Hydrogels autocuratifs

Les hydrogels sont devenus un domaine de recherche active et forte à cause de leurs seules propriétés structurelles, mécaniques, et rhéologiques qui leur permettent auto-de guérir quand les blessures sont induites. L'objectif actuel est de protéger par fusible la force mécanique avec l'occurrence autocurative rapide dans des secondes d'une blessure. Plus l'autocuratif se produit rapidement, plus il est dans la plupart des cas meilleur.

Billes de l
Billes de l'hydrogel. Crédit d'image : Donikz/Shutterstock

La caractéristique d'un hydrogel autocuratif est sa capacité de détecter les modifications environnementales et de s'adapter à elles en modifiant leurs propriétés et la voie qu'elles fonctionnent. L'élément clé à réaliser les composés qui exécutent réellement cet autocuratif est d'équilibrer leurs caractéristiques hydrophobes et hydrophiles convenablement.

Imitation de la nature

Les applications de tels matériaux sont énormes, de l'industriel à biomédical. L'attraction des hydrogels dans des applications biomédicales est également parce qu'elles modélisent les structures naturelles telles que les ligaments, le cartilage, et les tendons. Ces le doux mais les tissus extrêmement durs ont la haute résistance mécanique. Cependant, le défi est d'atteindre de telles capacités pour les hydrogels fabriqués par l'homme en présence de l'eau et des liaisons chimiques permanentes qui réticulent les molécules des hydrogels entre eux.

Une voie de surmonter ceci, la modification de polymère peut être fixée aux chaînes latérales en suspens des hydrocarbures avec les groupes fonctionnels polaires substitués qui pourraient produire l'adhérence d'hydrogène en travers d'une blessure dans l'hydrogel ou joindre deux pièces indépendantes de l'hydrogel. Les exigences sont pour de longues et souples chaînes latérales avec un réseau flexible de sorte que les groupes fonctionnels polaires puissent accéder entre eux en travers de l'espace interrompant. Simultanément, il est nécessaire de réduire la longueur des chaînes latérales pour éviter l'obstacle stérique significatif l'effondrement entre les groupes fonctionnels et chaîne latérale dus à leur hydrophobicity à mesure que la longueur augmente.

Un groupe expérimental a relevé ces défis sous forme de molécules acides polymérisées d'acryloyl-6-aminocaproic (A6ACA) sous forme d'hydrogel qui pourrait établir le lien entre les pièces en dépit de la présence de l'eau et de la réticulation permanente. Elles se sont jointes rapidement entre eux par l'adhérence d'hydrogène, si simplement mis en contact dans une solution acide, avec la surface adjacente donnante droit étant assez intense supporter le grammage de l'hydrogel, être étiré sans détruire sa taille ou forme, et supporter même l'eau bouillante. La tension exigée pour briser la surface guérie était environ 66% de la surface intacte, parce que seulement les liaisons hydrogènes ont dû être brisées, alors que dans l'adhérence intacte d'hydrogène de pièce et l'adhérence covalente a dû être perturbé. Une fois exposés à un d'un pH élevé les hydrogels guéris ont séparé mais rehealed quand la solution reacidified. Ce cycle a pu être répété beaucoup de fois.

La force de l'autocuratif associe jusqu'au degré de la réticulation parce que ceci réduit le point auquel les chaînes latérales peuvent déménager, ou effectue l'hydrogel plus raide, et de ce fait nuisant l'hydrogène collant les deux voies. Le deuxième mécanisme est susceptible d'être plus important.

Types d'hydrogels autocuratifs

Les hydrogels autocuratifs sont de deux types basés sur la nature de la réticulation :

  • Des hydrogels chimiques sont joints par l'adhérence covalente réversible telle que l'adhérence du bisulfure et forment un réseau permanent
  • Les hydrogels matériels dépendent des obligations noncovalent telles que des liaisons hydrogènes ou des interactions de métal-ligand pour former un réseau réversible

Causes déterminantes d'installation biologique

Les facteurs en chef déterminant l'installation biologique d'un hydrogel comprennent :

