Visão geral das microesferas

As microesferas, como o nome sugere, são pequenas partículas esféricas na faixa micrométrica (1-1000 mícrons). Eles têm diversas aplicações em medicina e ciências biológicas, como administração de medicamentos, engenharia de tecidos, biossensores, imagens médicas, etc.

01Classificação

Pode ser classificado de acordo com sua composição, estrutura e função. Alguns tipos comuns incluem:

Microesferas de Polímero: Eles são feitos de polímeros naturais ou sintéticos, como gelatina, alginato, poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) e polietilenoglicol (PEG). Eles podem ser usados para encapsular medicamentos, proteínas ou moléculas de DNA para liberação controlada ou administração direcionada de medicamentos.

Microesferas Cerâmicas: Eles são feitos de materiais inorgânicos como hidroxiapatita (HA), silício e fosfato de cálcio. Eles podem ser usados para simular a fase mineral do tecido ósseo ou aumentar a resistência mecânica de andaimes.

Microesferas lipídicas: Eles são feitos de lipídios como fosfolipídios, colesterol e triglicerídeos. Eles podem formar vesículas ou emulsões e transportar substâncias hidrofílicas ou hidrofóbicas. Eles também podem entregar genes ou vacinas por fusão com membranas celulares.

Microesferas magnéticas: Eles são feitos de materiais magnéticos, como óxidos metálicos como ferro, cobalto e níquel. Eles podem ser manipulados por um campo magnético externo e usados para separação, concentração ou transporte de biomoléculas. Eles também podem ser usados para ressonância magnética (MRI) ou terapia de hipertermia.

Microesferas ocas: Elas têm um núcleo oco e uma casca fina. Elas têm uma área de superfície específica maior, menor densidade e melhor fluidez do que microesferas sólidas. Elas também podem ser usadas para carregar mais medicamentos ou agentes de contraste para entrega ou geração de imagens aprimoradas.

Microesferas da SHBC

02 Propriedades

Suas propriedades dependem de uma variedade de fatores, como tamanho de partícula, formato, carga de superfície, porosidade e biodegradabilidade. Essas propriedades podem afetar suas interações com sistemas biológicos e seu desempenho em várias aplicações.

(1) Tamanho de partícula

O tamanho dele pode afetar sua difusão, sedimentação e biodistribuição. Microesferas menores podem penetrar mais profundamente em tecidos e órgãos, enquanto microesferas maiores podem evitar serem eliminadas pelo sistema reticuloendotelial (RES).

(2) Forma da partícula

O formato dele afeta seu encapsulamento, fluxo e estabilidade mecânica. Microesferas esféricas podem ter maior densidade de empacotamento e menores coeficientes de atrito, enquanto microesferas de formato irregular podem ter maiores áreas de superfície e melhor adesão.

(3)Carga de superfície

A carga de superfície determina suas interações eletrostáticas com biomoléculas e células. Microesferas carregadas positivamente podem se ligar a membranas celulares carregadas negativamente ou moléculas de DNA, enquanto microesferas carregadas negativamente podem repeli-las. Microesferas neutras podem ter interações mínimas com componentes biológicos.

(4)Porosidade

A porosidade pode facilmente afetar sua capacidade de carga de fármacos, taxa de liberação e taxa de degradação. Microesferas porosas podem conter mais fármacos ou biomoléculas do que microesferas não porosas. No entanto, microesferas porosas também podem liberar seus conteúdos mais rapidamente e degradar mais rápido do que microesferas não porosas.

(5)Biodegradabilidade

Sua biodegradabilidade pode afetar sua biocompatibilidade e eliminação do corpo. Microesferas biodegradáveis podem ser quebradas em produtos inofensivos por enzimas ou hidrólise, enquanto microesferas não biodegradáveis podem existir no corpo por um longo tempo. Microesferas biodegradáveis são mais populares em aplicações de administração de medicamentos e engenharia de tecidos.

