ההתקדמות בטכנולוגיה רפואית הובילה לפיתוח של חומרים חדשים עבור שתלים אינטראקציה בבטחה עם הגוף האנושי.בין אלה, פולימרים ביו-תואמים לשחק תפקיד חיוני שחרור סמים מבוקר, המאפשר טיפול מקומי מתמשך תוך צמצום תופעות לוואי מערכתיות. על ידי בדיוק משנה קינטיקה שחרור, פולימרים אלה לשפר את תוצאות המטופל על פני אורתודואידים, קרדיולוגיה, מתודולוגיה, פתולוגיה, אופתם.

מבוא לפולימרים שאינם מתאימים

פולימרים לא עקביים הם סינתטיים או טבעיים מקרומולקולטים שנועדו לתפקד בתוך סביבות פיזיולוגיות ללא עוררות תגובות חיסוניות שליליות.הגמישות הכימית שלהם מאפשרת למהנדסים לכוון את שיעורי ההשפלה, כוח מכני ונכסים משטחים.השדה התפתח מהשתלות פשוט במערכות לארטיות מתוחכמות שמשחררות סוכנים טיפוליים במשך שבועות או חודשים.עבודה מוקדמת בשנות ה-70 התמקדו בסיליקון ובפוליאורטיקנים; ממנף המחקר המודרני של תרופות כגון חומצה פולימרים (חומצה פוליקוליתית) ופוליקולית (LGactol) וחומצה פוליקולית (LGactleneglycic).

שתלים מוצלחים חייבים לאזן ביו-גמישות, שחרור מבוקר וביצועים מכניים. פולימר שמדרג מהר מדי עלול לגרום לשחרור מפוצצים; אחד שמטמים לאט מדי עלול להישאר בגוף יותר מאשר צורך.אתגרי עיצוב אלה מניעים חדשנות מתמשכת בכימיה פולימרומית ועיבוד.

סוגי הפולימרים התואמים של Bioתואמים עבור בקרת שחרור

מגוון רחב של פולימרים אושר לשימוש רפואי.הבחירה תלויה בפרופיל השחרור הרצוי, זמן ההשפלה, והסביבה הביולוגית הספציפית.

חומצה פולית-co-glycolic (PLGA)

PLGA הוא הפולימר הביו-דידידי ביותר עבור משלוח סמים.זה מקטין בחומצות lactic וגליקולי, אשר מטבולים פחמן דו חמצני ומים. על ידי שינוי יחס lactic-to-glycolide, החוקרים יכולים להשיג פעמים השפלה משבועות עד כמה חודשים. PLGA-articles, חלקיקים, ושתלים משמשים עבור סוכנים, כימותרפיה, הוא מפשטת הורמונים רגולטוריים רבים.

קישור חיצוני:0 (בשיתוף PLGA במשלוח סמים)

Polyethylene Glycol (PEG)

PEG הוא פולימר הידרופילי בשימוש נרחב כדי לשנות פני השטח ו congate עם סמים. PEGylation משפר את solubility סמים, להפחית את immunogenicity, ומרחיב את זמן מחזור. במערכות מושתלות, הידרוג גלגל ניתן לחדור כדי ליצור מסובכות לשחרר מולקולות באמצעות דיפוזיה או השפלה.G חוסם copolymers (למשל, PLGGA-GA-GA) בטמפרטורה פולשניתנית.

Polycaprolactone (PCL)

PCL מדגמת לאט (מעל 1-2 שנים), מה שהופך אותו אידיאלי עבור שתלים לטווח ארוך כגון מוטות למניעת הריון, תותבות, ו פיגומים העצם.הגמישות הגבוהה שלו מספקת כוח מכני, אבל שיעור ההשפלה הנמוך ניתן לשנות באמצעות copolymerization או ערבוב עם פולימרים מהירים יותר.

פולימרים נוספים

  • (FLT:0) אלכוהול פוליבילבני (PVA): חליל 1 (מים soluble), המשמש לעתים קרובות hydrogels עבור בגדי הפצע ושתלי רקמות רכות.
  • (FLT:0) צ'יטוסאן: 1:1; פולישביד טבעי עם תכונות אנטימיקרוביאליות.טבעו הטלפוני מאפשר אינטראקציה חזקה עם תרופות יון ורקמות mucosal.
  • (FLT:0) חומצה היאלוירוטונית (HA): OVAFLT:1 glycosaminoglycan יליד להתחבר רקמות. HAgels משמשים זריקות אורתודיות ומשלוח תרופות מימית.
  • (FLT:0) פּוֹלְטְטַה (PU): ⁇ :1 ; ⁇ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אסטרטגיות לפיתוח עבור Controlled

תכנון מערכת פולימר המספקת סמים בקצב קבוע למשך זמן מוגדר דורש מניפולציה זהירה של תכונות פיזיוכימיות.

