مقاله کامل توليد داربست هاي پليمري پردازش اسفنج گازي

توليد داربست هاي پليمري: پردازش اسفنج گازي
PROCESSING OF POLYMER SCFFOLDS : GAS FOAM PROCESSING
توماس- پي- ريچارد سون، مارتين-سي- پيترز و ديويد- جي- موني
مهندسي بافت وعده بزرگ تهيه اندام هاي كاملاً عملياتي براي رفع مشكل كمبود عضو اهدايي را داده است. روش هاي متداول آزمايشگاهي تشكيل اين گونه بافت ها را معمولاً از دستگاههاي مختلط (هيبريد) شامل داربست هاي پليمري زيست تخريب پذير و سلول هاي اين بافت ها استفاده مي كنند. روش هاي متعددي در شكل دهي و پردازش پليمرها براي استفاده در مهندسي بافت توسعه يافته است كه هر فرايند مجزاي آن، داراي ويژگي و عملكرد منحصر به فردي در تشكيل داربست هاي مهندسي بافت است. با توجه به اين روش ها، پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي در حال شكل گيري است كه يكي از مهمترين آنها اسفنج سازي گازي است. اسفنج سازي گازي به دليل قابليت تخلخل پذيري بالاي اسفنج هاي داربست پليمري بدون به كارگيري دماي بالا يا حلال هاي ارگانيك (آلي) حائز اهميت است. با حذف شرايط دماي بالا و حلال هاي آلي مي توان مولكولهاي زيست فعال بزرگ حاوي فاكتورهاي رشد را با حفظ فعاليت زيستي در پليمر مجتمع ساخت. (داربست هاي پليمري را ميتوان به عنوان حامل مواد مورد نياز پروتئين ها براي ايجاد پاسخ سلولي (براي مثال، جابجائي، (مهاجرت) و تكثير) و بستري براي چسبندگي سلول قلمداد كرد كه هر دو براي رشد بافت هاي آزمايشگاهي بسيار مهم هستند. فعاليت آزمايشگاهي ما بر استفاده از اين روش در پردازش كوپليمرهاي
اسيدهاي لاكتيك و گليكوليك و كپسوله كردن پروتئين ها و پلاسميد DNA كد كننده پروتئين ها براي تغيير رفتار سلولي مورد نظر مهندسي بافت متمركز مي شود. اين فصل نظريه و روند اسفنج سازي گازي را با ملاحظه جنبه عملي پردازش اسفنج مورد بحث قرار مي دهد.
-پيشگفتار
اهداف مهندسي بافت فراهم سازي اندام هاي كارآمد يا جايگزيني قسمتي از بافت براي بيماراني با ضعف ‍(از كار افتادگي) اندام، آسيب يا بيماري وخيم است. محققان براي تهيه و تأمين جايگزين هايي كارآمد براي بافت، اقدام به تهيه پليمرهايي نموده اند كه در آنها گونه هاي سلولي متفاوت (مثل سلولهاي استخوان زا و غضروف زا و غيره) را كشت داده اند؛ و بدين منظور كليه رهيافت هاي مبتني بر آزمونهاي داخل بدن و يا خارج بدن موجود زنده (in vivo , in vitro) مد نظر قرار گرفته است. علاوه بر اين، پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي در استفاده از تركيباتي كه سبب تحريك بافت خود شخص گيرنده در پاسخ به دستگاه شده و توليد بافتي كه تقريباً عمليات معادل بافت صدمه ديده يا غايب را انجام مي دهد صورت گرفته است.
