بخشی از مقاله
چکیده
از آنجا که ترمیم طبیعی بافت استخوان پس از ایجاد ضایعه، یک فرایند مرحلهای و منظم است، ساخت یک سامانهی چندمنظوره با قابلیت رهایش کنترلشدهی داروهای القاکنندهی ترمیم استخوان با قوام مکانیکی موثر، گام بزرگی در درمان ضایعههای استخوانی میباشد. ایکارین، ماده موثرهی گیاه هربا اپیمدی، یکی از داروهای گیاهی پرکاربرد چینی، بهعنوان یک داروی القاگر استخوانسازی شناخته شده است.
در این پژوهش داروی ایکارین درون هیدروژل طبیعی کیتوزان -آلژینات بهعنوان یک هیدروژل محرک استخوانسازی بارگذاری شد. در حالی که رهایش کمپلکس درونجای ایکارین-بتاسایکلودکسترین از هیدروژل به مراتب آهسته تر از رهایش ایکارین آزاد از هیدروژل است و همچنین در حضور بتاسایکلودکسترین رهایش انفجاری سامانه به نصف کاهش پیدا کرد. با توجه به رهایش طولانیمدت ایکارین در حضور بتاسایکلودکسترین از هیدروژل و نزدیک شدن به ترمیم طبیعی استخوان، این سامانه میتواند یک سامانه مفید در درمان ضایعههای استخوانی باشد.
.1 مقدمه
بازسازی نقص استخوانی بدون جراحیهای وسیع و دوران بیماری طولانیمدت، یکی از چالشهای پیش رو است که دانش مهندسی بافت در پی حل این مسئله است. استفاده از هیدروژلها بهعنوان داربستهای زیستی همراه با ریزمولکولهای القاگر استخوانسازی با رهایش کنترلشده یکی از روشهای مفید در مهندسی بافت استخوان است که میتواند در آینده جایگزین مناسبی برای جراحیهای وسیع استخوان باشد.[1]
هربا اپیمدی* یک گیاه دارویی باارزش است که در تولیدات رایج پزشکی چین مورداستفاده قرار میگیرد. ایکارین ماده موثره این گیاه است که خواص آن بهعنوان یک داروی القاگر استخوانسازی کاربردی در مهندسی بافت استخوان ثابت شده است2] و .[3 از سویی دیگر، ایکارین ازطریق مسدودکردن مسیر MAPK/NFkB باعث کاهش فعالیت استئوکلاست ها میشود. همچنین، این ریزمولکول توانایی القای رگزایی دارد که ترمیم ضایعات وسیع استخوانی را تسهیل میکند.
[4] با اینکه مصرف خوراکی ایکارین در طول مراحل استخوانسازی پس از ایجاد ضایعه باعث تقویت ساخت استخوان جدید میشود اما به دلیل نیمه عمر داروها و گردش داروها در جریان خون و دسترسی زیستی کم داروهای آبگریز تزریق محلی داروی ایکارین استخوانسازی بیشتری را القا میکند. بنابراین، استفاده از یک سامانهی دارویی ایکارین با دسترسی زیستی مناسب و رهایش آهسته برای توسعه مهندسی بافت استخوان نیاز است.[5]
سایکلودکسترینها الیگوساکاریدهای حلقوی شامل واحدهای گلوکوپیرانوزی D - + - با پیوندهای آلفا 1 به 4 هستند که از اثر سایکلودکسترین-ترنس-گلوکوزیدازی آنزیم روی یک محیط کشت دارای نشاسته بهدست میآیند و دارای یک حفرهی مرکزی آبگریز و سطح بیرونی آبدوست و قطبی میباشند6]، 7 و .[8 سایکلودکسترینها بهوسیلهی به دام انداختن ریزمولکولها یا شاخهای از یک مولکول بزرگ در درون حفره مرکزی خود، توانایی تشکیل کمپلکس درونجای را دارند9] و .[10 تشکیل کمپلکس درونجای سبب افزایش حلالیت دارو و در نتیجه افزایش دسترسی زیستی آنها میشود در واقع حفرهی آبگریز از مولکول مهمان آبگریز در محیط محافظت میکند و سطح قطبی آبدوست اثر حلالیت مولکول را افزایش میدهد.
[11] مطالعه زین جین و همکارانش* نشان میدهد بتاسایکلودکسترین میتواند از تجزیه زیستی ایکارین در برابر محیطهای آنزیمی و شرایط اسیدی و بازی محافظت کند.[12] استفاده از هیدروژلها بهعنوان داربستهای زیستی حاوی سلول یا ریزمولکولهای فعال و یا هردوی آنها بهصورت همزمان یک روش موثر در درمان ضایعههای استخوانی بهشمار میرود. در هیدروژلها جذب آب بالا باعث باز شدن زنجیرهها و رها شدن دارو میشود. استفاده از پلیمرهای طبیعی بهویژه پلی ساکاریدهایی مانند کیتوزان، پکتین، سدیم آلژینات و نشاسته بهعنوان شبکههای هیدروژلی در بافتهای مختلف بسیار مورد توجه هستند.