  • Biocompatibility, ou pouvoir être toléré par le corps humain vivant - les polymères tels que le polyéthylène glycol (ANCRAGE), alcool polyvinylique (PVA), et l'acide polyacrylique (PAA) a adapté ce critère, étant simple enchaîne, de même que dérivent des polymères de polypeptide et de polysaccharide tels que le collagène, l'alginate, la cellulose et l'acide hyaluronique. Un cas particulier peut être effectué pour poly (l'acide L-glutamique) (PLGA) qui est fait d'acides aminés, est non-toxique, hydrophile, et complet bioerodible, sans être immunogène ou allergène. Il peut être modifié pour produire un hydrogel autocuratif qui peut former un échafaudage de tissu.
  • Réticulation enzymatique - des enzymes assimilées à ceux en nature pourraient être employées pour produire la réticulation. C'est une autre voie de s'assurer que des réticulations écartement-remplissantes suffisantes soient formées dans le fuselage employant ces réactions qui sont naturellement hydrophiles et se produire à un pH neutre et à une température normale. L'activité de l'enzyme peut être réglementée pour changer les propriétés physico-chimiques de l'hydrogel autocuratif ainsi qu'être désirée pour que la guérison optimale se produise.
  • Injectability - l'injection in-situ d'un hydrogel autocuratif pourrait être utile grand en présentant des cellules, des médicaments ou des protéines ou d'autres agents actifs dans le site à guérir, utilisant la propriété de éclaircissement de cisaillement qui permet à l'hydrogel de changer en liquide sous la pression de cisaillement mais devient un gel de nouveau une fois que les forces de cisaillement mettent fin. Ceci a pu non seulement éviter des opérations complexes mais alléger la douleur beaucoup plus rapidement qu'actuellement.
  • Multiple réticulant des mécanismes - l'utilisation de plusieurs différentes méthodes de réticulation peut aider à raffiner les propriétés mécaniques du polymère, telles que l'adhérence matérielle pour la formation rapide de gel, avec l'adhérence électrostatique intense par les réseaux en suspens appropriés avec les charges positives et négatives
  • Adhérence - l'adhérence de tissu et l'affinité de cellules sont importantes pour un bon échafaudage de tissu. À la différence de la colle ou le cyanoacrylate de fibrine, les adhésifs utilisés généralement de tissu avec la force faible et le biocompatibility respectivement, des matériaux neufs sont employés des voies nouvelles d'imiter la nature.

L'utilisation des remplissages de nanoscale peut être employée pour rendre l'hydrogel injectable, facile à manipuler et intense selon le rapport hauteur/largeur.

Applications en biomédecine

Bureau d'études de tissu

La limitation de la guérison matérielle en tissu blessé est la période de temps limité procurable pour que le fascial et les tissus vasculaires commencent à guérir la blessure. Cependant, des hydrogels peuvent être employés comme échafaudages pour différents buts biomédicaux, sous les formes telles qu'une modification à trois dimensions, une modification des nanofibers, un hydrogel que les passages entre le solenoïde et le gel indiquent avec des changements de température, et la microsphère poreuse.

Ces échafaudages sont incroyablement utiles car ils offrent une plate-forme sur laquelle les cellules peuvent adhérer, proliférer, différencier, et émigrer pour guérir la blessure ferme et immédiatement. Tandis que la nature poreuse de l'hydrogel permet à des cellules ainsi qu'à des agents thérapeutiques de fixer, le bioerosion des remarques réticulées permet à la libération contrôlée du médicament ainsi qu'au transfert des cellules de réaliser la bonnes forme, force, et intégrité du tissu guéri.

Ces hydrogels peuvent être employés pour guérir les ulcères et les perforations muqueux gastriques.

Dans les dégâts d'organe tels que l'infarctus du myocarde, de tels hydrogels autocuratifs peuvent être employés pour fournir l'échafaudage ascendant utilisant les synthons microscopiques pour réaliser l'architecture désirée qui est alors reproduite rapidement par la nature autocurative de l'hydrogel. Les cellules sont distribuées sur cet échafaudage neuf pour reconstruire les disparus ou le tissu endommagé. Cellule-encapsulant des microgels, les feuilles de cellules, l'impression de cellules, et la totalisation de cellules sont quelques méthodes employées de cette façon.

Le chondrocyte guérissant est actuel dû impossible au manque d'autocuratif dans le cartilage articulaire. Un hydrogel de culture de tissu avec les chondrocytes inclus peut être implanté dans le cartilage endommagé pour introduire la croissance des cellules au-dessus de lui et pour remonter la cloison irréversiblement blessée.

Thérapie génique

La distribution de gène a été également rendue possible à l'aide des hydrogels de croiser la membrane cellulaire, la membrane nucléaire, et le barrage de chromosome lui-même. Ces hydrogels sont employés pour assembler les gènes thérapeutiques dans de petites particules conçues pour pénétrer la cellule visée et pour fournir le teneur génétique. Quelques applications possibles comprennent la production de protéine, le desserrage de médicament, et l'immunothérapie sans cellule par la transfection d'ADN. Les gènes et les produits de gène pour traiter des maladies génétiques peuvent également être un jour procurable utilisant cette technologie.

La distribution de médicament

Des systèmes de distribution nouveaux de médicament peuvent également être établis utilisant ces hydrogels pour former les systèmes bioerodible pour relâcher le médicament à un régime réglé et précis. Ils peuvent être employés pour livrer certains médicaments adaptés pour la constitution dans la structure d'hydrogel, telle que les tétracyclines.

Conclusion

Les hydrogels autocuratifs ont beaucoup d'applications biomédicales étendues, mais les défis sont également divers.

Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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