Biocompatible Polymer 개발 - 의료 임플란트 출시

의료 기술에 대한 발전은 인체에 안전하게 상호 작용하는 임플란트에 대한 새로운 재료의 개발을 주도하고있다. 이러한 중, 생체 호환 폴리머는 통제 된 약물 방출에 필수적인 역할을 수행하고, 지속되는 지역 치료를위한 지속 가능한 조직 부작용을 최소화합니다. 정확하게 방출 자극으로, 이러한 폴리머는 정형 외과, 심장, 종양학 및 안과의 맞은편에 환자 결과를 개선합니다.

Biocompatible Polymers에 대한 소개

Biocompatible 폴리머는 합성 또는 자연적 macromolecules로서, 역동적인 면역 반응 없이 생리적인 환경에서 기능을 설계했습니다. 그들의 화학적 다양성은 엔지니어가 분해율, 기계적 강도 및 표면 특성을 조정하는 것을 허용합니다. 이 분야는 몇 주 또는 달 동안 치료제를 방출하는 정교한 시스템에 간단한 발명품부터 진화했습니다. 1970 년대에 초기 작업은 실리콘과 폴리우레탄에 초점을 맞추고 있습니다. 현대 연구는 폴리 (lactic-co-co-licg), 글리콜 (GPE), 폴리 프로필렌 (GPE), 폴리 프로필렌 (GPE), 폴리 프로필렌 (GPE), 폴리 프로필렌 (PE), 폴리 프로필렌 (PE), 폴리 프로필렌 (PE), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (PE), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (PE), 폴리 프로필렌 (폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (폴리), 폴리 프로필렌 (폴리), 폴리 프로필렌 (폴리), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (폴리 프로필렌 (폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌 (폴리에틸리에틸렌), 폴리 프로필렌 (폴리에스터 (폴리에틸리에틸렌), 폴리 프로필렌), 폴리 프로필렌)

성공적인 이형제는 생체 호환성, 제어 방출 및 기계적 성능 균형을해야합니다. 이형제는 너무 빨리 파열 방출을 일으킬 수 있습니다. 이 등급은 너무 천천히 몸에 남아있을 수 있습니다. 이러한 디자인 과제는 폴리머 화학 및 가공에 지속적인 혁신을 구동한다.

Controlled Release를 위한 Biocompatible Polymers의 주요 유형

다양한 폴리머를 의료용으로 승인되었습니다. 선택은 원하는 릴리스 프로파일, 분해 시간 및 특정 생물학 환경에 따라 다릅니다.

폴리(lactic-co-glycolic 산) (PLGA)

PLGA는 약물 전달을위한 가장 광대하게 연구 된 생물 분해성 폴리머입니다. 그것은 이산화탄소와 물에 대사 산물로 변성하여 탈질합니다. lactic-to-glycolide 비율을 다루면 연구원은 몇 달에 몇 주에서 탈질 시간을 달성 할 수 있습니다. PLGA 기반 미생물, 나노 입자 및 임플란트는 화학 요법 에이전트, 항생제, 호르몬 및 호르몬을 전달하기 위해 사용됩니다. FDA는 많은 승인을 단순화합니다. FDA는 많은 승인을 단순화하는 것이 매우 중요합니다. FDA는 FDA의 승인을 단순화하는 것이 가장 큰 장점입니다.

외부 링크: 약 납품에 PLGA의 검토 (PubMed)

폴리에틸렌 글리콜 (PEG)

PEG는 약을 가진 표면과 conjugate를 수정하기 위하여 널리 이용되는 친수성 중합체입니다. PEGylation는 약 가용성을 개량하고, 면역성을 감소시키고, 순환 시간을 확장합니다. 이식 가능한 체계에서는, PEG hydrogels는 묽게함 분자를 방출하는 모체를 창조하기 위하여 교차 결합될 수 있습니다. PEG 구획 공중 합체 (예를들면, PLGA-PEG-PLGA)는 단단한 몸에 있는 과민한 젤을 형성합니다.

폴리카프로락톤(PCL)

PCL는 천천히 (이상 1–2 년), 피임약 막대, 봉합사 및 뼈 비계와 같은 장기적인 주입에 대하 이상적입니다. 그것의 높은 결정성은 기계적인 힘을 제공합니다, 그러나 낮은 탈준 비율은 더 빠른 급료 중합체로 공중 합체화 또는 혼합을 통해 변경될 수 있습니다. PCL는 dexamethasone 같이 소수성 약의 지속적인 방출을 지원합니다.

