مقاله ساخت و بررسی ترکیب کیتوسان/پلی اتیلن گلایکول فومارات برای کاربردهای زخم پوش پزشکی

بخشی از مقاله

چکیده

هدف این تحقیق تهیهی یک فیلم آمیزهای بر پایهی کیتوسان/پلیاتیلن گلایکول فومارات - PEGF - و معرفی آن بهعنوان یک زخمپوش پزشکی میباشد. ابتدا پلیمر پلیاتیلن گلایکول فومارات با استفاده از مونومرهایی چون پلیاتیلن گلایکول و فوماریل کلراید از طریق واکنش پلیمریزاسیون تراکمی تهیه شد. سپس آمیزهای بر پایهی کیتوسان و پلیاتیلن گلایکول فومارات آماده و با استفاده از روش ریختهگری حلال در قالبهای شیشهای به شکل فیلم درآمد. گروههای عاملی موجود در ساختار پلیمر سنتز شده با استفاده از طیفسنجی مادونقرمز تعیین گردیدند. ضخامت فیلمهای تهیهشده با استفاده از ضخامتسنج و استحکام مکانیکی نمونهها با استفاده از دستگاه آزمون کشش تعیین گردید . علاوه بر این میزان گذردهی بخارآب فیلمهای تهیهشده نیز مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان میدهد که فیلم کیتوسان/پلیاتیلن گلایکول فومارات دارای خواص مکانیکی بهتر و گذردهی بخارآب بیشتری نسبت به فیلم کیتوسان به تنهایی میباشد.

کلمات کلیدی: زخمپوش، آمیزه، کیتوسان، پلیاتیلن گلایکول فومارات

.1 مقدمه

هرساله بیماران بسیاری به منظور درمان آسیبهای پوستی ناشی از ضربات مکانیکی، اعمال جراحی، سوختگیها، بیماریهایی چون دیابت،چاقی و غیره در بیمارستانها بستری میشوند. این بیماران نیازمند مراقبتهای ویژهی درمانی بوده تا اولین و مهمترین عملکرد پوست یعنی ایجاد یک سد فیزیکی و محافظتی در برابر آسیبهای محیطی بازگردانده شود .[1-3] درگذشته برای درمان زخمهای پوستی از پانسمانهای سنتی چون بانداژهای طبیعی یا مصنوعی، پنبه، پارچه و گاز با درجات مختلفی از جذب استفاده مینمودند. این پانسمانها دارای عملکرد اولیهای چون جلوگیری از خونریزی، خشک نگهداشتن زخم با فراهم نمودن امکان تبخیر ترشحات زخم و جلوگیری از ورود باکتریهای مضر و محرکهای محیطی همچون آب و اختلالات الکترولیتی به داخل زخم بودند .[4,5] استانداردهای کنونی برای مراقبت از زخمهای مزمن شامل حذف عفونت، تمیز کردن زخم، پانسمان نمودن و در برخی از موارد دبریدمان زخم میباشد .[1,2] امروزه زخمپوش های بسیاری بهصورت تجاری در دسترس میباشند که هر یک بسته به مواد بهکاررفته در تهیهی آنها دارای ویژگیهایی در جهت بهبود بافت آسیبدیده میباشند.

یک زخمپوش ایدهآل میبایستی زیست سازگار باشد، محیط مرطوبی را ایجاد نماید، ترشحات زخم را جذب نموده، هموستاتیک و ضد میکروبی باشد، مانع از اختلال در فرآیند طبیعی بهبودی زخم گردد و درنهایت بازسازی بافت را تشویق نماید .[1,6,7] مواد بسیاری چون کیتوسان، کلاژن، هیالورونیک اسید، سیلیکون، آلژینات، هپارین، سلولز، ژلاتین و غیره به اشکال مختلفی برای تولید زخمپوشها ارائهشدهاند. در این میان کیتوسان به دلیل دارا بودن ویژگیهای منحصربهفرد، توجه بسیاری را معطوف خود ساخته است .[1,8] کیتوسان یک پلی ساکارید خطی پلی کاتیونی و طبیعی میباشد که از دی استیلاسیون جزئی کیتین به دست میآید. این ماده کوپلیمری متشکل از توزیع تصادفی واحدهای -D- گلوکزآمین و -Nاستیل--Dگلوکزآمین میباشد و برخلاف اکثریت پلی ساکاریدها در محیط اسیدی دارای ماهیت کاتیونی میباشد؛ این خاصیت این امکان را برای کیتوسان فراهم میآورد که کمپلکسهای الکترواستاتیکی یا ساختارهای چندلایهای با دیگر پلیمرهای طبیعی و مصنوعی دارای بار منفی تشکیل دهد .[9]