کیتوزان یک پلیمر کاتیونی طبیعی است که به سبب زیستسازگاری، تخریبپذیری و غیر سمی بودن، ظرفیت بالایی برای کاربرد در داروسازی و مهندسی بافت دارد. با وجود خواص این پلیمر، بهدلیل مقاومت مکانیکی ضعیف، استفاده تنها از کیتوزان بهعنوان هیدروژل با محدودیتهایی روبرو است. به همین دلیل از روشهایی مثل ایجاد اتصالهای عرضی، پیوند و یا ترکیب با پلیمرهای دیگر استفاده میشود.[13] سدیم آلژینات یک پلیمر طبیعی تخریبپذیر غیرسمی آنیونی است. به دلیل اختلاف در بار الکتریکی ترکیب هیدروژلی کیتوزان-آلژینات با تنظیم pH قابل ساخت است.[14]
در هیدروژلها اگر حتی محتوای آب جذب شده بالا باشد ولی داروی به دام افتاده از لحاظ حلالیت تمایلی به پلیمر نداشته باشد بر رهایش دارو اثرگذار است. به همین دلیل بارگذاری دارو درون هیدروژل بصورت غوطهور در محلول به دلایلی مثل عدم تطابق حلالیت پلیمر و دارو، بارگذاری کم دارو، رهایش انفجاری و عدم کنترل بر رهایش ساز و کار مناسبی نمیتواند باشد. سایکلودکسترینها به سبب ساختار ویژهای که در تشکیل کمپلکس درونجا با دارو دارند میتوانند گزینهی مناسبی برای قرار گرفتن در سامانههای هیدروژلی برای بهبود بارگذاری مواد فعال و همچنین کترل رهایش آنها باشند.
[15] از آنجا که ترمیم طبیعی استخوان یک فرایند چند مرحله ای با زمان بندی دقیق و پیامرسانیهای متوالی است. بنابراین داربستهای هیدروژلی بر پایه انتقال ریزمولکولهای القاگر باید بصورت چندمنظوره و با کنترل رهایش آهسته طراحی شوند تا فرایند ترمیم به فرایند طبیعی نزدیک باشد. به همین سبب در این پژوهش رهایش کمپلکس درونجای بتاسایکلودکسترین-ایکارین از داربست هیدروژلی کیتوزان-آلژینات نسبت به ایکارین آزاد به منظور کاربرد در مهندسی بافت استخوان مورد بررسی قرار گرفت.
.1-2 تهیهی هیدروژل آلژینات-کیتوزان
برای تهیه هیدروژل کیتوزان-آلژینات از روش محققان قبل با کمی تغییرات استفاده شد.[16] بهطور خلاصه 200 میلی گرم - 2 درصد وزنی - از هر دو پلیمر بهطور جداگانه در 10 سیسی آب و 120 میکرولیتر اسید استیک - 1/2 درصد حجمی-حجمی - حل شد. پس از 18 ساعت 0/7 گرم سدیم کلراید با غلظت نهایی 1/2 - مولار - به محلول آلژینات اضافه شد. پس از آن، محلول کیتوزان به کمک پمپ سرنگی قطره قطره به محلول آلژینات اضافه شد - 1 درصد وزنی کیتوزان، 1 درصد وزنی آلژینات - تا محلول هموژن بهدست آید. pH نهایی محلول توسط محلول سدیم هیدروکسید غلیظ روی 7 تنظیم شد. محلول هموژن نهایی درون یخچال در دمای 4 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت نگه داری شد و ژل نهایی بهدست آمد.
.2-2 تهیه کمپلکس درونجای بتاسایکلودکسترین-ایکارین
کمپلکس درونجای بتاسایکلودکسترین-ایکارین از روش خشک کن انجمادی تهیه شد. بهطور خلاصه، مقدار 17 میلی گرم بتاسایکلودکسترین در 5 سی سی آب حل شد و بر روی همزن مغناطیسی قرار داده شد تا محلول شفافی بهدست آید. از قبل محلول غلیظ ایکارین در حلال استون - 2 سی سی در 4 میلی گرم معادل غلظت 3000 میکرومولار - در دمای 60 درجه سلسیوس تهیه شده بود. محلول غلیظ ایکارین قطره قطره به ظرف حاوی محلول بتاسایکلودکسترین اضافه شد.
پس از آن، محلول 24 ساعت بر روی همزن قرار داده شد تا استون آن تبخیر شود. با گذشت 24 ساعت، محلول بهدست آمده به مدت 15 دقیقه با دور 1500 سانتریفیوژ شد تا ایکارین های کمپلکس نشده جدا شود. روماند محلول حاوی ایکارین-بتاسایکلودکسترین با حلالیت بالا جدا و در نهایت توسط خشککن انجمادی پودر کمپلکس تهیه شد. برای اطمینان از تشکیل کمپلکس از پودر بهدست آمده ازمون H-NMR تهیه شد.
.3-2 بارگذاری کمپلکس درون هیدروژل
برای بارگذاری کمپلکس، محلول بتاسایکلودکسترین-ایکارین با نسبت مولی 1-1 در 5 سی سی دی متیل سولفوکساید تهیه شد. پس از 18 ساعت، محلول سانتریفیوژ شدهی کمپلکس و جداسازی ایکارینهای کمپلکس نشده، توسط یک سرنگ جداگانه پس از اضافه شدن محلول کیتوزان توسط پمپ سرنگی، در هنگام تشکیل محلول هموژن، به مخلوط دو پلیمر قبل از هموژنشدن بهصورت قطره قطره اضافه شد. همین روند برای دارو در حالت آزاد نیز استفاده شد.