اهداف استراتژي فعلي، توسعه داربست هاي زيست تخريب پذيري است كه در آنها يا سلول ها به طور مستقيم كاشته شده و يا فاكتورهاي القايي بافت (براي مثال، فاكتورهاي رشد) كپسوله مي شوند، كه البته تركيب هر دو استراتژي فوق نيز در نظر
گرفته مي شود. در اين روش فرض مي شود كه پليمر ويژگي هاي ساختاري ضروري را براي نفوذ، تكثير سلولي، ته نشيني ماتريس برون سلولي و سازمان دهي سلولي كه در نهايت منجر به يك بافت سازمان دهي شده كاملاً كارآمد مي شود فراهم آورد. فرض ديگر اين است كه اين پردازش هاي سلولي برابر با نرخ تخريب پليمر يا نزديك به آن باشد. در سال هاي اخير ساختارهاي پليمري متعددي (براي مثال، فيلم ها، اسفنج ها و غيره) توسط پردازش هاي گوناگون توسعه يافته و قابليت استحكام مكانيكي، تخلخل پذيري، نرخ تركيب و آزاد سازي مولكول هاي زيست سازگار آنها مورد آزمايش قرار گرفته است. اين كار نشان مي دهد كه روش هاي مختلف ساخت پليمر داراي قابليت هاي مجزايي براي دستيابي به هدف نهايي يعني جايگزيني بافت كارآمد هستند. اين روش ها به وسيله پارامترهاي سهولت پردازش، تخلخل پذيري پليمر، نسبت هاي متغير سطح به حجم و سازگاري با مولكول هاي زيست فعال از يكديگر تميز داده مي شوند. در بخش بعدي روشهاي متداولي كه براي كاربردهاي مهندسي بافت توسعه داده شده اند بطور خلاصه بازنگري شده و سپس روش اسفنج سازگاري در بخش هاي آتي تشريح مي شود. اين فصل بر پردازش پلي- لاكتيك- كوگيكوليك اسيد (PLGA) كه يك ماده بسيار متداول در داربست هاي مهندسي بافت است تمركز مي‌كند.
-پردازش پليمرهاي به كار رفته در مهندسي بافت
PROCESSING OF POLYMERS FOR USE IN TISSUE ENGINEERING
پليمرهاي متنوعي در مهندسي بافت مورد استفاده قرار مي گيرند اما تأكيد اين فصل بر پردازش PLGA است. پليمرهاي حاوي اسيد لاكتيك و اسيدگليكوليك به طور گسترده در مهندسي بافت به كار رفته و به مدت 25 سال به عنوان نخ بخيه زيست تخريب پذير مورد استفاده قرار گرفته اند كه نشان دهنده زيست سازگاري مناسب آنهاست. شيوه هاي مختلفي با مزايا و مضرات شاخص براي ساخت داربست هاي PLGA توسعه يافته كه به غير از روش اسفج سازگاري بقيه به پردازش PLGA در حالت مايع نيازمند است. اين روش هاي پردازش به صورت خلاصه در اينجا مورد بازنگري قرار مي گيرند. چهار روش پر كاربرد عبارتند از؛ قالب گيري حلال، تفكيك فاز، قالب گيري مذاب و اسفنج سازي گازي كه به طور مفصل در بخش هاي بعدي مطرح مي شوند. هر كدام از اين روشهاي پردازش داراي قابليت هاي خاصي در مهندسي بافت هستند.
قسمت باقيمانده فصل بر يك روش ديگر اشاره مي‌كند كه به حلال هاي آلي يا دماي بالا نياز ندارد. پردازش اسفنج سازي گازي به طور مفصل به همراه نظريه آرايش (شكل گيري)، پارامترهاي ساخت و تركيب، كاربرد هاي اسفنج هاي گازي، قرار داد استاندارد تهيه و يك توضيح مختصر در مورد روش هاي توصيف آنها، تشريح مي شود.
روش قالب گيري حلال شامل انحلال PLGA در يك حلال آلي است (براي مثال كلريد متيلن) كه با يك پروژن قابل حل در آب كه معمولاً نمك است تركيب شده و محلول را در يك قالب سه بعدي از پيش مشخص قالب
گيري مي كنند. سپس به حلال اجازه داده مي شود تا تبخير شده و داربست نهايي براي خارج سازي نمك پالايش مي شود كه اين امر سبب ايجاد خلل و فرج هايي با اندازه ابعاد ذرات نمك مي گردد، مزاياي اين روش پردازش عبارتند از: تخلخل كنترل شده كه توسط توده بلورهاي نمك موجود در تركيب تحميل مي‏شود اندازه خلل و فرج كه به وسيله ابعاد بلورهاي نمك كنترل مي گردد درجات مختلف بلورينگي كه توسط تركيب ويسكوزيته ذاتي پليمر تعيين مي شود و نرخ سطح به حجم كه به وسيله نسبت نمك به پليمر تعيين مي گردد. عيب اصلي اين روش استفاده از حلال هاي ‌آلي جهت قالب ريزي پليمر است كه مي توانند سبب كاهش فعاليت كاهش فعاليت مولكول هاي زيست القايي (براي مثال، پروتئين ها) شود كه بعد از ساخت نيز مي توانند به شكل مقادير كوچك باقي بمانند. روش ديگر شكل دهي داربست ها به كار گيري تفكيك فاز كنترل شده است. اين شيوه از مشخصه هاي تفكيك پليمر حل شده در حلال آلي (براي مثال، نفتالين مذاب) بهره مي برد. زماني كه PLGA و حلال به طور همگن آميخته شوند، فاكتور زيست فعال در تركيب وارد مي شود. با كاهش دماي تركيب، تفكيك فاز مايع- مايع القا شده و متعاقب آن هر فاز متبلور مي شود. مولكول زيست فعال در پليمر به دام افتاده و بخش آلي در اثر تصعيد خارج مي شود. مزاياي اين روش حفظ فعاليت زيستي مولكول هاي كوچك (براي مثال پپتيد) و توليد داربست هاي بزرگ تر است. در صورتي كه از گرما استفاده نشود
مولكول هاي بزرگ تري كه در معرض از دست دادن ماهيت طبيعي هستند(براي مثال فاكتورهاي رشد ، آنزيم ها) به حلال هاي آلي وارد مي شوند. بدين ترتيب پردازش تفكيك فاز مي تواند منجر به از دست دادن (اتلاف) فعاليت اين مولكول ها گردد. علاوه بر اين ممكن است كه باقيمانده حلال آلي بر جاي بماند كه باعث لطمه زدن به زيست سازگاري داربست ها مي شود.