גירוש מכניזם

פולימרים יכולים להתפרץ באמצעות הידרוליזה (bulk או פני השטח), פעולה נזימטית, או שילוב.בולקה בולק - מקורן ב-PLGA - חוזים לשחרור מהיר לאחר מחסנית שוחק.לחש משטח שומר על שערי שחרור יותר ליניארית. עבור קינטיקה אפס סדר, פולימרים מעוקלים כמו פולינhydranhydrs או פוליתאוסטרים) הם מועדפים יותר.

מערכת Diffusion-Controlled System

שחרור סמים יכול להיות נשלט על ידי דיפוזיה Fickian באמצעות ממטריקס פולימר או membrane. Factors המשפיע על דיפוזיה כוללים גבישי פולימרי, פורוזיות, ומשקל מולקולרי. .המכשירים Reservoir encapulate סמים בתוך קליפת פולימר; מכשירים ממטריקס מתפזרים סמים לאורך כל הפולימרי.המודל Higuchi, הנגזר מ-ffusion נשאר סטנדרטי לחיזוי שחרור.

מערכות מותאמות

פולימרים הידרופיליים (למשל, PEG, PVA) swell כאשר נחשפים לסביבות queous.שיעור נפיחות שולטות על שחרור סמים, כמו תרופה רק diffuses החוצה דרך הרשת המורחבת.

ביקורת (Smart) Polymers

מחקר עדכני מתמקד בפולימרים שמשנים התנהגות בתגובה ל- pH, טמפרטורה, אנזימים או שדות מגנטיים.לדוגמה, פולי(N-isopylacrylamide) (pNIPAM) עובר מעבר שלב ליד טמפרטורת הגוף, המאפשר שחרור על פי דרישה. pH-ressponsive פולימרים המכילים carboxylic או קבוצות אמינו הם בעלי ערך עבור אתרים כגון גסטרציה או מיקרו-שרירים.

להקות פולימר ו-Comosites

שילוב של שני פולימרים או יותר יכול לשלב תכונות רצויות. תערובת PLGA / PCL, למשל, הסתגלות קצב ההשפלה וגמישות מכנית. Composites המכיל קרמיקה ביואקטיבית (למשל, hydroxyapatite) לשפר את שילוב העצם תוך שחרור גורמים אוסטיאוגניים. חלקיקים אורגניים כגון סיליקה או זהב ניתן להוסיף כדי להקנות פעילות אנטיביאלית או לאפשר הדמיה.

מערכות Polymer

חלקיקים וננופיבר ממקסמים שטח פני השטח ומאפשרים שליטה מרחבית מדויקת.אלקטרופורנופיבר מזרקות מחקה טופוגרפיה ממטריקס סלולרית נוספת, המשמש כדי לספק גורמי צמיחה בהנדסת רקמות. Lipid-polymer nanoparticles משלב את היתרונות של ליבות ליבות לימפוחיות פולימר משופר ושחרור מתמשך.

יישומים קליניים בהשתלות רפואיות

שתלים פולימרים מבוקרים הפכו שדות קליניים רבים.

סמים-אליטנטים

נטיות קורונה המצופה עם פולימרים ביו-דידיים (למשל, PLGA, PLLA) לשחרר סוכנים אנטי-פרו-חיים, כגון Sirolimus או paclitaxel במשך מספר שבועות.זה מקטין את שערי מנוחה בהשוואה ל stents חד-מטים. Next-דור ביו-מסוגים מלאים לאחר שהספינה ריפאה, תוך הימנעות נוכחות גוף לטווח ארוך.

שתלים

שתלים רעילים המכילים PLGA או פולימרים מבוססי סיליקון לשחרר תרופות במשך חודשים כדי לטפל במחלות עיניים כרוניות כמו DrDeramus, uveitis, או סוכרת macular edema. The Ozurdex השתל (Allergan) משתמש PLGA כדי לספק dexamethasone במשך עד שישה חודשים.

משחת שיניים ואלכוהול

ציפוי פולימר על שתלים מתכת יכול לשחרר אנטיביוטיקה כדי למנוע זיהום או bisphosphonate כדי לשפר את שילוב העצם. PCL פיגומים מלאים גורמים צמיחה לקדם את ניוון העצם בפגמים גדולים קריטיים.

