Idrogel autorigeneranti

Gli idrogel si sono trasformati in in un campo della ricerca attiva ed intensa a causa delle loro proprietà reologiche strutturali, meccaniche ed uniche che permettono loro auto-di guarire quando le ferite sono indotte. Lo scopo corrente è di fondere la resistenza meccanica con l'avvenimento autorigenerante rapido nei secondi di una ferita. Più velocemente l'autorigenerante accade, migliore è nella maggior parte dei casi.

Palle dell
Palle dell'idrogel. Credito di immagine: Donikz/Shutterstock

La funzionalità di un idrogel autorigenerante è la sua capacità di percepire i cambiamenti ambientali e di adattarsi a loro alterando i loro beni ed il modo che funzionano. La componente chiave a raggiungere i composti che realmente eseguono questo autorigenerante è di saldare giustamente le loro caratteristiche idrofobe ed idrofile.

Imitazione della natura

Le applicazioni di tali materiali sono tremende, dall'industriale al biomedical. L'attrazione degli idrogel nelle applicazioni biomediche è egualmente perché modellano le strutture naturali quali i legamenti, la cartilagine ed i tendini. Questo la morbidezza ma i tessuti estremamente duri ha alta resistenza meccanica. Tuttavia, la sfida è di raggiungere tali capacità per gli idrogel artificiali in presenza dell'acqua e dei legami chimici permanenti che uniscono con legami atomici incrociati l'un l'altro le molecole degli idrogel.

Un modo sormontare questo, la matrice del polimero può essere fissato alle catene laterali pendenti degli idrocarburi con i gruppi funzionali polari sostituiti che potrebbero produrre il legame dell'idrogeno attraverso una ferita nei pezzi separati dell'unire o dell'idrogel due dell'idrogel. Le domande sono per le catene laterali lunghe e duttili con una rete flessibile in moda da potere accedere l'un l'altro i gruppi funzionali polari attraverso lo spazio d'interruzione. Simultaneamente, è necessario da ridurre la lunghezza delle catene laterali per evitare l'ostacolo sterico significativo fra i gruppi funzionali ed il crollo della catena laterale dovuto il loro hydrophobicity poichè la lunghezza aumenta.

Un gruppo sperimentale ha incontrato queste sfide sotto forma di molecole acide polimerizzate di acryloyl-6-aminocaproic (A6ACA) sotto forma di idrogel in grado di colmare la lacuna fra i pezzi malgrado la presenza dell'acqua e di reticolazione permanente. Si sono uniti rapido l'un l'altro da legame dell'idrogeno, se messo semplicemente in contatto in una soluzione acida, con l'interfaccia risultante che è abbastanza forte sostenere il peso dell'idrogel, essere allungato senza perdere la sua dimensione o forma e perfino resistere all'acqua bollente. Lo sforzo richiesto per rompere la superficie curativa era circa 66% della superficie intatta, perché soltanto i legami idrogeni hanno dovuto essere rotti, mentre nel legame intatto dell'idrogeno del pezzo sia che nel legame covalente ha dovuto essere interrotto. Una volta esposti ad un a pH elevato gli idrogel curativi hanno separato ma rehealed quando la soluzione reacidified. Questo ciclo ha potuto essere ripetuto molte volte.

La resistenza dell'autorigenerante si riferisce nella misura della reticolazione perché questa diminuisce le dimensioni verso cui le catene laterali possono muoversi, o rende l'idrogel più rigido e così alterando l'idrogeno che salda entrambi i modi. Il secondo meccanismo è probabile essere più importante.

Tipi di idrogel autorigeneranti

Gli idrogel autorigeneranti sono di due tipi basati sulla natura della reticolazione:

  • Gli idrogel chimici sono collegati da legame covalente reversibile quale il legame del bisolfuro e formano una rete permanente
  • Gli idrogel fisici dipendono dalle obbligazioni noncovalent quali i legami idrogeni o le interazioni del metallo-legante per formare una rete reversibile

Fattori determinanti di utilità biologica

I fattori principali che determinano l'utilità biologica di un idrogel includono:

  • Biocompatibilità, o potere essere tollerato dal corpo umano vivente - i polimeri quale il polietilene glicole (PARITÀ), l'alcool polivinilico (PVA) e l'acido poliacrilico (PAA) misura questo criterio, essendo semplice incatena, come derivano i polimeri del polisaccaride e del polipeptide quali il collageno, l'alginato, la cellulosa e l'acido ialuronico. Un argomento speciale può essere discusso per poli (l'acido L-glutammico) (PLGA) che è fatto degli amminoacidi, è non tossico, idrofilo e completamente bioerodible, senza essere immunogeno o allergene. Può essere modificato per creare un idrogel autorigenerante che può formare un'impalcatura del tessuto.
  • Reticolazione enzimatica - gli enzimi simili a quelli in natura potrebbero essere usati per produrre la reticolazione. Ciò è un altro modo assicurarsi che i legami incrociati diriempimento sufficienti siano formati all'interno dell'organismo che usando quelle reazioni che sono naturalmente idrofile ed accadere ad un pH neutrale e ad una temperatura normale. L'attività dell'enzima può essere regolamentata per cambiare i beni fisico-chimici dell'idrogel autorigenerante come pure essere desiderata affinchè la guarigione ottimale accada.
  • Injectability - l'iniezione in situ di un idrogel autorigenerante potrebbe essere utile grande nell'introdurre le celle, droghe o proteine o altri agenti attivi nel sito da guarire, facendo uso dei beni d'assottigliamento della tosatura che permettono che l'idrogel si trasformi un liquido sotto pressione della tosatura ma si trasforma in in un gel le forze di taglio terminano ancora una volta. Ciò ha potuto non solo impedire le procedure chirurgiche complesse ma alleviare molto più rapidamente il dolore di attualmente.
  • Meccanismi multipli di reticolazione - l'uso di vari metodi di reticolazione può contribuire a raffinare i beni meccanici del polimero, quale legame fisico per la formazione rapida del gel, con forte legame elettrostatico dalle catene pendenti appropriate con le cariche positive e negative
  • Aderenza - sia l'aderenza del tessuto che l'affinità delle cellule sono importanti per una buona impalcatura del tessuto. A differenza della colla o cianoacrilato della fibrina, collanti comunemente usati del tessuto con resistenza difficile e biocompatibilità rispettivamente, i nuovi materiali stanno utilizzandi nei modi novelli imitare la natura.

L'uso dei riporti del nanoscale può essere usato per rendere l'idrogel iniettabile, facile manipolare e forte secondo l'allungamento.

Applicazioni in biomedicina

Assistenza tecnica del tessuto

La limitazione di guarigione fisica nel tessuto danneggiato è il periodo di tempo limitato disponibile affinchè i tessuti fascial e vascolari cominci a guarire la ferita. Tuttavia, gli idrogel possono essere utilizzati come impalcature per vari scopi biomedici, nei moduli quali una matrice 3-D, una matrice dei nanofibers, un idrogel che le transizioni fra il solenoide ed il gel indicano con i mutamenti di temperatura e la microsfera porosa.

Queste impalcature sono incredibilmente utili poichè offrono una piattaforma su cui le celle possono aderire, proliferare, differenziarsi e migrare per guarire saldamente ed immediatamente la ferita. Mentre la natura porosa dell'idrogel permette che le celle come pure gli agenti terapeutici fissino, il bioerosion dei punti uniti con legami atomici incrociati permette la versione controllata della droga come pure la migrazione delle celle di raggiungere la giuste forma, resistenza ed integrità del tessuto curativo.

Questi idrogel possono essere usati per guarire le ulcere e le perforazioni mucose gastriche.

Nel danno dell'organo quale infarto miocardico, tali idrogel autorigeneranti possono essere usati per fornire l'armatura dal basso facendo uso delle particelle elementari microscopiche per raggiungere l'architettura desiderata che poi è ripiegata rapido dalla natura autorigenerante dell'idrogel. Le celle si distribuiscono su questa nuova impalcatura per ricostruire la mancanza o il tessuto nocivo. Cella-incapsulando i microgels, le lamiere sottili delle cellule, la stampa delle cellule e l'aggregazione delle cellule sono alcuni metodi impiegati in questo modo.

Chondrocyte che guarisce è corrente impossibile dovuto la mancanza di autorigenerante in cartilagine articolare. Un idrogel della cultura del tessuto con i chondrocytes inclusi può essere impiantato in cartilagine nociva per promuovere la crescita delle cellule sopra e per sostituire il divisorio irreversibilmente danneggiato.

Terapia genica

La consegna del gene egualmente è stata permessa usando gli idrogel per attraversare la membrana cellulare, la membrana nucleare e la barriera stessa del cromosoma. Questi idrogel sono usati per montare i geni terapeutici nelle piccole particelle destinate per penetrare la cella mirata a e per consegnare il contenuto genetico. Alcune applicazioni potenziali comprendono la produzione della proteina, la versione della droga e l'immunoterapia senza cellula dalla transfezione del DNA. I geni ed i prodotti del gene per trattare le malattie genetiche possono anche essere l'un giorno disponibile facendo uso di questa tecnologia.

Consegna della droga

I delivery system novelli della droga possono anche essere prodotti facendo uso di questi idrogel per formare i sistemi bioerodible per rilasciare la droga ad una tariffa controllata e precisa. Possono essere usati per consegnare determinate droghe adatte ad incorporazione nella struttura dell'idrogel, quali le tetracicline.

Conclusione

Gli idrogel autorigeneranti hanno molte vaste applicazioni biomediche, ma le sfide sono ugualmente diverse.

Sorgenti

[Ulteriore lettura: Idrogel]

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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