پردازش قالب ريزي مذاب از دماي بالا براي ذوب كردن PLGA و تركيب آن با پروژن استفاده كرده و تركيب به دست آمده در نهايت در شكل مورد نظر قالب ريزي مي شود. پروژن اين فرايند كه اغلب ميكروكره هاي ژلاتيني هستند پس از پالايش، يك داربست متخلخل از خود به جاي ميگذارند. اين روش داراي بسياري از مزاياي مشابه قالب گيري حلال از قبيل توانايي كنترل اندازه خلل و فرج و حد درجه تخلخل و بلورينگي مي باشد. مزيت ديگر اين روش عدم نياز به حلال هاي آلي است كه احتمال باقي ماندن حلال آلي راو در داربست ها از بين مي برد. شرايط دمايي بالا جهت ذوب PLGA مي تواند سبب تغيير ساختارهاي سه اتمي و چهار اتمي مولكول‏هاي زيستي مورد نياز براي فعاليت زيستي گردد.
-اسفنج سازي گازيGAS FOAMING اسفنج سازي گازي فرايندي جهت پردازش PLGA در داربست هاي بسيار متخلخل است كه نه به دماهاي بالا و نه به حلال هاي آلي نياز دارد. اين امر سبب يكپارچگي مولكولهاي زيست فعال(براي مثال،
پروتئين ها، پلاسميد DNA) با حداقل اتلاف فعاليت مي گردد. پردازش فوق شكل گيري يك داربست پيوسته PLGA ازتركيب اوليه گسسته ذرات PLGA(شكل 1-64) را ممكن مي سازد. ذرات PLGA و پروژن كه معمولاً كلريد سديم هستند با فشار بالاي به تعادل رسيده و پس از آن فشار به سرعت كاهش مي يابد. افت فشار سبب تشكيل هسته حباب ها از حاصل از عدم تعادل ترموديناميكي مي شود. به واسطه انتشار مقادير رو به افزايش گاز به حباب ها آنها منبسط گرديده و در نهايت منجر به انبساط ذرات پليمري منفرد در اطراف ذرات پروژن مي شود. ذرات ناپيوسته PLGA جهت شكل دهي يك ماده پيوسته با خلل و فرج باز گداخته مي شوند. پروژن به دست آمده را مي توان پالايش كرده تا يك داربست بسيار متخلخل با خلل و فرج هاي باز PLGA ايجاد شود، (شكل 2-64). اسفنج سازي گازي بسياري از پارامترهاي مشابه روشهاي ديگر پردازش را در برگرفته و بدين ترتيب داراي بسياري از مزاياي مشابه آنها از جمله كنترل اندازه خلل و فرج و تخلخل و توانايي ايجاد داربست هاي بزرگ مي باشد. بعلاوه، اين روش داراي مزيت هاي ديگري نيز هست. به واسطه تخلخل بالاي داربست چگالي هاي بالاي سلول ها را مي توان متناسب با تخلخل كم تركيب PLGA به دستگاه وارد كرد. بعلاوه تخلخل بالا مي تواند مشكلات ناشي از انتشار محدود مواد غذايي را به درون بافت در حال رشد و يا مواد زايد را از آن بافت به حداقل رسانده و بدين طريق زيست پذيري

فایل : 18 صفحه

فرمت : Word