کیتوسان دارای خواص مطلوبی چون عدم سمیت، زیست سازگاری، زیستتخریبپذیری، تمایل بسیار به پروتئینها، فعالیت هموستاتیک، قابلیت چسبندگی به سلولها، اثر ضدالتهابی و فعالیت ضد میکروبی در برابر انواع مختلفی از باکتریها و قارچها میباشد که آن را به مادهای اثربخش در حوزههای مختلفی چون مهندسی بافت و فناوری سلولهای بنیادی، سیستمهای تحویل دارو و ژن، بهبودی زخم، تصفیهی آب، درمان چاقی و حوزههایی چون صنایع غذایی و غیره تبدیل نموده است .[1,5,8-11] ازجمله فعالیتهای زیستی کیتوسان میتوان به فعالیت ضد باکتریایی، ضد قارچی، ضد HIV-1، ضد توموری و فعالیت آنتیاکسیدانی آن اشاره نمود. در توضیح نحوهی عملکرد زخمپوشهای بر پایهی کیتوسان در حوزه ی بهبودی زخم میتوان گفت هنگامیکه زخمپوش با خون تماس پیدا میکند چسبنده میشود، زخم را میپوشاند و خونریزی را کنترل مینماید. در حقیقت کیتوسان فعالیت لکوسیت های پلی مورفونوکلئر و ماکروفاژها را تشویق مینماید که منجر به افزایش گرانولاسیون و نیز سازماندهی بافتهای ترمیمشده میگردد. ازآنجاییکه کیتوسان دارای بار مثبت میباشد پلاکتها را که دارای بار منفی میباشند، جذب مینماید و درنتیجه یک لخته در محل زخم تشکیل میشود. بنابراین زمان هموستاز و نیز زمان ایجاد لختهی خونی را کاهش میدهد.

از طرفی کیتوسان بهآرامی به -Nاستیل- -D-گلوکزآمین تخریب میگردد که اثر تحریککنندگی بر تکثیر فیبروبلاست ها و کراتینوسیتهای انسانی داشته و با تحریک سنتز هیالورونیک اسید به رسوب کلاژن بهطور منظم در محل زخم کمک مینماید علاوه بر این با جذب ترشحات زخم باعث افزایش بهبودی زخم میگردد. کیتوسان همراه با جلوگیری از تشکیل اسکار باعث سرعت بخشیدن به پیشرفت بهبودی زخم میشود .[9,10] تا اینجا به خواص مطلوب کیتوسان اشاره گردید اما لازم به ذکر است که کاربرد کیتوسان طبیعی به دلیل عدم حلالیت آن در محیطهای خنثی و بازی و نیز استحکام پایین و ترد و شکننده بودن آن محدود میباشد درنتیجه روشهای فیزیکی و شیمیایی مختلفی چون اصلاحات شیمیایی، آمیزه سازی ، کامپوزیت نمودن، ساخت شبکههای پلیمری درهمتنیده - IPN - جهت ارتقای خواص بیوپلیمر کیتوسان به کار گرفتهشده است. در میان این روشها آمیزه سازی به دلیل داشتن مزیتهایی چون به حداقل رساندن هزینههای تولید محصول نهایی، بهبود بازدهی فرآیند و به حداکثر رساندن خواص محصول نهایی بیشترین توجهات را معطوف خود ساخته است.

تاکنون گزارشهای مختلفی از آمیزه سازی کیتوسان با پلیمرهایی مانند پلی وینیل پیرولیدون - PVP - ، پلی وینیل الکل - PVA - ، آلژینات، پلی کاپرولاکتون، پلیاتیلن گلایکول فومارات و غیره داده شده است. در میان این مواد، پلیاتیلن گلایکول فومارات با داشتن ویژگیهایی چون زیست سازگاری، زیستتخریبپذیری کاربردهای ویژهای را در حوزهی پزشکی چون مهندسی بافت، رهایش دارو و غیره به خود اختصاص داده است .[12,13] پلیاتیلن گلایکول فومارات یک پلیمر مصنوعی بوده و از پلیمریزاسیون تراکمی پلیاتیلن گلایکول با فوماریل کلراید در حضور یک جمع کنندهی پروتون چون تری اتیل آمین، پتاسیم کربنات و یا پروپیلن اکساید به دست میآید.

این پلیمر را به روشهای مختلفی چون شیمیایی، نوری، فیزیکی میتوان کراس لینک نمود. این پلیمر قابلیت شکلدهی بهصورت فیلم را دارد و در شرایط درون تنی هنگامیکه تخریب میگردد به واحدهای سازندهاش یعنی پلیاتیلن گلایکول و فوماریک اسید تبدیل میشود پلیاتیلن گلایکول یک پلیمر زیست سازگار میباشد و فوماریک اسید نیز یک کربوکسیلیک اسید غیر سمی میباشد که در چرخهی کربس قابلمصرف میباشد درنتیجه محصولات حاصل از تخریب این پلیمر سمی نمیباشد ازاینرو پلیاتیلن گلایکول فومارات یک پلیمر زیست سازگار و زیستتخریبپذیر تلقی میگردد .[14,15] پلیاتیلن گلایکول فومارات یک پلیاستر غیراشباع میباشد ازاینرو هنگامیکه مولکولهای کیتوسان و پلیاتیلن گلایکول فومارات در روش آمیزه سازی باهم برخورد میکنند، گروههای آمین و هیدروکسیل کیتوسان میتوانند با گروههای انتهایی هیدروکسیل پلیاتیلن گلایکول فومارات از طریق برهمکنشهای ضعیف ثانویه مانند پیوندهای هیدروژنی برهمکنش نمایند .[12,13] با توجه به این ویژگیها، هدف اصلی این تحقیق تهیه فیلمهای آمیزهای از کیتوسان با پلیاتیلن گلایکول فومارات و ارزیابی پارامترهای اساسی موردنیاز برای معرفی این فیلم بهعنوان یک زخمپوش پزشکی میباشد. در اینجا ساختار پلیمر مورداستفاده و خواص مکانیکی فیلمها چون استحکام و خواص فیزیکی فیلمها چون گذردهی بخارآب مورد ارزیابی قرارگرفته است.