다른 주목할만한 폴리머

폴리 염화 알코올 (PVA): 물 수용성, 종종 상처 드레싱 및 연조직 임플란트에 대한 하이드로젤에서 사용. 방출은 붓기 및 횡단 밀도에 의해 제어됩니다.
Chitosan: 항균성 특성을 가진 자연 다당류. 그것의 cationic 성격은 양이온 약물과 점막 조직과 강한 상호 작용을 허용합니다.
Hyaluronic 산 (HA):] 연결 조직에 글리콜 사카에 네이티브. HA 하이드로젤은 정형외 주입 및 안장 약 납품에서 사용됩니다.
폴리 우레탄 (PU): 우수한 피로 저항을 가진 열가소성 탄성체. 생분해성 버전은 심혈관 자극자를 위해 개발되고 있습니다.

Controlled Release를 위한 개발 전략

지정된 기간 동안 일정한 속도로 약을 전달하는 고분자 시스템을 설계하면 물리 화학적 특성의 주의적인 조작이 필요합니다.

축하의 메카니즘

폴리머는 수소 (bulk 또는 표면), 효소 작용 또는 조합을 통해 degrade 할 수 있습니다. PLGA에서 대량 부식 - 콤프레이 한 번 매트릭스 로데스를 신속하게 방출에 리드. 표면 부식은 방출 속도를 선형으로 유지합니다. 폴리 아미드 또는 폴리 (ortho 에스테르)와 같은 표면 부식 폴리머를 위해 선호됩니다.

Diffusion-Controlled 체계

약 방출은 중합체 모체 또는 막을 통해서 Fickian diffusion에 의해 지배될 수 있습니다. 요인은 중합체 결정성, porosity 및 분자량을 포함합니다. 저수지 장치는 중합체 포탄 안쪽에 약을 캡슐화합니다; 모체 장치 분산 약은 중합체를 통하여. 주입에서 파생된 Higuchi 모형은, 방출을 예측하기 위하여 기준을 남아 있습니다.

Swelling 통제되는 체계

수성 중합체 (예를들면, PEG, PVA)는 수성 환경에 노출될 때 swell. 팽윤 통제 약 방출의 비율은, 약으로 확장한 네트워크를 통해서 diffuses 밖으로 막습니다. Crosslink 조밀도와 중합체 성분은 팽윤 평형을 결정합니다.

책임 (Smart) 중합체

최근 연구는 pH, 온도, 효소, 또는 자기 분야에 대한 응답에 행동을 변경하는 폴리머에 초점을 맞추고 있습니다. 예를 들어, 폴리 (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM)는 신체 온도의 위상 전환을 겪고, 주문형 방출을 가능하게합니다. carboxylic 또는 아미노산 그룹을 포함하는 PH 응답 폴리머는 위장관 또는 종양 미생물과 같은 대상 사이트에 대한 가치입니다.

폴리머 혼합 및 복합 재료

두 개 이상의 폴리머를 혼합하는 것은 바람직한 특성을 결합 할 수 있습니다. 예를 들어 PLGA / PCL 혼합은 분해율과 기계적 유연성을 조정합니다. 생체 활성 세라믹 (예 : hydroxyapatite)을 함유 한 복합 재료는 골극적 인 요소를 풀어 놓는 동안 뼈 통합을 향상시킵니다. 실리카 또는 골드와 같은 무기 나노 입자는 항균 활성을 제거하거나 이미징을 가능하게 할 수 있습니다.

나노 구조 폴리머 시스템

나노 입자와 나노 섬유는 표면 영역을 확대하고 정밀 공간 제어를 허용합니다. 전자 spun nanofiber 매트 mimic extracellular matrix topography, 조직 공학의 성장 요소를 전달하는 데 사용. 립 폴리머 하이브리드 나노 입자는 향상된 캡슐화 및 지속 방출을위한 liposomes 및 폴리머 코어의 이점을 결합합니다.

의료 임플란트의 임상 응용

Controlled-release 폴리머 주입은 수많은 임상 분야에 변형되었습니다.

약 - 에칭 Stents

생물 분해성 중합체 (예를들면, PLGA, PLLA) 방출은 몇몇 주에 사이리무스 또는 paclitaxel와 같은 항생제를 풀어 놓습니다. 이것은 벌거벗은 금속 stents와 비교된 restenosis 비율을 감소시킵니다. 배가 치유한 후에 완전히 녹이는 차세대 생물 분해성 stents는, 장기 외국 몸 존재를 피하는 것을 피합니다.

