Akıllı Polimerler için Biyomedikal Uygulamalar

Doğal Polimerlerin Uyarıcılarını Uyarlama Sistemlerin yapısal ve fizyolojik rollerini yerine getirmeleridir. Bu bilgiler, belirli özelliklere sahip benzer insan yapımı polimerik maddeleri ve çevrelerindeki değişikliklere cevap verme yeteneğini geliştirmek için kullanılmaktadır.

Bu sentetik polimerler potansiyel olarak biyoteknoloji ve biyotıp ile ilgili çeşitli uygulamalar için çok yararlıdır.

Akıllı polimerler gittikçe daha yaygın hale geliyor, çünkü bilim adamları polimer yapılarında yapısal değişiklikler yaratan ve bunlardan yararlanma ve bunları kontrol etme yolları bulan kimya ve tetikleyiciler hakkında bilgi sahibi oluyorlar. Biyolojik sistemlerde spesifik çevresel değişiklikleri hisseden ve 'ı öngörülebilir şekilde düzenleyen yeni polimerik malzemeler kimyasal olarak formüle edilmekte ve bunlar ilaç verme veya diğer metabolik kontrol mekanizmaları için yararlı araçlar haline gelmektedir.

Akıllı polimerlerin doğrusal olmayan yanıtı onları onları bu kadar eşsiz ve etkili yapan şeydir. Yapı ve özelliklerde önemli bir değişiklik, çok küçük uyarı ile indüklenebilir. Bu değişiklik meydana geldiğinde, başka bir değişiklik yoktur, yani, polimerin tamamında tek bir düzeye kadar, öngörülebilir bir tamamı ya da hiç bir yanıtı ortaya çıkmaz.

Akıllı polimerler, pH, iyonik kuvvet, sıcaklık veya diğer tetikleyicilerdeki hafif değişiklikler nedeniyle konformasyon, yapışkanlık veya su tutma özelliklerini değiştirebilir.

Akıllı polimerlerin etkinliğindeki diğer bir faktör genel olarak polimerlerin doğasında yatmaktadır. Uyarıcılardaki değişikliklere verilen her bir molekülün tepkisinin gücü, tek başına, zayıf olabilecek tek tek monomer birimlerinin değişiminin bileşimidir.

Bununla birlikte, yüzlerce, binlerce kez bileşikleştirilmiş bu zayıf tepkiler, biyolojik işlemleri sürmek için önemli bir güç oluşturuyor.

Sınıflandırma ve Kimya

Şu anda, biyotıpta akıllı polimerler için en yaygın kullanım, özellikle hedeflenen ilaç dağıtım için. zamanlı salınım farmasötiklerinin ortaya çıkmasından bu yana, bilim adamları, 'ta vücutta belirli bir bölgeye ilaçlar vermenin yollarını bulma sorunu ile yüz yüze kalmışlardır; karın ortamı. Sağlıklı kemik ve doku üzerindeki olumsuz etkilerin önlenmesi de önemli bir husustur. Araştırmacılar, iletim sisteminin istenen hedefe ulaşıncaya kadar ilaçların serbest bırakılmasını kontrol etmek için akıllı polimerlerin kullanım yollarını geliştirdiler. Bu serbest bırakma, kimyasal veya fizyolojik bir tetikleyici ile kontrol edilir. Doğrusal ve matris

akıllı polimerler, reaktif fonksiyonel gruplara ve yan zincirlere bağlı olarak çeşitli özelliklere sahiptir. Bu gruplar pH, sıcaklık, iyonik güç, elektrik veya manyetik alanlara ve ışığa yanıt verebilir. Bazı polimerler, dış koşullara bağlı olarak kırılabilen ve yenilenebilen kovalent olmayan bağlarla tersine çapraz bağlanır. Nanoteknoloji, ilaç verme için uygulanmış olan, dendrimerler ve fullerenler gibi bazı nanoparçacık polimerlerin geliştirilmesinde temel olmuştur. Geleneksel ilaç kapsülleme laktik asit polimerleri kullanılarak yapılmıştır. Daha yeni gelişmeler, ilgi uyandıran ilacı polimer teller arasında entegre veya tuzağa düşüren kafes benzeri matrislerin oluşumunu gördü.

