مقاله مروری بر کاربرد نانو الیاف در بیوپزشکی

word قابل ویرایش
9 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

مروری بر کاربرد نانو الیاف در بیوپزشکی
چکیده
کاربرد نانوالیاف به خاطر خصوصیات مطلوب مکانیکی و بیولوژیکی در مصارف های گوناگون پزشکی روز افزون است . از نقطه نظر علوم بیولوژیک تمام ارگانها و اعضابدن از نانوساختارها تشکیل شده اند و به همین دلیل نانوالیاف سازگاری خوبی را برای مصارف بیوپزشکی همچون پروتزها، سیستم های رهایش دارو و تولید پوست و ارگانهای مصنوعی بدن پیدا نموده اند.
در این مطالعه به بیان اصول و مفاهیم اولیه ای در زمینه های مهندسی بافت و سیستم های رهایش دارو پرداخته می شود و به کاربردهای نانو الیاف در این زمینه اشاره می گردد.
واژه های کلیدی :نانوالیاف ، بیوپزشکی، رهایش دارو، مهندسی بافت

١- مقدمه
نانوتکنولوژی با ورود خود به عرصه های مختلف علمی تحولی شگرف را به وجود آورد. یکی از زمینه هایی که توانست با استفاده از مواد نانو مقیاس رشد چشمگیری نماید بیوپزشکی است . به همین دلیل شاخه های مختلف حوزه بیوپزشکی همچون مهندسی بافت و سیستم های رهایش دارو در سالهای اخیر محصولات بسیار متنوع و کاربردی را با بازده بالا تولید نموده اند[٢,١]. علت اصلی این رشد استفاده ازنانوالیاف و نانوداروهایی است که هر یک به نوبه خود تاثیر بسزایی را در درمان و ترمیم ارگانهای بدن انسان دارند. نانوالیاف با توجه به روشهای تولید مختلفشان دارای اندازه ها و اشکال متفاوتی هستند و هر یک برای کاربرد خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه بیشتر از سه روش Electrospinning،Self assembly و Phase separation به منظور تولید نانوالیاف برای مصارف بیوپزشکی استفاده می شود[٣,۴].اما در میان روشهای مذکور روش الکتروریسی یا همان Electrospinning بیشتر از همه مورد توجه قرار گرفته است .مبنای الکتروریسی، استفاده از نیروی میدان الکتریکی بین قطره معلق محلول یا مذاب در نوک موئینه و صفحه جمع کننده است . زمانی که شدت میدان الکتریکی بر کشش سطحی محلول یا مذاب پلیمری غلبه پیدا میکند، یک جت باردار از قطره خارج شده و به سمت صفحه هدف حرکت میکند و الیاف به صورت لایه ایبی – بافت شکل میگیرند[۵].پیشرفتهای اخیر در روش الکتروریسی امکان تولید الیافی پیوسته و جامد با قطرهایی در محدوده چندین نانومتر را به همراه کنترل ساختار بین مولکولی سطحی را ایجاد نموده است . دسته وسیعی از نانوالیاف پلیمری الکتروریسی شده در زمینه های مختلف جهت مصارف گوناگونی همچون اسکافلدهای مهندسی بافت (عضروف مصنوعی، رگهای خونی، غشاءهای متخلخل )، انتقال دارویی، بیوسنسورها(سنسورهای حرارتی و بیوشیمیایی)، لباس های محافظتی و فیلترهای هوا به کار می رود.
علت اصلی این موضوع تنوع مواد قابل استفاده در این روش ، تولید لایه با سطح مخصوص بسیار بالا، وجود تخلخل مناسب و قابل تغییر در لایه های تولید شده و انعطاف پذیری مناسب محصولات می باشدکه منجر به کاربرد این روش در ایجاد نانوالیاف از حدود
٣٠پلیمر مختلف در مصارف پزشکی گردیده است [۶,۵,١,٧].
با توجه به اهمیت دو موضوع مهندسی بافت و سیستمهای رهایش دارو و کاربرد گسترده نانوالیاف در این دو زمینه به بحث و بررسی برخی فعالیتهای صورت گرفته در این بخش پرداخته می شود.
٢- مهندسی بافت
مهندسی بافت یک شاخه علمی بسیار مهم و حائز اهمیت از مجموعه بایومتریال هاست و مدتهاست که به صورت جداگانه و به عنوان یک زمینه تحقیقاتی مستقل مورد مطالعه قرار گرفته است .در واقع مهندسی بافت یک شاخه علمی بین رشته ای است که اصول مهندسی و علوم زیستی را در اختیار گرفته تا جایگزینهای بیولوژیکی را به وجود آورد و از آنها برای ترمیم یا بهبود ارگانهای مختلف بدن و بافتهای آسیب دیده استفاده نماید. مهندسی بافت برای تولید دقیق و قابل استفاده محصولات خود نیازمند عواملی همچون ماتریس خارج سلولی مناسب (ECM)، سلولهای مناسب برای کشت ماتریس خارج سلولی، بیوراکتورهایی که بتوانند شرایطی همچون بدن انسان را ایجاد نمایند، می باشد که هر یک اهمیت خاص خود را در احیا و یا ترمیم بافت دارند[١٠,٩,٨].
در این میان وجود داربست های بافت یا همان ماتریس خارج سلولی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است چرا که وظیفه نگهداری سلولها، شکل دهی به رشد آنهاو کنترل تطابق ساختار بافت مصنوعی با بافت طبیعی از لحاظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی را به عهده دارد و کوچکترین نقصی در داربست بافت باعث به وجود آمدن بافتی معیوب می گردد.به همین دلیل روشهای زیادی برای تولید داربست های بافت به وجود آمده است که استفاده از روش الکتروریسی و در پی آن ظهور نانوالیاف در تولید اسکافلدها در سالهای اخیر جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده است [۵,١].
روش الکتروریسی به واسطه ایجاد سطح مخصوص بالا و آسانی اتصال به سلوهای بدن به دلیل داشتن ابعاد کوچکتر از سلول ، تخلخل مناسب برای تکثیر و قرارگیری سلولهای بدن روی آن ، انعطاف پذیری مناسب برای جاسازی و کاشت داربست در بدن ، شکل دهی و تنوع شکلی که میتوان در آن ایجاد نمود و همچنین تنوع مواد پلیمری کاربردهای زیادی را برای تولید انواع داربست پیدا نموده است [١].
داربست های به وجود آمده در مهندسی بافت باید خصوصیات شیمیایی سطحی مناسبی را داشته باشندتا پس از کشت سلولی چسبندگی و اتصال مناسبی بین سلولها و داربست به وجود آید و با توجه به پروسیتی و تخلخل مناسب و ارتباط بین خلل و فرجها زمینه تولید یک بافت پیوسته و یک تکه به وجود آید. اگر ارتباط بین خلل و فرج های داربست کامل نباشد و داربست از پروسیتی مطلوبی برخوردار نگردد سلولها پس از تکثیر و رشد قادر به ادامه حرکت خود به عمق اسکافلد نبوده و در نتیجه ساختار ضعیفی را به وجود می آورد[۵].
از سوی دیگر پروسیتی مناسب در اسکافلد موجب می گردد تا عملیاتهای متابولیکی سیستم به خوبی انجام شده و فاکتورهای مورد نیاز رشد مانند مواد غذایی و اکسیژن در عمق داربست نیز حضور یابند. نکته حائز اهمیت دیگر در داربست های بافت نرخ تخریب
آنهاست ؛ به این معنا که باید رابطه منطقی بین نرخ تخریب داربست و رشد بافت وجود داشته باشد و اگر این نرخ با نقصان مواجه شود بافت به وجود آمده دارای عیوب متعددی خواهد بود.
با توجه به اینکه ارگانهای مختلف بدن از ساختارهای نانویی برخوردار هستند داربستهای بافت تولید شده از نانوالیاف علاوه بر پاسخ
گویی به نیازهای مطرح شده حساسیتهای کمتری را در بدن ایجاد نموده و سازگاری بیشتری را با سلولهای دفاعی بدن و سایر ارگانها دارد. علاوه بر آن نانوالیاف به واسطه خصوصیات منحصر به فرد و تنوع مواد اولیه ای که دارند قادرند تا گستره وسیعی از داربست های مورد نیاز همچون پوست مصنوعی، انواع رگ ، تاندون ، اعصاب و استخوان را در اختیار بشر قرار دهند٢[١١,١].
به عنوان مثال به کمک الکتروریسی میتوان به صورت مستقیم ، لایه ای بی بافت از نانوالیاف را روی سطح پوست آسیب داده تشکیل داد تا علاوه بر محافظت زخم در برابر نفوذ میکروبها و عوامل عفونت زا،با استفاده از سیستم های رهایش دارو در درون بافت درد و زمان درمان زخم را کاهش داد. در یکی از تحقیقات صورت گرفته در اینخصوص با استفاده از نانوالیاف دو پلیمر پلیلاکتیک اسید(PLA)و پلیاتیلن کووینیل الکل (PEVA)و استفاده از تتراسیکلین هیدروکلراید به عنوان داروی مدل شده ، با ایجاد پوست مصنوعی در سطح زخم ، فرآیند درمان را تسریع نمودند[١].
٣- رهایش و تحویل دارو
با وجود سابقه طولانی وبرخی از کارهای مقدماتی در مهندسی بافت نزدیک به ٣٠سال پیش ، الکتروریسی تمایل گسترده ای را به عنوان یک تکنیک پردازش پلیمری بالقوه برای کاربرد در مهندسی بافت و تحویل دارو در۵تا ١٠سال گذشته به دست آورده است . این میل تازه را میتوان بااستفاده از سهولت نسبی الکتروریسی، سازگاری و توانایی ساخت الیافی با قطرهایی درمقیاس نانومترنشان داد.