Ocular 임플란트

PLGA 또는 실리콘 기반 폴리머 방출 약물을 함유 한 비강성 이식은 달 동안 글루코아, 비염, 또는 당뇨병성 마비와 같은 만성 눈 질환을 치료하기 위해 약물을 방출합니다. Ozurdex 임플란트 (Allergan)는 최대 6 개월 동안 dexamethasone을 전달하기 위해 PLGA를 사용합니다.

Orthopedic 및 치과 임플란트

금속 임플란트에 폴리머 코팅은 감염 또는 비스인산을 방지하기 위해 항생제를 방출하여 뼈 통합을 강화할 수 있습니다. 성장 요인으로 채워진 PCL 비계는 뼈 재생을 중요한 크기의 결함으로 촉진합니다. 치과 임플란트는 뼈 재생을 유도하는 폴리머 기반 막을 사용합니다.

의약적인 Implants

에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 또는 실리콘 방출의 한 긴 행동 막대는 5 년까지 progestin를 발사합니다. 차세대 생물 분해성 버전은 제거를 위한 필요를 삭제하는 것을 목표로 합니다. Implanon와 Nexplanon는 중합체 근거한 피임약 체계의 예입니다.

외부 링크: 약에 FDA-열매력

Biocompatible Polymer 개발의 도전

진행에도 불구하고, 여러 장애물은 광범위한 임상 채택 전에 남아있다.

약용출판

폴리머 분자량, 잔여 용매 함량 및 처리 조건에서 배치-배치 가변성은 일관성 방출에 이어질 수 있습니다. 장기간 동안 영주문 운동화가 어렵고, 특히 단백질과 같은 매크로 분자 약을 위해.

면역력과 외국인 몸 응답

“biocompatible” 중합체는 만성 염증, 섬유질, 또는 캡슐 대형을 방아쇠를 끊을 수 있습니다. 친수성 코팅 및 낮은 표면 거칠기는 단백질 흡착을 감소시키고, 그러나 장기 면역 조절은 조사의 밑에 아직도 입니다. 동물과 인간은 광대한 preclinical 테스트를 요구하는 다르게 반응할지도 모릅니다.

살균 및 선반 안정성

터미널 살균 방법 (gamma irradiation, 에틸렌 산화물)은 폴리머 특성과 약물 안정성을 변경할 수 있습니다. 많은 폴리머 시스템은 냉장 보관이 필요합니다. 손상된 활동 없이 수명을 연장하는 것은 실용적인 장애물입니다.

규제 및 제조 Complexity

복합 제품 (drug + 장치) 얼굴 이중 규제 통로는 FDA 및 EMA와 같은 기관에서 직면. 제어 릴리스 임플란트의 제조 규모는 입자 크기, 변종 및 잔여 용매에 엄격한 제어를 요구하고, 비용과 시간을 추가합니다.

미래 지향과 Emerging Technologies

몇몇 연구 국경은 현재 한계 및 광대한 신청을 해결하기 위하여 약속합니다.

3D 프린팅 및 맞춤식 Implants

첨가제 제조는 환자별 임플란트 모양과 공간적으로 제어된 약 gradients를 가능하게 합니다. 폴리머 셀 혼합물을 가진 Bioprinting는 pro-healing 요인을 풀어 놓는 살아있는 임플란트를 일으킬 수 있었습니다. 회사는 주문제작을 위한 지속적인 제조공정을 탐구하고 있습니다.

합성 생물학 및 효소 반응 폴리머

엔지니어된 효소는 특정한 생물학의 존재에서 중합체 degradation를 방아쇠를 수 있습니다. 예를 들면, 감염된 암 조직에서 과잉하는 protease 활동의 밑에 펩티드 교차 결합된 hydrogels degrade. 이것은 매우 전임 약 방출을 가능하게 합니다.

Bioresorbable 전자

바이오 분해성 매트릭스(Biodegradable matrices)를 함유한 전도성 폴리머(예: 폴리니라인)을 결합하여 신경 레코딩이나 약물 방출 자극을 위한 일시적인 전자 장치를 생산합니다. 이러한 이 주입은 사용 후 무해하게 녹아 제거 수술을 제거합니다.

폴리머 디자인의 기계 학습

대규모 데이터셋에 훈련된 Computational Model은 폴리머 분해율과 생체 호환성을 예측하고, 시험 및 오류 실험을 감소시킵니다. 또한 기계 학습은 특정 릴리스 프로파일에 대한 정립 매개 변수를 최적화하는 데 도움을 줍니다.

외부 링크: Biodegradable 폴리머 개요