Akıllı polimer matrisler, ilaçları kimyasal veya fizyolojik bir yapı ile salgılar; reaksiyonu değiştirirler, genellikle hidroliz reaksiyonu, matrisin biyolojik olarak bozunabilir bileşenlere ayrışmasıyla bağların ayrılmasına ve ilacın serbest bırakılmasına neden olur. Doğal polimerlerin kullanımı, polianhidritler, poliesterler, poliakrilik asitler, poli (metil metakrilatlar) ve poliüretanlar gibi yapay olarak sentezlenmiş polimerlere yol açmıştır. Heteroatomlar (yani, karbon dışındaki atomlar) içeren hidrofilik, amorf, düşük molekül ağırlıklı polimerlerin en hızlı şekilde bozunduğu bulunmuştur. Bilim adamları, bu özelliklerin değiştirilmesiyle uyuşturucu madde verme oranını kontrol ediyorlar, böylece degradasyon oranını ayarlıyorlardı.

Graft-and-block

kopolimerleri, birbirine aşılanmış iki farklı polimerden oluşur. Farklı reaktif gruplarla farklı polimerler kombinasyonları için bir dizi patent mevcut. Ürün, hem akıllı bir polimer yapısına yeni bir boyut katan hem de belirli uygulamalar için yararlı olabilecek her iki bileşenin özelliklerini sergilemektedir. Hidrofobik ve hidrofilik polimerlerin çapraz bağlanması, hedef konumdaki koşullar her iki polimerin aynı anda parçalanmasına kadar sulu ortamda ilaç vermeye yardımcı olabilecek, misel benzeri yapıların oluşumuyla sonuçlanır. Bir greft-and-block yaklaşımı, yaygın bir biyo yapışkan polimer olan poliakrilik asit (PAAc) kullanımıyla karşılaşılan problemleri çözmek için yararlı olabilir. PAAc mukozal yüzeylere yapışır, ancak pH 7.4'de hızla şişer ve bozunur ve böylece matriste sıkışan ilaçların hızlı bir şekilde serbest kalması sağlanır. PAAc'nin nötr pH'daki değişikliklere karşı daha az duyarlı olan bir başka polimer ile kombinasyonu, kalış süresini artırabilir ve ilacın salınmasını yavaşlatabilir, böylece biyolojik kullanılabilirlik ve etkinliği iyileştirebilir.

Hidrojenler

, suda çözünmeyen, ancak şişen veya çökerten sudaki ortamlarda polimer ağlarıdır. Biyoteknolojide faz ayrımı için faydalıdır çünkü yeniden kullanılabilir veya geri dönüşümlüdürler. Hidrojenlerde akışın kontrol edilmesi veya hedef bileşiklerin yakalanması ve bırakılması için yeni yollar araştırılıyor. İlacın belirli dokulara verilmesi ve bırakılması için son derece uzmanlaşmış hidrojeller geliştirilmiştir. PAAc'den üretilen hidrojeller biyo yapışkan özellikleri ve muazzam absorbansı nedeniyle özellikle yaygındır.

Hidrojenlerde enzim immobilizasyonu oldukça iyi kurulmuş bir süreçtir. Geri döndürülebilir şekilde çapraz bağlanmış polimer ağları ve hidrojeller benzer şekilde, bir ilacın yanıtlanması ve bırakılmasının hedef molekülün kendisi tarafından tetiklendiği bir biyolojik sisteme uygulanabilir.

Alternatif olarak, tepki bir enzim reaksiyonu ürünü ile açılabilir veya kapatılabilir. Bu genellikle, ilgilenilen moleküle bağlanan bir enzim, reseptör veya antikoru hidrojel içine dahil ederek yapılır. Bağlandıktan sonra, hidrojelden gelen bir reaksiyonu tetikleyen bir kimyasal reaksiyon meydana gelir. Tetik, oksidoredüktaz enzimleri kullanılarak algılanan oksijen veya bir pH algılama yanıtı olabilir. İkincisinin bir örneği, pH-tepki veren bir hidrojelde glukoz oksidaz ve insülinin tuzaklanmasını kombine eder. Glikoz varlığında, enzim tarafından glukonik asit oluşumu, hidrojelden insülinin salınmasını tetikler.

