แอพพลิเคชันทางการแพทย์สำหรับโพลิเมอร์สมาร์ท

ระบบที่พวกเขาทำหน้าที่โครงสร้างและสรีรวิทยาของพวกเขา ข้อมูลดังกล่าวถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาสารพอลิเมอร์ที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยคุณสมบัติเฉพาะและความสามารถในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง ในสภาพแวดล้อมของพวกเขา

โพลิเมอร์สังเคราะห์เหล่านี้อาจมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งานที่หลากหลายรวมถึงบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพและชีวการแพทย์

โพลิเมอร์สมาร์ทกำลังเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับสารเคมีและทริกเกอร์ที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโครงสร้างพอลิเมอร์และวางแผนหาวิธีใช้ประโยชน์และควบคุมพวกเขา วัสดุโพลีเมอร์ใหม่ ๆ มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงในระบบชีวภาพและปรับเปลี่ยน ในลักษณะที่สามารถคาดเดาได้ ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการจัดส่งยาหรือกลไกการควบคุมการเผาผลาญอื่น ๆ

การตอบสนองแบบ nonlinear

ของโพลิเมอร์สมาร์ทคือสิ่งที่ทำให้พวกเขามีเอกลักษณ์และมีประสิทธิภาพ โครงสร้างและสมบัติที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญสามารถเกิดจากแรงกระตุ้นขนาดเล็กมาก เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ซึ่งหมายถึงการตอบสนองทั้งหมดหรือไม่มีอะไรที่คาดการณ์ได้เกิดขึ้นโดยมีความสม่ำเสมอที่สมบูรณ์ตลอดทั้งพอลิเมอร์ โพลิเมอร์สมาร์ทอาจมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติในการยึดเกาะการยึดเกาะหรือการกักเก็บน้ำเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงค่า pH อุณหภูมิความแรงของไอออนอุณหภูมิหรือทริกเกอร์อื่น ๆ เล็กน้อย

ปัจจัยอื่นที่มีผลต่อประสิทธิภาพของโพลิเมอร์สมาร์ทอยู่ในลักษณะทั่วไปของพอลิเมอร์โดยทั่วไป ความแข็งแรงของการตอบสนองของโมเลกุลแต่ละตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งเร้าคือส่วนประกอบของการเปลี่ยนแปลงของหน่วยโมโนเมอร์แต่ละตัวซึ่งเพียงอย่างเดียวจะอ่อนแอ

อย่างไรก็ตามการตอบสนองที่อ่อนแอเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นจำนวนหลายร้อยหลายพันครั้ง

ก่อให้เกิดแรงผลักดันกระบวนการทางชีววิทยาอย่างมาก

การจัดประเภทและเคมี ในปัจจุบันการใช้สมาร์ทโพลิเมอร์ในด้าน biomedicine เป็นที่แพร่หลายมากที่สุดสำหรับ การจัดส่งยาที่กำหนดเป้าหมายโดยเฉพาะ

ตั้งแต่การมาถึงของ

เภสัชภัณฑ์ที่ปล่อยเวลาออกไป นักวิทยาศาสตร์ก็ต้องเผชิญกับปัญหาในการหาวิธีส่งยาไปยังสถานที่เฉพาะเจาะจงในร่างกายโดยที่ไม่ต้องลดระดับความเป็นกรดในเลือดสูงเป็นครั้งแรกที่ 999 สภาพท้องที่ การป้องกันการเกิดผลข้างเคียงต่อกระดูกและเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ นักวิจัยได้คิดค้นวิธีการใช้โพลิเมอร์สมาร์ทเพื่อควบคุมการปลดปล่อยยาจนกว่าระบบการจัดส่งถึงเป้าหมายที่ต้องการ ข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับนี้ได้รับการควบคุมโดยทั้งสารเคมีหรือสรีรวิทยา สมาร์ทโพลิเมอร์แบบ Linear และ Matrix มีคุณสมบัติหลากหลายขึ้นอยู่กับกลุ่มทำงานที่ตอบสนองและโซ่ด้านข้าง กลุ่มเหล่านี้อาจตอบสนองต่อค่าความเป็นกรด, อุณหภูมิ, ความแรงของไอออนิกสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กและแสง โพลิเมอร์บางตัวสามารถเชื่อมโยงข้ามกันได้โดยพันธะ noncovalent ที่สามารถทำลายและปฏิรูปได้ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อมภายนอก นาโนเทคโนโลยีเป็นรากฐานสำคัญในการพัฒนาโพลิเมอร์นาโนบางชนิดเช่น dendrimers และ fullerenes ที่นำมาใช้ในการจัดส่งยา การห่อตัวยาแบบดั้งเดิมได้รับการทำโดยใช้โพลิเมอร์กรดแลคติค ความคืบหน้าล่าสุดได้เห็นการก่อตัวของการฝึกอบรมเหมือนตาข่ายที่ถือยาเสพติดของดอกเบี้ยที่บูรณาการหรือ entrapped ระหว่างเส้นพอลิเมอ เมทริกซ์โพลีเมอร์สมาร์ทเปิดตัวยาด้วยปฏิกิริยาทางเคมีหรือโครงสร้างทางสรีรวิทยาซึ่งมักเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสทำให้เกิดการแตกแยกของพันธะและการปลดปล่อยยาขณะที่เมทริกซ์ถูกย่อยสลายลงในส่วนประกอบย่อยสลายทางชีวภาพ การใช้โพลีเมอร์ธรรมชาติได้ให้วิธีการสังเคราะห์โพลิเมอร์เทียมเช่น polyanhydrides polyesters กรด polyacrylic poly (methyl methacrylates) และ polyurethanes โพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่มี heteroatoms (เช่นอะตอมอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอน) ถูกพบว่าสามารถย่อยสลายได้เร็วที่สุด นักวิทยาศาสตร์ควบคุมอัตราการจัดส่งยาโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเหล่านี้ดังนั้นจึงปรับอัตราการย่อยสลาย copolymers Graft-and-block

ประกอบด้วยสองโพลีเมอที่แตกต่างกัน grafted เข้าด้วยกัน มีการจดสิทธิบัตรหลายฉบับสำหรับการผสมผสานของโพลิเมอร์ต่างๆกับกลุ่มปฏิกิริยาที่ต่างกัน ผลิตภัณฑ์นี้มีคุณสมบัติของชิ้นส่วนทั้งสองที่เพิ่มมิติใหม่ให้โครงสร้างพอลิเมอร์แบบสมาร์ทและอาจเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานบางอย่าง การเชื่อมโยงโพลิเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำและน้ำซึมทำให้เกิดโครงสร้าง micelle คล้ายกับที่สามารถช่วยในการจัดส่งยาผ่านสื่อน้ำได้อย่างปลอดภัยจนกว่าจะมีสภาพที่สถานที่เป้าหมายทำให้เกิดการสลายตัวของโพลิเมอร์ทั้งสองอย่างพร้อมกัน แนวทางการปลูกถ่ายอวัยวะและบล็อกอาจเป็นประโยชน์ในการแก้ปัญหาที่เกิดจากการใช้พอลิเมอร์ bioadhesive ทั่วไป polyacrylic acid (PAAc) PAAc ยึดติดกับพื้นผิวของเยื่อเมือก แต่จะบวมและย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วที่ pH 7.4 ซึ่งส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยตัวยาอย่างรวดเร็วในเมทริกซ์ การรวมกันของ PAAc กับพอลิเมอร์อื่นที่ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงที่ pH เป็นกลางอาจเพิ่มเวลาพักพิงและทำให้การปลดปล่อยตัวยาช้าลงซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการใช้ประโยชน์และประสิทธิผล

