacientes con tumores cerebrales", dijo Tyler.
Steckl dijo que la gran área de superficie y las propiedades personalizadas de las fibras las convierten en un sistema ideal de administración de medicamentos. Por ejemplo, los pacientes que tienen que tomar medicamentos varias veces al día para afecciones como la enfermedad de Parkinson podrían tomar un solo medicamento por mucho tiempo.dosis de acción hecha de medicamentos electrospun.
"El problema es que quizás recuerdes tu dosis de la mañana, pero podrías olvidar tu dosis de la tarde", dijo. "¿Debo tomar otra? ¿Tomé tres hoy? Una sola dosis de mayor duración es mucho más simple".
Steckl dijo que los investigadores están creando medicamentos electrohilados con fibras que solo se disuelven con una acidez particular en el sistema digestivo. Esto podría retrasar o extender la liberación de los ingredientes activos.
"Es una idea bastante inteligente", dijo.
investigador asociado de UC Daewoo Han, autor principal de la ChemPlusChem estudio, dijo que el electrohilado se ha utilizado para crear nanofibras versátiles. Además de la medicina, las últimas aplicaciones incluyen baterías avanzadas.
"Hay oportunidades ilimitadas de colaboración en diferentes disciplinas, que conducen a excelentes proyectos de investigación multidisciplinarios", dijo Han. "Estoy muy emocionado de colaborar con expertos en otros campos e institutos".
Han dijo que ha disfrutado trabajando en el Laboratorio de Nanoelectrónica de Steckl.
"Él siempre está dispuesto a interactuar con sus estudiantes y apoyarlos agresivamente", dijo Han. "No solo se dedica a la investigación actual, sino que también le gusta buscar nuevos temas de investigación".
Si bien el grupo de investigación de la UC no es el primero en estudiar las fibras electrohiladas, está produciendo grandes resultados, dijo Steckl.
"Hemos ampliado enormemente el campo. Somos uno de los principales grupos de investigación en el mundo trabajando en el electrohilado coaxial. Ha sido muy divertido", dijo.
¿Cómo un ingeniero eléctrico sin experiencia médica puede encontrar soluciones novedosas en algunas de las disciplinas más complejas de la medicina, como la neurocirugía? Steckl dijo que tiene un espíritu colaborativo y una valentía para responder preguntas muy alejadas de la ingeniería.
"Llevamos nuestra curiosidad a donde nos lleva", dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cincinnati . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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