Bu teknolojinin etkili bir şekilde çalışması için iki kriter

enzim kararlılığı ve hızlı kinetik (tetikleyiciye hızlı yanıt ve tetiğin çıkarılmasından sonraki iyileşme) şeklindedir. Kan şekeri düzeylerindeki değişiklikleri algılayabilen ve insülinin üretilmesini veya serbest bırakılmasını tetikleyebilen benzer akıllı polimer türlerinin kullanılmasını içeren, tip 1 diyabet araştırmalarında çeşitli stratejiler test edilmiştir. Benzer şekilde, diğer koşullar ve hastalıklar için ilaç iletim maddeleri olarak benzer hidrojellerin pek çok olası uygulaması vardır. Akıllı polimerler, sadece ilaç verme amaçlı değildir. Özellikleri onları özellikle

biyozeparasyon için uygundur. Proteinlerin saflaştırılmasında yer alan zaman ve maliyetler, orta özelliklerin değişimine tepki olarak hızlı tersinir değişimlere uğrayan akıllı polimerler kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir. Konjuge sistemler, fiziksel ve afinite ayrımlarında ve immünoassaylarda uzun yıllar kullanılmaktadır. Polimer yapısındaki mikroskopik değişiklikler, çökmüş proteinlerin çözeltiden ayrılmasına yardımcı olmak için kullanılabilecek çökelti oluşumu olarak kendini gösterir.

Bu sistemler, bir karışımdan ayrılması gereken bir protein veya diğer molekül polimerle bir biyo-konjuge oluşturur ve ortamı bir değişim geçirdiğinde polimer ile çöktüğünde çalışır. Çökelti ortamdan çıkarılır, böylece konjügatın istenen bileşenini karışımın geri kalanından ayırır. Bu bileşen konjugattan çıkarılması polimerin geri kazanılmasına ve orijinal durumuna geri döndüğüne bağlıdır, bu nedenle hidrojeller bu tür işlemler için çok yararlıdır. Akıllı polimerler kullanarak biyolojik reaksiyonları kontrol etmek için bir başka yaklaşım, ligand veya hücre bağlama bölgelerine yakın yerleşik polimer bağlama siteleri bulunan rekombinant proteinleri hazırlamaktır. Bu teknik sıcaklık ve ışık da dahil olmak üzere çeşitli tetikleyiciler bazında ligand ve hücre bağlanma aktivitesini kontrol etmek için kullanılmıştır.

Gelecekteki Uygulamalar

Zaman içinde davranışını

öğrenip kendi kendine düzeltecek polimerlerin geliştirilebileceği önerildi.Bu çok uzak bir olasılık olmasına rağmen, yakın gelecekte gelecek gibi görünen daha uygulanabilir uygulamalar da var. Bunlardan birisi, idrarı analiz eden ve sağlık sorunlarını belirlemeye yardımcı olan akıllı tuvalet fikri. Çevresel biyoteknolojide akıllı sulama sistemleri de önerildi. Toprak nemi, pH ve besin seviyelerine dayalı olarak açılıp kapatılan ve gübre konsantrasyonlarını kontrol eden bir sisteme sahip olmak son derece faydalı olacaktır. Hedeflenen ilaç dağıtım sistemlerine, benzersiz hücresel çevrelerine dayanarak kendi kendini düzenleyen birçok yaratıcı yaklaşım da araştırılmaktadır.

Biyotıpta akıllı polimerlerin kullanımı ile ilgili olası problemler var. En endişe verici madde, bozulma ürünleri ve yan ürünler de dahil olmak üzere, vücuttaki yapay maddelerin toksisitesi veya uyuşmazlığı olasılığıdır. Bununla birlikte, akıllı polimerler biyoteknoloji ve biyomedikal uygulamalarda bu engeller aşılabiliyorsa muazzam bir potansiyele sahiptir. Kaynaklar

Yuk SH et al. Poli - ((N, N-dimetilamino) etil metansüllat-ko-etilklamid'den oluşan pH / Sıcaklığa Duyarlı Polimer. Macromolecules 30 (22) 1997: 6856-6859.

_{Patil NV. Akıllı Polimerler Biyoteknoloji Geleceği'nde. Bioprocess International 4 (8) 2006: 42-46.}

Stayton PS, Ding Z, Hoffman AS. Akıllı Polimer-Streptavidin Konjugeleri. Yöntemler Mol. Biol. 283 2004: 37-44.

Diyabetin Kontrolü için Varshosaz J. İnsülin Teslimat Sistemleri. Endokrin, Metabolik ve İmmün İlaç Keşfi Üzerine Yeni Patentler. 1 2007: 25-40.