השתלות פנים

מוטות לטווח ארוך עשויים ethylene vinyl acetate (EVA) או סיליקון שחרור Progestin במשך עד חמש שנים.גירסאות ביו-degradable הדור הבא נועדו לחסל את הצורך להסרת. Implanon ו Nexplanon הם דוגמאות של מערכות למניעת הריון מבוססות פולימר.

קישור חיצוני:0 (ה- FDA) על נטיות סמים

אתגרים ב-Bioconts Polymer Development

למרות התקדמות, מכשולים רבים נשארים לפני אימוץ קליני נרחב.

פרופילים של סמים עקביים

זמינות באטצ'-ל-בטן במשקל מולקולרי, תוכן משוחרר, ותנאי עיבוד יכולים להוביל לשחרור בלתי עקבי.Achieving אפס סדר קינטיקה במשך תקופות ארוכות נשאר קשה, במיוחד עבור תרופות מקרו-מולקולריות כמו חלבונים.

חסינות ותגובה גוף זר

אפילו פולימרים "אינו עולים" יכולים לגרום לדלקת כרונית, פיברוזיס או היווצרות קפסולה. ציפויים הידרופיליים וחוספס פני השטח הנמוך להפחית את המודעות לחלבון, אבל מודולציה חיסונית לטווח ארוך עדיין בחקירה. בעלי חיים ובני אדם עשויים להגיב אחרת, הדורש בדיקות טרקליניות נרחבות.

סטריליזציה ו-Shelf Stability

שיטות sterilization טרמינל (gamma irradiation, ethylene oxide) יכולות לשנות תכונות פולימרים ויציבות סמים.מערכות פולימר רבות דורשות אחסון בקירור; הרחבת חיי המדף ללא פעילות משולבת היא מכשול מעשי.

רגולציה והפקה מורכבות

שילוב מוצרים (תרופה + מכשיר) עומדים בפני מסלולים רגולטוריים כפולים מסוכנויות כמו ה- FDA ו- EMA ייצור בקנה מידה של שתלים מבוקרים-release דורש שליטה קפדנית על גודל חלקיקים, מורפולוגיה, ו פותרים ימיים, הוספת עלויות וזמן.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

מספר גבולות מחקר מבטיחים לענות על מגבלות נוכחיות ולהרחיב יישומים.

3D הדפסה ו Implants

ייצור Additive מאפשר צורות שתל ספציפיות לחולה ו ⁇ s סמים מבוקרים מרחבי העולם. Bioprinting עם תערובת פולימרנית תאי יכול לייצר שתלים חיים כי שחרור גורמים להשעיית.חברות חוקרות תהליכי ייצור רציף לייצור על פי דרישה.

ביולוגיה סינתטית ו- Enzyme-Responsive Polymers

אנזימים מהונדסים יכולים לגרום להשפלה פולימרית רק בנוכחותם של סמנים ביולוגיים ספציפיים.לדוגמה, הידרוגלים המחוברים לקישורים על ידי פטיד תחת פעילות מפרצה, אשר מובעהה ברקמות נגועות או סרטניות.זה מאפשר שחרור תרופות אולטרה-precise.

אלקטרוניקה Bioresorbable

שילוב פולימרים מוליכים (למשל, פוליאנילין) עם מזחלות ביו-דגרד מניב מכשירים אלקטרוניים transientיים עבור הקלטה עצבית או גירוי שחרור סמים.

Machine Learning in Polymer Design

מודלים Computational מאומן על נתונים גדולים חוזים שיעורי ההשפלה פולימרים וזמינות ביולוגית, צמצום הניסויים הניסויים וטרור. למידת המכונה מסייעת גם בקידוד פרמטרים לפרופילים ספציפיים.

קישור חיצוני:0 (Biodegradable פוליפר ההרחבה 1)

מסקנה

ביו-תואמים פולימרים לשחרור מבוקר מייצגים צומת תוסס של חומרים מדע, רוקחולוגיה ורפואה קלינית.ממיקרו-חלקיקים PLGA ועד הידרוג'ל חכמים, מערכות אלה משפרות את יעילות הטיפולית תוך צמצום תופעות לוואי.המשך התקדמות בתכנון פולימרי, דיוק ייצור ומדעי רגולציה ירחיבו את תפקידם בטיפול בחולי.ה.העתיד מבטיח שתלים מלאים כי שחרור תרופות על, כדי להתאים פיזיולוגיה אישית, ושילוב גוף חלקה.