Os géis são formados pela mistura de polímeros em fluidos para criar substâncias pegajosas, úteis para tudo, desde segurar o cabelo no lugar até permitir que lentes de contato flutuem sobre o olho.

Os pesquisadores querem desenvolver géis para aplicações em saúde misturando compostos medicinais e administrando injeções aos pacientes para que o gel libere o ingrediente farmacêutico ativo por um período de meses para evitar picadas de agulha semanais ou diárias.

Mas ficar no caminho é um problema que é tão facilmente compreensível quanto a diferença entre usar gel de cabelo na praia e no meio de uma nevasca - o calor e o frio mudam o caráter do gel.

"Podemos fazer géis com as propriedades corretas de liberação lenta em temperatura ambiente, mas uma vez que os injetamos, o calor do corpo os dissolve rapidamente e libera os medicamentos muito rapidamente", disse Eric Appel, professor assistente de ciência e engenharia de materiais.

Em um artigo publicado em 2 de fevereiro na revista Nature Communications , Appel e sua equipe detalham seu primeiro passo bem-sucedido em direção à fabricação de géis injetáveis ​​resistentes à temperatura com uma mistura projetada para dobrar as leis da termodinâmica de maneira inteligente.

Appel explicou a ciência por trás dessa quebra de regra com uma analogia para fazer gelatina: os ingredientes sólidos são despejados na água, depois aquecidos e mexidos para misturar bem. Conforme a mistura esfria, a gelatina se solidifica à medida que as moléculas se unem. Mas se a gelatina for reaquecida, o sólido se reliquefaz.

O exemplo da gelatina ilustra a interação entre dois conceitos termodinâmicos - entalpia, que mede a energia adicionada ou subtraída de um material, e entropia, que descreve como as mudanças de energia tornam um material mais ou menos ordenado no nível molecular . Appel e sua equipe tiveram que fazer uma gelatina medicinal que não derretia, perdendo assim suas propriedades de liberação de tempo, quando o sólido frio era aquecido pelo corpo.

Para conseguir isso, a equipe de Stanford criou um gel feito de dois ingredientes sólidos - polímeros e nanopartículas. Os polímeros eram fios longos, semelhantes a espaguetes, que têm uma propensão natural para se enredar, e as nanopartículas, com apenas 1/1000 da largura de um fio de cabelo humano, encorajavam essa tendência. Os pesquisadores começaram dissolvendo separadamente os polímeros e as partículas em água e depois misturando-os. Quando os ingredientes misturados começaram a se ligar, os polímeros se enrolaram firmemente em torno das partículas. "Chamamos isso de nosso velcro molecular", disse o primeiro autor Anthony Yu, que fez o trabalho como estudante de graduação em Stanford e agora é pós-doutorado no MIT.

A poderosa afinidade entre os polímeros e as partículas espremeu as moléculas de água que haviam ficado presas entre eles e, à medida que mais polímeros e partículas congelavam, a mistura começou a gelificar em temperatura ambiente . Crucialmente, este processo de gelificação foi alcançado sem adicionar ou subtrair energia. Quando os pesquisadores expuseram este gel à temperatura do corpo (37,5 C), ele não se liquefez como os géis comuns porque o efeito Velcro molecular permitiu que a entropia e a entalpia - ordem e mudança de temperatura, respectivamente - permanecessem aproximadamente em equilíbrio de acordo com a termodinâmica.

Appel disse que será necessário mais trabalho para tornar os géis injetáveis ​​de liberação prolongada seguros para uso humano. Embora os polímeros nesses experimentos fossem biocompatíveis, as partículas eram derivadas de poliestireno, que é comumente usado para fazer talheres descartáveis. Seu laboratório já está tentando fazer esses géis termodinamicamente neutros com componentes totalmente biocompatíveis.

Se forem bem-sucedidos, um gel de liberação prolongada pode ser valioso para fornecer tratamentos antimaláricos ou anti-HIV em áreas com poucos recursos, onde é difícil administrar os remédios de ação curta atualmente disponíveis.

"Estamos tentando fazer um gel que você possa injetar com um alfinete, e então você terá uma pequena bolha que se dissolve muito lentamente por três a seis meses para fornecer uma terapia contínua", disse Appel. "Isso seria uma virada de jogo para a luta contra doenças críticas em todo o mundo."