Hydrogels Auto-Curas

Os Hydrogels transformaram-se uma área da pesquisa activa e intensa devido a suas propriedades estruturais, mecânicas, e rheological originais que as permitem auto-de curar quando as feridas são induzidas. O alvo actual é fundir a força mecânica com ocorrência auto-cura rápida dentro dos segundos de uma ferida. Mais rapidamente o auto-cura ocorre, melhor é na maioria dos casos.

Bolas do hydrogel. Crédito de imagem: Donikz/Shutterstock
Bolas do hydrogel. Crédito de imagem: Donikz/Shutterstock

A característica de um hydrogel auto-cura é sua capacidade para detectar mudanças ambientais e para adaptar-se lhes alterando suas propriedades e a maneira que funcionam. O componente-chave a conseguir os compostos que executam realmente este auto-cura é equilibrar apropriadamente suas características hidrofóbicas e hidrófilas.

Imitando a natureza

As aplicações de tais materiais são tremendas, de industrial ao biomedical. A atracção dos hydrogels em aplicações biomedicáveis é igualmente porque modelam estruturas naturais tais como ligamentos, cartilagem, e tendões. Este o delicado mas os tecidos extremamente resistentes tem a força mecânica alta. Contudo, o desafio é alcançar tais capacidades para os hydrogels sintéticos na presença da água e das ligações químicas permanentes que ligam as moléculas dos hydrogels entre si.

Uma maneira de superar isto, a matriz do polímero pode ser anexada às correntes laterais pendurado dos hidrocarbonetos com grupos funcionais polares substituídos que poderiam produzir a ligação do hidrogênio através de uma ferida no hydrogel ou se juntar a duas partes separadas do hydrogel. As procuras são para correntes laterais longas e maleáveis com uma rede flexível de modo que os grupos funcionais polares possam aceder entre si através do espaço de interrupção. Simultaneamente, é necessário reduzir o comprimento das correntes laterais para evitar o obstáculo steric significativo entre os grupos funcionais e o colapso da corrente lateral devido a seu hydrophobicity porque o comprimento aumenta.

Um grupo experimental encontrou estes desafios sob a forma das moléculas ácidas polimerizadas de acryloyl-6-aminocaproic (A6ACA) sob a forma de um hydrogel que poderia construir uma ponte sobre a diferença entre as partes apesar da presença de água e de ligamento transversal permanente. Juntaram-se ràpida entre si pela ligação do hidrogênio, se trazido simplesmente no contacto em uma solução ácida, com a relação resultante que é forte bastante sustentar o peso do hydrogel, ser esticado sem perder sua tamanho ou forma, e mesmo suportar a água a ferver. O esforço exigido para quebrar a superfície curada era aproximadamente 66% da superfície intacto, porque somente as ligações de hidrogênio tiveram que se quebrar, visto que na ligação de hidrogênio intacto da parte e na ligação covalent teve que ser interrompido. Quando expor a um pH alto os hydrogels curados separaram mas rehealed quando a solução reacidified. Este ciclo podia ser repetido muitas vezes.

A força do auto-cura relaciona-se à extensão do ligamento transversal porque esta reduz a extensão para que as correntes laterais podem se mover, ou faz o hydrogel mais duro, e assim danificando o hidrogênio que liga ambas as maneiras. O segundo mecanismo é provável ser mais importante.

Tipos de Hydrogels Auto-Curas

os hydrogels Auto-curas são de dois tipos baseados na natureza do ligamento transversal:

  • Os hydrogels químicos são ligados pela ligação covalent reversível tal como a ligação do bissulfeto e formam uma rede permanente
  • Os hydrogels físicos dependem em cima das ligações noncovalent tais como ligações de hidrogênio ou interacções da metal-ligante para formar uma rede reversível

Causas determinantes do serviço público biológico

Os factores principais que determinam o serviço público biológico de um hydrogel incluem:

  • Biocompatibility, ou poder ser tolerado pelo corpo humano vivo - os polímeros tais como o glicol de polietileno (PEG), álcool de polyvinyl (PVA), e o ácido polyacrylic (PAA) coube este critério, sendo simples acorrenta, como derivam polímeros do polipeptídeo e do polisacárido tais como o colagénio, o alginate, a celulose e o ácido hialurónico. Um argumento especial pode ser feito para poli (o ácido L-glutamic) (PLGA) que é feito dos ácidos aminados, é nontoxic, hidrófilo, e completamente bioerodible, sem ser imunogenético ou alergénico. Pode ser alterado para criar um hydrogel auto-cura que possa formar um andaime do tecido.
  • Ligamento transversal enzimático - as enzimas similares àquelas na natureza poderiam ser usadas para produzir o ligamento transversal. Esta é uma outra maneira de assegurar-se de que as suficientes ligações transversais deenchimento estejam formadas dentro do corpo que usa aquelas reacções que são naturalmente hidrófilas e para ocorrer em um pH neutro e em uma temperatura normal. A actividade da enzima pode ser regulada para mudar as propriedades físico-químicas do hydrogel auto-cura assim como ser desejada para que a cura óptima ocorra.
  • Injectability - a injecção in situ de um hydrogel auto-cura poderia ser do grande uso em introduzir pilhas, drogas ou proteínas ou outros agentes activos no local a ser curado, usando a propriedade de diluição da tesoura que permite que o hydrogel mude em um líquido sob a pressão da tesoura mas transforma-se um gel outra vez uma vez que as forças de corte terminam. Isto não podia somente impedir procedimentos cirúrgicos complexos mas aliviar a dor muito mais rapidamente do que presentemente.
  • Múltiplo que liga mecanismos - o uso de diversos métodos diferentes do ligamento transversal pode ajudar a refinar as propriedades mecânicas do polímero, tais como a ligação física para a formação rápida do gel, com ligação electrostática forte por correntes pendurado apropriadas com cargas positivas e negativas
  • Adesão - a adesão do tecido e a afinidade da pilha são importantes para um bom andaime do tecido. Ao contrário da colagem ou o cianoacrilato da fibrina, adesivos de uso geral do tecido com força deficiente e biocompatibility respectivamente, os materiais novos estão sendo usados em maneiras novas de imitar a natureza.

O uso de enchimentos do nanoscale pode ser usado para fazer o hydrogel injectável, fácil manipular e forte segundo o prolongamento.

Aplicações na biomedicina

Engenharia do tecido

A limitação da cura física no tecido ferido é o período de tempo limitado disponível para que os tecidos fascial e vasculares comecem a curar a ferida. Contudo, os hydrogels podem ser usados como andaimes para várias finalidades biomedicáveis, nos formulários tais como uma matriz 3-D, uma matriz dos nanofibers, um hydrogel que as transições entre o solenóide e o gel indiquem com mudanças de temperatura, e a microsfera porosa.

Estes andaimes são incredibly úteis porque oferecem uma plataforma em que as pilhas podem aderir, proliferar, se diferenciar, e migrar para curar firme e imediatamente a ferida. Quando a natureza porosa do hydrogel permitir que as pilhas assim como os agentes terapêuticos anexem, o bioerosion dos pontos ligados permite liberação controlada da droga assim como a migração das pilhas conseguir a forma, a força, e a integridade direitas do tecido curado.

Estes hydrogels podem ser usados para curar úlceras mucosas gástricas e perfurações.

Em dano do órgão tal como o enfarte do miocárdio, tais hydrogels auto-curas podem ser usados para fornecer o andaime de baixo para cima usando blocos de apartamentos microscópicos para conseguir a arquitetura desejada que replicated então ràpida pela natureza auto-cura do hydrogel. As pilhas são distribuídas neste andaime novo para reconstruir os desaparecidos ou o tecido danificado. Pilha-encapsulando microgels, as folhas da pilha, a impressão da pilha, e a agregação de pilha são alguns métodos usados desta maneira.

Chondrocyte que cura é actualmente impossível devido à falta de auto-cura na cartilagem articulaa. Um hydrogel da cultura do tecido com chondrocytes incluídos pode ser implantado na cartilagem danificada para promover o crescimento da pilha sobre ele e para substituir a divisória irreversìvel ferida.

Terapia genética

A entrega do gene foi tornada igualmente possível usando hydrogels para cruzar a membrana de pilha, a membrana nuclear, e a barreira própria do cromossoma. Estes hydrogels são usados para montar genes terapêuticos nas partículas pequenas projetadas penetrar a pilha visada e entregar o índice genético. Algumas aplicações potenciais incluem a produção da proteína, a liberação da droga, e a imunoterapia sem célula pelo transfection do ADN. Os genes e os produtos do gene para tratar doenças genéticas podem igualmente ser um dia disponível usando esta tecnologia.

Entrega da droga

Os sistemas de entrega novos da droga podem igualmente ser produzidos usando estes hydrogels para formar sistemas bioerodible para liberar a droga em uma taxa controlada e precisa. Podem ser usados para entregar determinadas drogas apropriadas para a incorporação na estrutura do hydrogel, tal como os tetracyclines.

Conclusão

os hydrogels Auto-curas têm muitas aplicações biomedicáveis amplas, mas os desafios são ingualmente diversos.

Fontes

[Leitura adicional: Hydrogel]

Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Liji Thomas

Written by

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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