Hidrogeles autoregenerables

Los hidrogeles se han convertido en un área de la investigación activa e intensa debido a sus propiedades estructurales, mecánicas, y reológicas únicas que les permiten uno mismo-curar cuando se inducen las heridas. El objetivo actual es fundir fuerza mecánica con la ocurrencia autoregenerable rápida dentro de segundos de una herida. Cuanto más rápidamente ocurre el autoregenerable, mejor es en la mayoría de los casos.

Bolas del hidrogel. Haber de imagen: Donikz/Shutterstock
Bolas del hidrogel. Haber de imagen: Donikz/Shutterstock

La característica de un hidrogel autoregenerable es su capacidad de detectar cambios ambientales y de adaptarse a ellos alterando sus propiedades y la manera que funcionan. El componente clave a lograr las composiciones que realizan real este autoregenerable es equilibrar sus características hidrofóbicas e hidrofílicas apropiadamente.

Imitar la naturaleza

Los usos de tales materiales son enormes, de industrial al biomedical. La atracción de hidrogeles en usos biomédicos está también porque modelan las estructuras naturales tales como ligamentos, cartílago, y tendones. Este la suavidad pero los tejidos extremadamente resistentes tiene alta fuerza mecánica. Sin embargo, el reto es lograr tales capacidades para los hidrogeles artificiales en presencia del agua y de los vínculos químicos permanentes que reticulan las moléculas de los hidrogeles el uno al otro.

Una manera de vencer esto, la matriz del polímero se puede sujetar a las cadenas laterales pendientes de hidrocarburos con los grupos funcionales polares substituidos que podrían producir la vinculación del hidrógeno a través de una herida en el hidrogel o ensamblar dos pedazos separados del hidrogel. Las demandas están para las cadenas laterales largas y flexibles con una red flexible de modo que los grupos funcionales polares puedan acceder el uno al otro a través del espacio de interrupción. Simultáneamente, es necesario reducir el largo de las cadenas laterales para evitar obstáculo estérico importante entre los grupos funcionales y el colapso de la cadena lateral debido a su hydrophobicity pues el largo aumenta.

Un grupo experimental hizo frente a estos retos bajo la forma de moléculas ácidas polimerizadas de acryloyl-6-aminocaproic (A6ACA) bajo la forma de hidrogel que podría llenar el vacío entre los pedazos a pesar de la presencia de agua y de reticulación permanente. Ensamblaron rápidamente el uno al otro por la vinculación del hidrógeno, si estuvieron traídos simple en contacto en una solución ácida, con el interfaz resultante siendo bastante fuerte sostener el peso del hidrogel, ser estirado sin perder su talla o forma, e incluso soportar el agua hirvienda. La tensión requerida para romper la superficie curada era el cerca de 66% de la superficie intacta, porque solamente las ligazones de hidrógeno tuvieron que estar rotas, mientras que en la vinculación de hidrógeno intacta del pedazo y la vinculación covalente tuvo que ser roto. Cuando estaban expuestos a un de gran alcalinidad los hidrogeles curados se separaron pero rehealed cuando la solución reacidified. Este ciclo se podía relanzar muchas veces.

La fuerza del autoregenerable se relaciona con el fragmento de la reticulación porque ésta reduce el fragmento al cual las cadenas laterales pueden moverse, o hace el hidrogel más rígido, y así empeorando el hidrógeno que pega ambas maneras. El segundo mecanismo es probable ser más importante.

Tipos de hidrogeles autoregenerables

Los hidrogeles autoregenerables son de dos tipos basados en la naturaleza de la reticulación:

  • Los hidrogeles químicos son conectados por la vinculación covalente reversible tal como vinculación del disulfuro y forman una red permanente
  • Los hidrogeles físicos dependen de ligazones noncovalent tales como ligazones de hidrógeno o acciones recíprocas del metal-ligand para formar una red reversible

Determinantes de la utilidad biológica

Los principales factores que determinan la utilidad biológica de un hidrogel incluyen:

  • Biocompatibility, o el poder ser tolerado por el cuerpo humano vivo - los polímeros tales como glicol de polietileno (ESPIGA), alcohol de polivinilo (PVA), y el ácido poliacrílico (PAA) ajustó esta consideración, siendo simple encadena, al igual que derivan los polímeros del polipéptido y del polisacárido tales como colágeno, alginato, celulosa y ácido hialurónico. Un caso especial se puede hacer para polivinílico (el ácido L-glutámico) (PLGA) que se haga de aminoácidos, es no tóxico, hidrofílico, y totalmente bioerodible, sin ser inmunogenético o alergénico. Puede ser modificado para crear un hidrogel autoregenerable que pueda formar un andamio del tejido.
  • Reticulación enzimática - las enzimas similares a ésas en naturaleza se podrían utilizar para producir la reticulación. Ésta es otra manera de asegurarse de que las suficientes reticulaciones entrehierro-que llenan están formadas dentro de la carrocería que usa esas reacciones que sean naturalmente hidrofílicas y ocurrir en un pH neutral y una temperatura normal. La actividad de la enzima se puede regular para cambiar las propiedades fisicoquímicas del hidrogel autoregenerable así como desear para que la cura óptima ocurra.
  • Injectability - la inyección "in-situ" de un hidrogel autoregenerable podría ser de gran uso en la introducción de las células, las drogas o las proteínas u otros agentes activos en el sitio que se curará, usando la propiedad de reducción de la resistencia que permite que el hidrogel cambie en un líquido bajo presión de la resistencia pero se convierte en un gel que las fuerzas de corte terminan otra vez una vez. Esto podía no sólo prevenir procedimientos quirúrgicos complejos sino aliviar dolor mucho más rápidamente que actualmente.
  • Múltiplo que reticula mecanismos - el uso de varios métodos diferentes de reticulación puede ayudar a refinar las propiedades mecánicas del polímero, tales como vinculación física para la formación rápida del gel, con la vinculación electroestática fuerte por las cadenas pendientes apropiadas con las cargas positivas y negativas
  • Adherencia - la adherencia del tejido y la afinidad de la célula son importantes para un buen andamio del tejido. A diferencia del pegamento o cianocrilato de la fibrina, los adhesivos de uso general del tejido con fuerza pobre y biocompatibility respectivamente, los nuevos materiales se están utilizando en maneras nuevas de imitar la naturaleza.

El uso de los rellenadores del nanoscale se puede utilizar para hacer el hidrogel inyectable, fácil manipular y fuerte dependiendo de la relación de aspecto.

Usos en biomedecina

Ingeniería del tejido

La limitación de la cura física en tejido herido es el plazo limitado disponible para que los tejidos fascial y vasculares comiencen a curar la herida. Sin embargo, los hidrogeles se pueden utilizar como andamios para los diversos propósitos biomédicos, en formas tales como una matriz tridimensional, una matriz de nanofibers, un hidrogel que las transiciones entre el solenoide y el gel declaren con los cambios de temperatura, y microesfera porosa.

Estos andamios son increíblemente útiles pues ofrecen una plataforma en la cual las células puedan adherirse, proliferar, distinguir, y emigrar para curar la herida firmemente e inmediatamente. Mientras que la naturaleza porosa del hidrogel permite las células así como los agentes terapéuticos sujeten, el bioerosion de los puntos reticulados permiso que la baja controlada de la droga así como la migración de las células logran la forma, la fuerza, y la integridad correctas del tejido curado.

Estos hidrogeles se pueden utilizar para curar úlceras y perforaciones de la mucosa gástricas.

En daño del órgano tal como infarto del miocardio, tales hidrogeles autoregenerables se pueden utilizar para ofrecer el andamio ascendente usando bloques huecos microscópicos para lograr la configuración deseada que entonces es replegada rápidamente por la naturaleza autoregenerable del hidrogel. Las células se distribuyen en este nuevo andamio para reconstruir los desaparecidos o el tejido dañado. Célula-encapsulando microgels, las hojas de la célula, la impresión de la célula, y la agregación de célula son algunos métodos usados de esta manera.

Chondrocyte que cura es actualmente imposible debido a la falta de autoregenerable en cartílago articular. Un hidrogel de la cultura del tejido con los chondrocytes incluidos se puede implantar en cartílago dañado para ascender incremento de la célula sobre él y para reemplazar la partición irreversible herida.

Terapia génica

El lanzamiento del gen también se ha hecho posible usando hidrogeles cruzar la membrana celular, la membrana nuclear, y la barrera sí mismo del cromosoma. Estos hidrogeles se utilizan para montar genes terapéuticos en las pequeñas partículas diseñadas para penetrar la célula apuntada y para entregar el contenido genético. Algunos usos potenciales incluyen la producción de la proteína, la baja de la droga, y la inmunoterapia sin células por la transfección de la DNA. Los genes y los productos del gen para tratar enfermedades genéticas pueden también ser un día disponible usando esta tecnología.

Lanzamiento de la droga

Los sistemas de envío nuevos de la droga se pueden también producir usando estos hidrogeles para formar sistemas bioerodible para liberar la droga a un régimen controlado y exacto. Pueden ser utilizados para entregar ciertas drogas convenientes para la incorporación en la estructura del hidrogel, tal como las tetraciclinas.

Conclusión

Los hidrogeles autoregenerables tienen muchos usos biomédicos amplios, pero los retos son igualmente diversos.

Fuentes

[Lectura adicional: Hidrogel]

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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