03 Métodos de síntese de microesferas

1. Secagem por pulverização: Este é um método para preparar microesferas sólidas ou ocas atomizando uma solução ou suspensão líquida em gotículas finas e secando-as em ar quente. Este método é simples, rápido e escalável. Pode ser usado para encapsular medicamentos, proteínas ou moléculas de DNA para liberação controlada ou administração direcionada de medicamentos.
2. Polimerização em emulsão: Este é um método para preparar microesferas poliméricas dispersando monômeros em uma fase aquosa contínua e iniciando a polimerização usando um iniciador solúvel em água ou solúvel em óleo na presença de um surfactante. Este método pode produzir microesferas uniformes e estáveis com alto rendimento e baixo custo. Também pode incorporar medicamentos ou biomoléculas em microesferas durante ou após a reação de polimerização.
3. Método sol-gel: Este é um método para preparar microesferas cerâmicas hidrolisando e condensando alcóxidos ou nitratos metálicos em um solvente para formar uma suspensão coloidal ou gel e depois secando e calcinando o gel. Este método pode produzir microesferas porosas e biocompatíveis com tamanho e formato controláveis. Também pode ser utilizado para modificar a superfície de microesferas com grupos funcionais ou biomoléculas.
4. Método de extrusão: Este é um método para preparar microesferas lipídicas por extrusão de uma solução ou suspensão lipídica em uma fase aquosa através de um pequeno bocal sob alta pressão para formar gotículas solidificadas. Este método pode produzir microesferas esféricas e lisas com distribuição estreita de tamanho de partícula e alta eficiência de encapsulamento. Também pode alterar a composição e as propriedades das microesferas lipídicas, alterando o tipo, concentração e temperatura dos lipídios.
5. Método de coprecipitação: Este é um método para preparar microesferas magnéticas misturando solução de sal metálico e solução alcalina para formar hidróxidos metálicos insolúveis precipitados em partículas finas e, em seguida, revestindo as partículas para obter polímeros ou surfactantes. Este método pode produzir microesferas magnéticas com alta magnetização e estabilidade. Agora, novas tecnologias também foram derivadas para preparar microesferas, como a microfluídica. Amigos interessados podem aprender sobre isso sozinhos.

04 Algumas aplicações:

1.Entrega de drogas: As microesferas podem ser usadas para administrar medicamentos a partes específicas do corpo, como tumores, infecções ou tecidos inflamados. Eles também podem controlar a taxa de liberação e a duração dos medicamentos, melhorar a eficácia dos medicamentos e reduzir seus efeitos colaterais. Por exemplo, as microesferas de PLGA podem fornecer medicamentos anticancerígenos a tumores cerebrais, atravessando a barreira hematoencefálica. As microesferas lipídicas podem administrar insulina a pacientes diabéticos por administração oral. Microesferas magnéticas podem fornecer medicamentos a tumores hepáticos.

2.Engenharia de tecidos: As microesferas podem ser usadas para criar estruturas ou matrizes que suportam o crescimento e a diferenciação de células ou tecidos. Eles também podem fornecer sinais mecânicos, químicos e biológicos para regular o comportamento e a função celular. Por exemplo, microesferas de HA podem ser usadas para criar estruturas de tecido ósseo com propriedades osteocondutoras e osteoindutoras. Microesferas de alginato podem ser usadas para encapsular células-tronco ou fatores de crescimento para promover a regeneração do tecido cartilaginoso. Microesferas ocas podem ser usadas para criar estruturas leves e soltas para engenharia de tecidos moles.

3.Biossensores: Microesferas podem ser usadas para aumentar a sensibilidade e especificidade de biossensores que detectam biomoléculas ou patógenos. Eles também podem amplificar sinais ou alterar a cor dos biossensores. Por exemplo, microesferas poliméricas podem ser utilizadas para imobilizar anticorpos ou enzimas na superfície de biossensores para imunoensaios ou ensaios enzimáticos. Microesferas cerâmicas podem ser usadas para criar biossensores ópticos, onde alteram seu índice de refração ou fluorescência quando estimulados por um analito. Microesferas magnéticas podem ser usadas para separar e concentrar biomoléculas ou patógenos para detecção de biossensores.

4.Imagem: As microesferas podem ser usadas para melhorar o contraste e a resolução de técnicas de imagem para estrutura ou função de tecidos ou órgãos. Eles também podem marcar ou rastrear células ou medicamentos in vivo. Por exemplo, microesferas lipídicas podem ser utilizadas como agentes de contraste de ultra-sons para melhorar a dispersão acústica das ondas sonoras. Microesferas ocas podem ser usadas como agentes de contraste de raios X para aumentar a atenuação dos raios X. Microesferas magnéticas podem ser usadas como agentes de contraste em ressonância magnética para alterar o relaxamento da ressonância magnética das moléculas de água.

As microesferas são partículas versáteis e multifuncionais com uma variedade de aplicações na medicina e nas ciências biológicas. Elas podem ser personalizadas para diferentes necessidades e propósitos, alterando seu tipo, propriedades, método de síntese e uso. Comparadas com materiais ou métodos tradicionais, elas têm muitas vantagens, como maior eficiência, menor toxicidade, melhor biocompatibilidade e operação mais fácil. No entanto, elas também trazem alguns desafios, como potencial imunogenicidade, agregação, degradação, depuração, etc. Portanto, mais pesquisa e desenvolvimento são necessários para otimizar seu design e desempenho e para garantir sua segurança e eficácia.