Anzeige
The tiny needles can be fabricated under normal temperature and pressure and from water, so they can be loaded with sensitive biochemical compounds and maintain their activity prior to use. They are also biodegradable and biocompatible.
The research paper "Fabrication of Silk Microneedles for Controlled-Release Drug Delivery" appeared in Advanced Functional Materials December 2 online in advance of print.
The Tufts researchers successfully demonstrated the ability of the silk microneedles to deliver a large-molecule, enzymatic model drug, horseradish peroxidase (HRP), at controlled rates while maintaining bioactivity. In addition, silk microneedles loaded with tetracycline were found to inhibit the growth of Staphylococcus aureus, demonstrating the potential of the microneedles to prevent local infections while also delivering therapeutics.
"By adjusting the post-processing conditions of the silk protein and varying the drying time of the silk protein, we were able to precisely control the drug release rates in laboratory experiments," said Fiorenzo Omenetto, Ph.D., senior author on the paper. "The new system addresses long-standing drug delivery challenges, and we believe that the technology could also be applied to other biological storage applications."
The Drug Delivery Dilemma
While some drugs can be swallowed, others can't survive the gastrointestinal tract. Hypodermic injections can be painful and don't allow a slow release of medication. Only a limited number of small-molecule drugs can be transmitted through transdermal patches. Microneedles—no more than a micron in size and able to penetrate the upper layer of the skin without reaching nerves—are emerging as a painless new drug delivery mechanism. But their development has been limited by constraints ranging from harsh manufacturing requirements that destroy sensitive biochemicals, to the inability to precisely control drug release or deliver sufficient drug volume, to problems with infections due to the small skin punctures.
The process developed by the Tufts bioengineers addresses all of these limitations. The process involves ambient pressure and temperature and aqueous processing. Aluminum microneedle molding masters were fabricated into needle arrays of about 500 µm needle height and tip radii of less than 10 µm. The elastomer polydimethylsiloxane (PDMS) was cast over the master to create a negative mold; a drug-loaded silk protein solution was then cast over the mold. When the silk was dry, the drug-impregnated silk microneedles were removed. Further processing through water vapor annealing and various temperature, mechanical and electronic exposures provided control over the diffusity of the silk microneedles and drug release kinetics.
"Changing the structure of the secondary silk protein enables us to 'pre-program' the properties of the microneedles with great precision," said David L. Kaplan, Ph.D., coauthor of the study, chair of biomedical engineering at Tufts and a leading researcher on silk and other novel biomaterials. "This is a very flexible technology that can be scaled up or down, shipped and stored without refrigeration and administered as easily as a patch or bandage. We believe the potential is enormous."
Other co-authors on the paper, all associated with the Department of Biomedical Engineering, are Konstantinos Tsioris, doctoral student; Waseem Raja, post-doctoral associate; Eleanor Pritchard, post-doctoral associate; and Bruce Panilaitis, research assistant professor.
The research was based on work supported in part by the U.S. Army Research Laboratory, the U.S. Army Research Office, the Defense Advanced Research Projects Agency-Defense Sciences Office and the Air Force Office of Scientific Research.
Tsioris, K., Raja, W. K., Pritchard, E. M., Panilaitis, B., Kaplan, D. L. and Omenetto, F. G. (2011), Fabrication of Silk Microneedles for Controlled-Release Drug Delivery. Advanced Functional Materials. doi: 10.1002/adfm.201102012
Located on Tufts' Medford/Somerville campus, the School of Engineering offers a rigorous engineering education in a unique environment that blends the intellectual and technological resources of a world-class research university with the strengths of a top-ranked liberal arts college. Close partnerships with Tufts' undergraduate, graduate and professional schools, coupled with a long tradition of collaboration, provide a strong platform for interdisciplinary education and scholarship. The School of Engineering's mission is to educate engineers committed to the innovative and ethical application of science and technology in addressing the most pressing societal needs, to develop and nurture twenty-first century leadership qualities in its students, faculty, and alumni, and to create and disseminate transformational new knowledge and technologies that further the well-being and sustainability of society in such cross-cutting areas as human health, environmental sustainability, alternative energy, and the human-technology interface.
Kim Thurler | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.tufts.edu
Weitere Berichte zu: Advanced Functional Materials > Advanced Investigator Grant > Army > Drug Delivery > drug-loaded silk protein solution > enzymatic model drug > Functional Airspace Blocks > microneedles > Panilaitis > sensitive biochemical compounds > silk protein > Staphylococcus aureus > tetracycline
Engineered materials: Custom-made magnets
24.05.2012 | The Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
Singapore-made anti-reflective plastics to be commercialised
24.05.2012 | The Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten