Een koffiefilter voor medicijnen?

Om een vers gemaakt medicijn uit zijn reactiemengsel te verwijderen, wordt meestal het oplosmiddel gewoon weg gekookt. Maar wat als we een simpele filter zouden kunnen gebruiken? En hoe kiezen we zo'n filter? In ons recent werk tonen we aan dat hoe graag het medicijn oplost in het oplosmiddel belangrijk is om een goede filter te selecteren.

Een koffiefilter voor kleine moleculen

Wetenschappers ontwikkelden filters met extreem kleine poriën, die instaat zijn om heel selectief bepaalde chemische stoffen door te laten en andere niet. Die methode heet nanofiltratie of omgekeerde osmose. Voor farmaceutische toepassingen zijn vooral keramische membranen veelbelovend. Zo'n membranen zijn heel stevig en resistent tegen de meest agressieve oplosmiddelen. Bovendien kunnen we hun chemische eigenschappen aanpassen om ze heel gericht bepaalde chemische stoffen te laten filteren.

Hoe selecteer je nu een goede filter?

Maar hoe weet je wat voor filter je moet gebruiken? Verschillende membranen hebben verschillende groottes van poriën. Je zou dus kunnen denken, ik neem gewoon een membraan met poriën die klein genoeg zijn. Het is helaas iets moeilijker. Experimenten hebben aangetoond dat een membraan met dezelfde poriegrootte, soms bepaalde chemische stoffen doorlaat en andere niet. Zelfs als die stoffen dezelfde grootte hebben. Het is daarom heel wat werk om te onderzoeken welke filter voor welke toepassing werkt.

Hoe bewegen chemische stoffen door zo'n filter?

In ons onderzoek ontwerpen we wiskundige modellen die ons helpen om op voorhand te voorspellen welk membraan je zou kunnen gebruiken. Een computer zou ons dus kunnen helpen. Zo'n modellen laten ook toe om te begrijpen hoe chemische stoffen juist door zo'n filter beween. En dat is belangrijk om nieuwe filters te kunnen ontwerpen. In ons laatste artikel, gebruikten we de Maxwell-Stefan vergelijkingen om het verplaatsen van chemische stoffen door die filters te beschrijven.

We konden op die manier aantonen dat de interacties tussen het oplosmiddel en het medicijn heel belangrij zijn om mee te nemen. We simuleerden de filtratie van een medicijn in verschillende oplosmiddelen door een identiek membraan. Verrassend genoeg konden we aantonen dat wanneer het medicijn graag oplost in het oplosmiddel, het membraan perfect werkt. Maar omgekeerd, wanneer het medicijn niet graag oplost in het oplosmiddel, dan werkt het membraan zeer slecht. Het medicijn vloeit dan gewoon door de filter, samen met het oplosmiddel.

We keken ook naar het mechanisme waarmee zo'n chemische stof door de filter beweegt. Er zijn namelijk twee mogelijkheden. Chemische stoffen kunnen door de gaatjes stromen, net zoals wanneer je je kraan opendoet en water door de kraan stroomt. Maar als de poriën heel klein worden, kunnen de chemische stoffen ook botsen met de wand. Bij de filters die wij bestudeerden, leek het mechanisme waarbij het oplosmiddel stroomt het belangrijkste.

Het is dus belangrijk om de interacties tussen solvent en medicijn goed te begrijpen en ook het mechanisme waarmee solvent en medicijn door de filter bewegen. Want op die manier kunnen we betere modellen ontwikkelen, die ons hopelijk binnenkort helpen met het selecteren van membranen, gewoon van achter de bureaustoel. Maar het laat ons ook toe om te dromen van nieuwe filters, die nog performanter zijn.