Ciéntíficos usan ondas sonoras para levitar y manipular la materia

No es un truco de magia y no es un juego de manos – los científicos realmente están utilizando la levitación para una serie de aplicaciones prácticas, como la mejora del proceso de desarrollo de fármacos, con el tiempo dando fármacos más eficaces y con menos efectos secundarios.

Científicos del Laboratorio Nacional (DOE) de Argonne han descubierto una manera de utilizar ondas sonoras para levitar gotas individuales de soluciones que contienen diferentes productos farmacéuticos. Mientras que la conexión entre la levitación y el desarrollo de fármacos puede no ser inmediatamente evidente, una relación especial emerge en el nivel molecular.

A nivel molecular, las estructuras farmacéuticas caen en una de dos categorías: amorfo o cristalino. Las drogas amorfas normalmente son más eficientemente absorbidas por el cuerpo que sus primas cristalinas; esto es porque los fármacos amorfos son altamente solubles y tienen una mayor biodisponibilidad, lo que sugiere que una dosis más baja puede producir el efecto deseado.

“Uno de los mayores desafíos cuando se trata de desarrollo de fármacos es la reducción de la cantidad del fármaco necesaria para alcanzar el beneficio terapéutico, sea lo que sea”, dijo el físico de rayos X Argonne Chris Benmore, quien dirigió el estudio.

“La mayoría de los medicamentos en el mercado son cristalinos – que no queden totalmente absorbidos por el cuerpo y por lo tanto no están recibiendo el uso más eficiente de ellos”, agregó Yash Vaishnav, Argonne Gerente Senior de Desarrollo de la Propiedad Intelectual y Comercialización.

Hacer que los farmacéuticos pasen de solución a un estado amorfo, sin embargo, no es tarea fácil. Si la solución se evapora mientras está en contacto con parte de un recipiente, es mucho más probable que se solidifique en su forma cristalina. “Es casi como si estas sustancias quisieran encontrar una manera de ser cristalina,” dijo Benmore.

Para evitar este problema, Benmore necesitaba encontrar una manera para evaporar una solución sin que esta toque nada. Debido a que los líquidos se ajustan a la forma de sus contenedores, esto era un requisito casi imposible – tan difícil, de hecho, que Benmore tuvo que recurrir a un levitador acústico, una pieza de equipo desarrollado originalmente para la NASA para simular condiciones de microgravedad.

La levitación o “procesamiento sin contenedor” puede formar muestras prístinas que se pueden probar in situ con los rayos X de alta energía en la fuente de fotones avanzada de Argonne. “Esto permite la amorfización de la droga para ser estudiada, mientras que se está procesando”, dijo Rick Weber, que trabaja en el equipo del proyecto en el sincrotrón.

El levitador acústico utiliza dos altavoces pequeños para generar ondas de sonido a frecuencias ligeramente por encima de la gama audible – aproximadamente 22 kilohercios. Cuando los altavoces superior e inferior están alineados con precisión, crean dos conjuntos de ondas sonoras que interfieren perfectamente unos con otros, la creación de un fenómeno conocido como una onda estacionaria.

En ciertos puntos a lo largo de una onda estacionaria, conocida como nodos, no hay transferencia neta de energía en absoluto. Debido a que la presión acústica de las ondas de sonido es suficiente para cancelar el efecto de la gravedad, los objetos de luz son capaces de levitar cuando se colocan en los nodos.

Aunque sólo pequeñas cantidades de un medicamento puede ser actualmente “amorfizada” usando esta técnica, sigue siendo una poderosa herramienta analítica para comprender las condiciones que hacen a la mejor preparación amorfa, explicó Vaishnav.

Investigadores de Argonne ya han investigado más de una docena de productos farmacéuticos diferentes, y el departamento de desarrollo de Tecnología y comercialización del laboratorio está actualmente buscando una patente para el método. Desarrollo de Tecnología y Comercialización también está interesada en asociarse con la industria farmacéutica para desarrollar la tecnología aún más, así como a conceder licencias para el desarrollo comercial.

Después de la adaptación de la tecnología para la investigación de fármacos, los científicos de Argonne se unieron con los profesores Stephen Byrn y Lynne Taylor del Departamento de farmacéutica Industrial y Física de la Universidad de Purdue, así como con Jeffery Yarger del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad Estatal de Arizona. El grupo está trabajando en identificar cuáles serán los medicamentos a los que la instrumentación de la levitación impactará con más fuerza.

Vía From Quarcks Tu Quasars