Hydrogels

เป็นโพลิเมอร์ที่ไม่ละลายในน้ำ แต่

บวมหรือยุบ ในการเปลี่ยนสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว พวกเขามีประโยชน์ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการแยกเฟสเนื่องจากสามารถนำไปรีไซเคิลหรือรีไซเคิลได้ มีการตรวจสอบวิธีใหม่ในการควบคุมการไหลหรือจับและปล่อยสารเป้าหมายในไฮโดรเจล ไฮโดรเจลที่มีความเชี่ยวชาญสูงได้รับการพัฒนาเพื่อการส่งมอบและการปล่อยยาเข้าไปในเนื้อเยื่อเฉพาะ

ไฮโดรเจลที่ทำจาก PAAc เป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปเนื่องจากมีสมบัติทางชีวภาพและดูดซับได้ดี

การตรึงเอนไซม์ในไฮโดรเจลเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างดี สามารถเชื่อมโยงเครือข่ายโพลิเมอร์ข้ามเชื่อมและไฮโดรเจลกลับกันได้กับระบบชีวภาพซึ่งการตอบสนองและการปลดปล่อยตัวยาจะถูกกระตุ้นโดยโมเลกุลเป้าหมายเอง อีกทางเลือกหนึ่งการตอบสนองอาจถูกเปิดหรือปิดโดยปฏิกิริยาจากเอนไซม์ นี้มักจะทำโดยการรวมตัวของเอนไซม์ตัวรับหรือแอนติบอดีที่ผูกกับโมเลกุลที่น่าสนใจเข้าไปในไฮโดรเจล เมื่อเกิดปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดปฏิกิริยาขึ้นจากไฮโดรเจล ทริกเกอร์สามารถเป็นออกซิเจนได้โดยใช้เอนไซม์ oxidoreductase หรือการตอบสนองต่อค่า pH ตัวอย่างของหลังคือการจับกุมของน้ำตาลกลูโคสออกซิเดสและอินซูลินใน hydrogel ที่ตอบสนองต่อค่า pH เมื่อมีกลูโคสการก่อตัวของกรดกลูโคนิกโดยเอนไซม์จะปล่อยอินซูลินออกจากไฮโดรเจล สองเกณฑ์สำหรับเทคโนโลยีนี้เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพคือ ความเสถียรของเอนไซม์

และ

จลนพลศาสตร์รวดเร็ว

(ตอบสนองต่อทริกเกอร์และการฟื้นตัวอย่างรวดเร็วหลังจากกำจัดทริกเกอร์) มีหลายกลยุทธ์ที่ได้รับการทดสอบในการวิจัยโรคเบาหวานประเภท 1 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้โพลิเมอร์สมาร์ทประเภทเดียวกันที่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระดับกลูโคสในเลือดและทำให้เกิดการผลิตหรือการปล่อยอินซูลินได้ ในทำนองเดียวกันมีหลายโปรแกรมที่เป็นไปได้ของไฮโดรเจนที่คล้ายกันเป็นตัวแทนการจัดส่งยาสำหรับเงื่อนไขอื่น ๆ และโรค

โพลิเมอร์สมาร์ทไม่เพียง แต่สำหรับการจัดส่งยาเท่านั้น คุณสมบัติของพวกเขาทำให้พวกเขาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับ bioseparations เวลาและค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการทำให้บริสุทธิ์โปรตีนอาจลดลงอย่างเห็นได้ชัดโดยใช้โพลิเมอร์สมาร์ทที่มีการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติในขนาดกลาง ระบบ conjugated ถูกใช้เป็นเวลาหลายปีในการแยกทางกายภาพและความสัมพันธ์กันและการวิเคราะห์ทางภูมิคุ้มกัน การเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างพอลิเมอร์ในกล้องจุลทรรศน์จะปรากฏเป็นโครงสร้างการตกตะกอนซึ่งอาจใช้เพื่อช่วยแยกโปรตีนที่ถูกขังออกจากสารละลาย ระบบเหล่านี้ทำงานเมื่อโปรตีนหรือโมเลกุลอื่น ๆ ที่จะแยกออกจากส่วนผสมทำให้เกิด bioconjugate กับพอลิเมอร์และตกตะกอนกับพอลิเมอร์เมื่อสิ่งแวดล้อมของมันเปลี่ยนแปลงไป ตะกอนจะถูกลบออกจากสื่อดังนั้นจึงแยกองค์ประกอบที่ต้องการของคอนจูเกตออกจากส่วนที่เหลือของส่วนผสม การกำจัดคอมโพเนนต์นี้ออกจากคอนจูเกตขึ้นอยู่กับการฟื้นตัวของพอลีเมอร์และการกลับสู่สภาพเดิมดังนั้นไฮโดรเจนจึงเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับกระบวนการดังกล่าว

อีกวิธีหนึ่งในการควบคุมปฏิกิริยาทางชีวภาพโดยใช้โพลิเมอร์สมาร์ทคือการเตรียมโปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่มีสถานที่ยึดเกาะโพลิเมอร์ภายในอยู่ใกล้กับแกนด์หรือเซลล์ที่มีผลผูกพัน เทคนิคนี้ใช้เพื่อควบคุมแกนด์และกิจกรรมการยึดเกาะของเซลล์ขึ้นอยู่กับความหลากหลายของทริกเกอร์รวมถึงอุณหภูมิและแสง การประยุกต์ใช้ในอนาคต มีการแนะนำว่าอาจพัฒนาโพลิเมอร์ที่สามารถ

เรียนรู้และพฤติกรรมที่ถูกต้องตามกฎหมาย

เมื่อเวลาผ่านไปแม้ว่าจะเป็นความเป็นไปได้ไกล แต่ก็มีแอพพลิเคชันอื่น ๆ ที่เป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ หนึ่งในนั้นคือความคิดของ smart toilettes ที่วิเคราะห์ปัสสาวะและช่วยในการระบุปัญหาสุขภาพ ในเทคโนโลยีชีวภาพด้านสิ่งแวดล้อมระบบชลประทานที่ชาญฉลาดได้รับการเสนอ มันจะเป็นประโยชน์อย่างเหลือเชื่อที่จะมีระบบที่เปิดและปิดและควบคุมความเข้มข้นของปุ๋ยตามความชื้นในดิน pH และระดับสารอาหาร แนวทางที่สร้างสรรค์หลาย ๆ ด้านสำหรับระบบการจัดส่งยาที่กำหนดเป้าหมายซึ่งควบคุมตนเองโดยยึดตามสภาพแวดล้อมของเซลล์ที่ไม่ซ้ำกันเหล่านี้อยู่ภายใต้การตรวจสอบ

มีปัญหาที่เป็นไปได้ในการใช้โพลิเมอร์สมาร์ทในด้าน biomedicine น่าเป็นห่วงที่สุดคือความเป็นไปได้ที่จะเกิดความเป็นพิษหรือความไม่ลงรอยกันของสารเทียมในร่างกายรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายและผลพลอยได้ อย่างไรก็ตามโพลิเมอร์สมาร์ทมีศักยภาพที่มหาศาลในด้านเทคโนโลยีชีวภาพและการประยุกต์ใช้ด้านชีวเวชศาสตร์หากสามารถเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ได้

แหล่งที่มา

Yuk SH et al. พอลิเมอร์ pH / อุณหภูมิที่ตอบสนองประกอบด้วยโพลี - ((N, N-dimethylamino) ethyl methancrylate-co-ethylacrylamide) แมคโครโมเลกุล 30 (22) 1997: 6856-6859 Patil NV โพลิเมอร์สมาร์ทอยู่ในอนาคตเทคโนโลยีชีวภาพ ไบโอโพรเซส International 4 (8) 2006: 42-46

Stayton PS, Ding Z, Hoffman AS สมาร์ทพอลิเมอร์ - streptavidin conjugates วิธีการ Mol Biol 283 2547: 37-44

_{Varshosaz J. ระบบการจัดส่งอินซูลินเพื่อควบคุมโรคเบาหวาน สิทธิบัตรล่าสุดเกี่ยวกับการค้นคว้ายาต่อมไร้ท่อการเผาผลาญและระบบภูมิคุ้มกัน 1 2007: 25-40}