.2 بخش تجربی

-1-2 مواد

پلیاتیلن گلایکول با وزن مولکولی سه کیلو دالتون، فوماریل کلراید، پروپیلن اکساید، دی کلرومتان بیآب و سدیم هیدروکسید از شرکت مرک خریداری شدند. کیتوسان با وزن مولکولی پایین و استیک اسید گلاسیال نیز به ترتیب از شرکت سیگما و تیتراکم خریداری گردیدند. لازم به ذکر است که تمامی مواد به همان صورت مورداستفاده قرار گرفتند تنها فوماریل کلراید جهت خالصسازی قبل از استفاده در دمای161 œC تحت فشار محیط تقطیر گردید.

-2-2 روشها -1-2-2 سنتز ماکرومر پلیاتیلن گلایکول فومارات

0/03 مول پلیاتیلن گلایکول در 6 میلیلیتر دی کلرومتان و فوماریل کلراید تخلیص شده - با نسبت مولی 0 ,995 : 1 به پلیاتیلن گلایکول - در 3 میلیلیتر دی کلرومتان حل گردیدند. محلول پلیاتیلن گلایکول به داخل یک بالن سه دهانه مجهز به یک کندانسور ریخته شد، پسازآن محلول پروپیلن اکساید با نسبت 2:1 - مخلوط/پروپیلن اکساید - به محلول پلیاتیلن گلایکول اضافه گردید و عمل هم زدن صورت پذیرفت بعدازاین مرحله محلول فوماریل کلراید با استفاده از یک قیف چکاننده در طول یک ساعت به محلولهای موجود در بالن سه دهانه وارد گردید. واکنش موردنظر تحت جو نیتروژن و دمای-2 œC تا اضافه شدن تمام مقدار فوماریل کلراید به ظرف واکنش صورت پذیرفت. پس از اتمام فوماریل کلراید ظرف واکنش به داخل حمام روغن وارد گردید و واکنش به مدت 8 ساعت ادامه یافت.

-2-2-2 خالصسازی ماکرومر پلیاتیلن گلایکول فومارات

ماکرومر سنتز شده در مرحلهی قبلی با محلول سدیم هیدروکسید 0/1 مولار چندین بار شستشو داده شد تا محصولات جانبی ناخواستهی ایجادشده در سنتز حذف گردند. پس از خارجسازی سدیم هیدروکسید به همراه محصولات جانبی، ماکرومر موردنظر در دمای محیط خشک گردید و درنهایت در فریزر با دمای -19 œC برای استفاده در آینده ذخیره گردید.

-3-2-2 مشخصه یابی ماکرومر

طیفسنجی مادونقرمز - - 4000 - 400cm-1 توسط دستگاه اسپکتروم RXI شرکت Perkin Elmer ساخت کشور آمریکا تهیه گردید. نمونههای موردنظر به شکل پودر در دمای اتاق همراه با KBr به شکل دیسک آماده گردیدند.

-4-2-2 آمادهسازی فیلمهای آمیزهای

ابتدا محلولهای ذخیرهای از هر دو پلیمر کیتوسان و پلیاتیلن گلایکول فومارات تهیه گردید به این صورت که مقادیری از هر دو پلیمر بهصورت جداگانه در استیک اسید % 1 - V/V - حل شدند به صورتی که غلظت نهایی هرکدام از محلولها 1 g/dL بود. پسازآن فیلمهای آمیزهای کیتوسان/ پلیاتیلن گلایکول فومارات با نسبت 80/20 با استفاده از روش ریختهگری حلال در پتری دیشهای شیشهای به دست آمد. حجم محلول نهایی کیتوسان و پلیاتیلن گلایکول فومارات موجود در پتری دیش 50 میلیلیتر بود. پس از خشکایش فیلمها در دمای اتاق به مدت چند روز، تا زمان استفاده برای ارزیابیهای بیشتر در یخچال نگهداری شدند.

-5-2-2 ضخامت فیلمها

ضخامت فیلمهای تهیهشده با استفاده از دستگاه ضخامت سنج نوع schopper ساخت کشور ژاپن تعین گردید. برای هر نمونه 3 بار تکرار و برای هر تکرار بیش از 5 اندازهگیری صورت پذیرفت و سپس نتیجه بهصورت میانگین بیان گردید.

-6-2-2 خواص مکانیکی فیلمها

خواص مکانیکی فیلمها با استفاده از دستگاه تست کشش Instron مدل 5566 ساخت کشور انگلستان موردبررسی قرار گرفت.