به طور ذاتی نسبت سطح به حجم بالای داربست های الکتروریسی شده میتواندوابستگی سلول ، بارگذاری داروو خواص انتقال جرم را افزایش دهد. مواد مختلفی که درالکتروریسی میتوانندبه کارگرفته شوندشامل : مواد زیست تخریب پذیر، مواد پایدار در محیط و غیرقابل تجزیه و مواد طبیعی هستند. الیاف الکتروریسی میتوانندبه صورت آرایش یافته یا مرتب شده یابه شکل تصادفی بر روی خواص مکانیکی وواکنش هایبیولوژیکی داربست بافت کنترل داشته باشند. مواد دارویی اعم از آنتی بیوتیک ها و داروهای ضدسرطان عامل پروتئین ها، DNA و RNA را میتوان در داربست هایالکتروریسی قرارداد و به همین دلیل کاربردهای الکتروریسی در مهندسی بافت و تحویل داروتقریبابی حد و حصرهستند.
الکتروریسی انعطاف پذیری زیادیرا در انتخاب مواد برایایجاد سیستم های رهایش دارو دارد و در هر صورت مواد زیست تخریب پذیر یا پایدار میتوانندبرای کنترل فرآیندرهایش دارو مورد استفاده قرارگیرند.
علاوه بر این ، به دلیل انعطاف پذیری در انتخاب مواد تعدادداروهایی شامل : آنتی بیوتیک ها، داروهای ضد سرطان ، پروتئین ها، و
DNA ارائه میشوند. با استفاده از تکنیکهای الکتروریسی مختلف تعدادی از روش های بارگذاری مختلف دارو نظیر: پوشش ها، دارو جاسازیشده ، و دارویکپسول شده (الکتروریسی امولسیون و هم محور)نیزمیتواند استفاده شود. این تکنیک ها را میتوان برای کنترل بهتر برسینتیک رهایش دارواستفاده نمود.
در هنگام انتخاب مواد برای استفاده در یک سیستم تحویل دارو تعدادی از الزامات را باید ایجاد کرد. مانند مواد مورد استفاده در کاربردهای مهندسی بافت ، موادی که تحت تجزیه زیستی هستند به طور کلی با توجه به اینکه حذف آنها مورد نیاز است از محبوبیت بیشتری برخوردارند. با این حال ، افزودن سطح اضافی از مواد زیست تجزیه پذیر در سیستم تحویل دارو به عنوان مواد غیرتجزیه پذیر، که تمایل به رهایش دارو در درجه اول توسط نفوذ مقایسه شده است . به طور کلی یک سیستم تحویل داروی مطلوب با رهایش کنترل عامل مورد نظر، طراحی میشود. با این حال ، ممکن است در ابتدا رهایش دارو به سختی صورت گردد. در یک سیستم تجزیه پذیر ممکن است دارو با نفوذ و همچنین تخریب مواد آزاد شود، که در برخی موارد میتواند به دوز بسیار پایین و در نتیجه رسیدن به غلظت دارو موضعی به سطوح سمی منجر شود. بنابراین ، اگر مواد تجزیه پذیر مورد استفاده قرار گرفته شده اند مراقبتهای ویژه درخور هر دو نسبت رهایش و تخریب باید انجام شود.[١٣]
سیستم های تحویل داروی پلیمری قادرند اثر بخشی درمانی ،کاهش سمیت و افزایش انطباق در بیماران را بوسیله تحویل دارو با نرخ کنترل شده در یک دوره زمانی در یک موقعیت فعال بهبود دهند.
پلیاسترهای زیست تجزیه پذیرخاص و دیگر کوپلیمرها قدرت بالقوه خود را به عنوان ناقل موثر برای تحویل دارو نشان دادند الکتروریسی یک تکنیک قدرتمند و فوق العاده برای تولید الیاف پلیمری در اندازه کمتر از میکرومتر با حدود ۵٠نانو متر تا چندین میکرومتر است .[١۴]
پلیوینیل الکل (PVOH)محلول در آب با مقاومت شیمیایی بسیار خوب و با خصوصیات زیست سازگاری و تخریب پذیری زیستی است . بنابراین علاقه زیادی به استفاده از این پلیمردر کابردهای گوناگون وجود دارد بطور ویژه پلی وینیل الکل یک گزینه ایده آل برای کاربردهای زیست پزشکی از جمله بازسازی و جایگزینی بافت ، رهایش دارو، مواد لنز تماسی نرم و بانداژهای پوشش زخم برای قربانیان سوختگی مورد استفاده است . هیدروژل های پلی وینیل الکل میتواند خواص مکانیکی مشابه برخی از بافت های بیولوژیکی نرم به منظور تقلید ازسایر بافت ها و به ویژه کاربردهای تجهیزات پزشکی بهبود دوام پلیوینیل الکل مورد نیاز است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 9 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد