مروری بر غشاهای بر پایه پلی سولفون در جداسازی لیپوپروتئین با چگالی کم از خون

محورهای موضوعی : پلیمرها در انرژی و کاربردهای بهداشتی و محیطی

رحیم دهقان ¹ (گروه بایومتریال، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران)
جلال برزین ² (گروه بایومتریال، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران)
بهنام دارابی ³ (شیراز، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، دانشکده پیراپژشکی)
حمیدرضا قادری ⁴ (فسا، دانشگاه علوم پزشکی فسا، دانشکده فناوری های نوین، گروه مهندسی بافت)

تاریخ دریافت : 1401/02/11 تاریخ پذیرش : 1401/02/24 تاریخ انتشار : 1401/03/24

کلید واژه:

چکیده مقاله :

بیماری های قلبی و عروقی شایع ترین دلیل مرگ و میر در سرار جهان به شمار می آید. افزایش بیش از حد سطح لیپوپروتئین با چگالی کم (low density lipoprotein) در خون به عنوان اصلی ترین دلیل بیماری های عروق کرونری و تصلب شرایین محسوب می شود. جداسازی LDL از خون یکی از انتخاب های سخت افزاری برای این منظور و بخصوص بیمارانی که با دارودرمانی بهبود نمی یابند می¬باشد. روش¬های جداسازی LDL بطور کلی به دو دسته روش های مبتنی بر جذب و فیلتراسیون آبشاری تقسیم¬بندی می¬شوند. در این مطالعه علاوه بر اینکه به بررسی مروری این روش¬ها پرداخته شده، استفاده از غشاهای برپایه پلی سولفون در جداسازی LDL مورد بررسی قرار داده شده است. سپس با الهام از ساختار گیرنده ذاتی LDL در بدن (LDLR)، روش های اصلاح متفاوتی همچون هپارینه کردن با روش¬های مختلف از قبیل کلرومتیل دار کردن غشا، اصلاح با پلاسمای آمونیاک، اصلاح از طریق پلی دپامین و پلی¬اتیلن ایمین، گلیکوزیله کردن غشا با روش شیمی کلیک و اتصال آلژینات سولفات به سطح غشای پلی-سولفون از روش های اصلاحی بوده که به منظور جذب LDL از آن استفاده شده است. به منظور بررسی صحت فرآیند اصلاح از آزمون های مختلفی همچون طیف سنجی تبدیل فوریه (ATR-FTIR) ، اسپکتروسکوپی با اشعه ایکس( XPS) ، اندازه گیری زاویه تماس آب و پتانسیل زتا استفاده می شود. همچنین خون سازگاری این دسته از غشاها از موارد اساسی در توسعه آنها برای کاربرد ذکر شده میباشد.

چکیده انگلیسی:

Cardiovascular diseases are the most common cause of fatality all over the world. A severe increase of low-density lipoprotein (LDL) concentration in blood is recognized as the main cause of coronary artery disease (CAD) and atherosclerosis. LDL apheresis from blood is one of the extracorporeal options for patients suffering from this disorder which drug therapy is not effective for them. LDL apheresis is classified in cascade filtration and adsorption-based methods. In this study further reviewing all LDL apheresis techniques, polysulfone (PSU) membranes for selective adsorption of LDL were investigated. By inspiring from inherent LDL receptor (LDLR) of body, different methods including heparinization of PSU membrane by various methods such as chloromethylation, treatment with ammonia plasma and co-deposition of polydopamine and polyethyleneimine can be used for adsorption of LDL from the blood. Also, membrane ionic glycosylation by click chemistry and grafting of alginate sulfate on the surface of PSU membrane to adsorption of LDL were reviewed. To investigate surface modification accuracy, different analyses such as X-ray photo spectroscopy (XPS), Attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR-FTIR), -Potential and water contact angle are used. Blood compatibility is another factor for the development of these membranes for defined application.

منابع و مأخذ:

1. Cai A., Li L., Zhang Y., Mo Y., Mai W., and Zhou Y., Lipoprotein (a): A Promising Marker for Residual Cardiovascular Risk Assessment, Diseases Markers, 35, 551-559, 2013.
2. National Institute of Health, http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/blood.html, Available in September 2021.
3. Dehghan R. and Koosha M., Specification of Polyurethane as Prosthetic Heart Valve, Polymerization, 5, 48-60, 2015.
4. Marinetti G.V., Disorders of Lipid Metabolism, New York, Springer Science & Business Media, 89-95, 2012.
5. De Castro-Orós I., Pocoví M., and Civeira F., The Genetic Basis of Familial Hypercholesterolemia: Inheritance, Linkage, and Mutations, The Application of Clinical Genetics, 3, 53-54, 2010.
6. Yang C. Y., Chen S. H., Gianturco S. H., Bradley W. A., Sparrow J. T., Tanimura M., Li W. H., Sparrow D. A., Deloof H., Rosseneu M., and Lee F.S., Sequence, Structure, Receptor-Binding Domains and Internal Repeats of Human Apolipoprotein B-100, Nature, 323, 738-742, 1986.
7. Fox K.M., Gandhi S.K., Bullano M.F., Ohsfeldt R.L., and Davidson M.H., Low-Density Lipoprotein Levels and Dyslipidemia Treatment in Patients Diagnosed with Atherosclerosis, In Circulation, 117, E425-E426, 2008.
8. Huang X.J., Guduru D., Xu Z.K., Vienken J., and Groth T., Immobilization of Heparin on Polysulfone Surface for Selective Adsorption of Low-Density Lipoprotein (LDL), Acta Biomaterialia, 6, 1099-1106, 2010.
9. Duell P.B., Low-Density Lipoprotein (LDL) Apheresis, Dyslipidemias, NewYork, Humana Press, 2015.
10. Hudgins L.C., Gordon B.R., Parker T.S., Saal S.D., Levine D.M., and Rubin A.L., LDL Apheresis: An effective and Safe Treatment for Refractory hypercholesterolemia, Cardiovascular Drug Reviews, 20, 271-280, 2002.
11. Encyclopedia Britannica, Low density lipoprotein physiology, https://www.britannica.com/science/low-density-lipoprotein, available in June 2021.
12. Orlova E.V., Sherman M.B., Chiu W., Mowri H., Smith L.C., and Gotto A.M., Three-Dimensional Structure of Low Density Lipoproteins by Electron Cryomicroscopy, Proceedings of the National Academy of Sciences, 96, 8420-8425, 1999.
13. Moffatt R.J. and Stamford B., Lipid Metabolism and Health. CRC Press, 2005.
14. Camacho P., Clinical Endocrinology and Metabolism, Manson publishing, Maywood illions, USA , 171-173, 2011.
15. Harisa G.I., and Alanazi F.K., Low Density Lipoprotein Bionanoparticles: From Cholesterol Transport to Delivery of Anti-Cancer Drugs, Saudi Pharmaceutical Journal, 22, 504-515, 2014.
16. Bambauer R., Bambauer C., Lehmann B., Latza R., and Schiel R., LDL-Apheresis: Technical and Clinical Aspects, The Scientifc World Journal, 2012.
17. Selecti cure H19 cascade filter, www.membrana.com, available in may 2020.
18. Borberg H., Results of An Open, Longitudinal Multicenter LDL-Apheresis Trial, Transfusion Science, 20, 83–94, 1999.
19. Bambauer R., Schiel R., Latza R., Current Topics on Low-Density Lipoprotein Apheresis Methods. Therapeutic Apheresis, 5, 293–300, 2001.
20. Seidel D., Wieland H., Ein Neues Verfahren zur Selektiven Messung und Extrakorporalen Elimination von Low-Density Lipoproteinen, Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry, 20, 684. 1982.
21. Bambauer R., Olbricht C.J., and Schoeppe E., Low-Density Lipoprotein Apheresis for Prevention and Regression of Atherosclerosis: Clinical Results, Therapeutic Apheresis, 1, 242–248, 1997.
22. Bosch T., Lennertz A., Schmidt B., Fink E., Keller C., DALI Apheresis in Hyperlipidemic Patients: Biocompatibility, Efcacy, and Selectivity of Direct Adsorption of Lipoprotein from Whole Blood, Artificial Organs, 24, 81–90, 2000.
23. Barzin J., Feng C., Khulbe K.C., Matsuura T., Madaeni S.S., and Mirzadeh H., Characterization of Polyethersulfone Hemodialysis Membrane by Ultrafiltration and Atomic Force Microscopy, Journal of Membrane Science, 237, 77-85. 2004.
24. Fang F., Zhu X.Y., Chen C., Li.J., Chen D.J., and Huang X.J., Anionic Glycosylated Polysulfone Membranes for the Affinity Adsorption of Low-Density Lipoprotein via Click Reactions, Acta biomaterialia, 49, 379-387, 2017.
25. Wang L., Fang F., Liu Y., Li J., and Huang X., Facile Preparation of Heparinized Polysulfone Membrane Assisted by Polydopamine/Polyethyleneimine Co-deposition for Simultaneous LDL Selectivity and Biocompatibility, Applied Surface Science, 385, 308-317, 2016.
26. Huang X.J., Guduru D., Xu Z.K., Vienken J., and Groth T., Blood Compatibility and Permeability of Heparin‐Modified Polysulfone as Potential Membrane for Simultaneous Hemodialysis and LDL Removal. Macromolecular Bioscience, 11, 131-140, 2011.
27. Li J., Huang X.J., Ji J., Lan P., Vienken J., Groth T., and Xu Z.K., Covalent Heparin Modification of a Polysulfone Flat Sheet Membrane for Selective Removal of Low‐Density Lipoproteins: A simple and versatile method. Macromolecular Bioscience, 11, 1218-1226, 2011.
28. Wang W., Huang X.J., Cao J.D., Lan P., and Wu W., Immobilization of Sodium Alginate Sulfates on Polysulfone Ultrafiltration Membranes for Selective Adsorption of Low-Density Lipoprotein, Acta Biomaterialia, 10, 234-243, 2014.
29. Aksoy E.A., Synthesis and Surface Modification Studies of Biomedical Polyurethanes to Improve Long-term Biocompatibility, Ph.D Thesis, Middle East Technical University, July 2008.

متن کامل:

Review on the Polysulfone Based Membranes for Separation of Low-Density Lipoprotein from Blood

Rahim Dehghan1, Jalal Barzin1¹, Sayed Hossein Abtahian2, Behnam Darabi3, Hamidreza Ghaderi4

1. Biomaterials Department, Iran Polymer and Petrochemical Institute (IPPI), Tehran, Iran. P. O. Box:14975-112

2. Pasargad outpatient clinic, Shiraz University of Medical Science, Nourabad Mamassani, Iran.

3. School of Paramedical Sciences, Shiraz University of Medical Science, Shiraz, Iran. Postal code: 71439-14693

4. School of Advanced Technologies in Medicine, Departement of Tissue engineering, Fasa University of medical science, Fasa, Iran. Postal code: 74616-86688

Abstract

Keywords: membrane, blood, low-density lipoprotein, filtration, adsorption.

مروری بر غشاهای بر پایه پلی سولفون در جداسازی لیپوپروتئین با چگالی کم از خون

رحیم دهقان1، جلال برزین1 ²، سید حسین ابطحیان2، بهنام دارابی3، حمیدرضا قادری4

1- تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده علوم، گروه پلیمرهای زیست سازگار، صندوق پستی: 112-14975

2- کلینیک درمانی پاسارگاد، نورآباد ممسنی، ایران.

3- شیراز، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، دانشکده پیراپژشکی، کد پستی: 14336- 71348

4- فسا، دانشگاه علوم پزشکی فسا، دانشکده فناوری های نوین، گروه مهندسی بافت، کد پستی: 86688-74616

چکیده

بیماری های قلبی و عروقی شایع ترین دلیل مرگ و میر در سرار جهان به شمار میآید. افزایش بیش از حد سطح لیپوپروتئین با چگالی کم(low density lipoprotein) در خون به عنوان اصلی ترین دلیل بیماریهای عروق کرونری و تصلب شرایین محسوب میشود. جداسازی LDL از خون یکی از انتخابهای سخت افزاری برای این منظور و بخصوص بیمارانی که با دارودرمانی بهبود نمییابند میباشد. روشهای جداسازی LDL بطور کلی به دو دسته روشهای مبتنی بر جذب و فیلتراسیون آبشاری تقسیمبندی میشوند. در این مطالعه علاوه بر اینکه به بررسی مروری این روشها پرداخته شده، استفاده از غشاهای برپایه پلی سولفون در جداسازی LDL مورد بررسی قرار داده شده است. سپس با الهام از ساختار گیرنده ذاتی LDL در بدن (LDLR)، روش های اصلاح متفاوتی همچون هپارینه کردن با روشهای مختلف از قبیل کلرومتیل دار کردن غشا، اصلاح با پلاسمای آمونیاک، اصلاح از طریق پلی دپامین و پلیاتیلن ایمین، گلیکوزیله کردن غشا با روش شیمی کلیک و اتصال آلژینات سولفات به سطح غشای پلیسولفون از روش های اصلاحی بوده که به منظور جذب LDL از آن استفاده شده است. به منظور بررسی صحت فرآیند اصلاح از آزمونهای مختلفی همچون طیف سنجی تبدیل فوریه (ATR-FTIR) ، اسپکتروسکوپی با اشعه ایکس( XPS) ، اندازهگیری زاویه تماس آب و پتانسیل زتا استفاده میشود. همچنین خون سازگاری این دسته از غشاها از موارد اساسی در توسعه آنها برای کاربرد ذکر شده میباشد.

واژگان کلیدی: غشا، خون، لیپوپروتئین با چگالی کم، فیلتراسیون، جذب

مقدمه

بیماریهای قلبی و عروقی شایع ترین دلیل مرگ و میر در سراسر جهان است. افزایش مبتلایان به بیماریهای گرفتگی عروق کرونری قلب(CAD) و تصلب شرایین(Atherosclerosis) و ترومبوز مغزی، محققان را به تلاش هرچه بیشتر به سمت کاهش میزان این بیماریها سوق داده است. کلسترول موجود در خون نقش موثری در پیشرفت بیماریهای قلبی و عروقی دارد]1[. خون بافت زندهای است که از دو بخش جامد و مایع تشکیل شده است. بخش جامد را سلولهای خونی شامل سلولهای قرمز خون(اریتروسیتها)، سلولهای سفید خون(لوکوسیتها) و پلاکتها(ترومبوسیتها) تشکیل میدهند که 45 درصد از خون کامل را شامل میشوند و بخش مایع که پلاسما نام دارد شامل آب که بیش از 90 درصد پلاسما را تشکیل میدهد، و پروتئینها و املاح معدنی میباشد]3و2[. کلسترول در خون توسط یک سری از لیپوپروتئینها از جمله لیپوپروتئین با چگالی خیلی کم(VLDL)، لیپوپروتئین با چگالی کم (LDL)، لیپوپروتئین با چگالی متوسط(IDL) و لیپوپروتئین با چگالی بالا(HDL) حمل میشود و اعتقاد بر این است که LDL که حاوی میزان زیادی کلسترول بوده، یکی از اصلیترین عوامل در توسعه بیماری تصلب شرایین است]5و4[. زمانیکه سطح بالای LDL در خون با غلظت پایین HDL همراه شود، روند تجمع کلسترول در نواحی درون سلولی و بیرون سلولی دیواره سرخرگی افزایش یافته که منجر به تشکیل پلاک و انسداد در شریان شده و میتواند سبب بیماریهای قلبی و عروقی شود. بنابراین کاهش سطح LDL در خون یک راهکار درمانی برای کاهش خطر بیماریهای قلبی و عروقی و عروق مغزی به شمار میآید]6-8[. درمان بیمارییهایی همچون هایپرکلسترولمی فامیلی(Familial Hypercholesterolemia) که به دلیل نقص ژنتیکی عدم وجودگیرندههای LDL در بدن بیمار است، با دارودرمانی موثر نبوده و نیازمند بهرهمندی از دیگر روشها است]9[. بنابراین جداسازی LDL از خون بصورت خارج بدنی(Extracorporeal) به عنوان یک روش اثربخش برای افزایش طول عمر این نوع بیماران محسوب میشود. از سال 1996میلادی سازمان غذا و داروی آمریکا استفاده از روش جداسازی LDL را برای بیمارانی که از میزان LDL بالای 300میلیگرم بر دسی لیتر و بیمارانی که به بیماری عروق کرونری مبتلا هستند و سطح LDL خون آنها بالاتر از 200 میلیگرم بر دسی لیتر است تایید کرد]10[. با توجه به آمار بالای بیماریهای قلبی و عروقی در ارتباط با افزایش سطح LDL در خون و ضرورت هر چه بیشتر جهت کاهش میزان آن در خون، به منظور آشنایی متخصصان حوزه پلیمر، در این مطالعه مروری سعی شده است تا ضمن معرفی روشهای جداسازی کلسترول LDL به صورت خارج بدنی، آخرین مطالعات در زمینه غشاهای پلیمری در راستای هدف ذکر شده مورد بررسی قرار گیرد.

انواع لیپوپروتئینها و عملکرد آنها

هر ذره لیپوپروتئینی دارای دو بخش مجزا است: 1- بخش مرکزی که شامل لیپیدهای آب گریز تری آسیل گلیسرول و استرکلسترول بوده و 2- بخش قشری شامل یک لایه لیپیدهای آمفی پاتیک فسفولیپید، گلیکولیپید و کلسترول آزاد به همراه آپولیپوپروتئینها است.

اساس تقسیم بندی لیپوپروتئینها چگالی آنها است که عبارتند از: 1- شیلومیکرونها(CM) که در بین لیپوپروتئینها دارای بزرگترین اندازه، بیشترین درصد تریگلیسرید و کمترین وزن مخصوص است و آپولیپروتئین اصلی شیلومیکرون Apo-B48 است.2- لیپوپروتئین با وزن مخصوص بسیار پایین(VLDL) که حاوی 90 درصد چربی است(60درصد تری گلیسرید و مابقی چربیهایی نظیر فسفولیپید و استرکلسترول). آپولیپروتئینهای VLDL شامل Apo B100 و Apo C-𝔩𝔩 است.3- لیپوپروتئین با وزن مخصوص پایین(LDL) با بیشترین میزان کلسترول که در بخش بعدی به تفسیر در مورد آن پرداخته خواهد شد. 4- لیپوپروتئین با وزن مخصوص بالا(HDL) که حاوی حدود 50 درصد لیپید(2 درصد تریگلیسرید،30 درصد فسفولیپید و 18 درصد کلسترول آزاد) و دارای آپولیپروتئینهایی مانند Apo E و Apo C-𝔩𝔩 است. در جدول 1 مشخصات لیپوپروتئینهای خون آورده شده است]11[.

جدول1- مشخصات لیپوپروتئینهای خون

ردیف	لیپوپروتئین	چگالی(g/dl)	قطر(nm)
1	CM	95/0>	75-1200
2	VLDL	006/1 – 95/0	30-80
3	IDL	019/1 – 006/1	25-35
4	LDL	063/1 – 006/1	18-25
5	HDL	210/1 – 006/1	5-12

لیپوپروتئین با دانسیته کم(LDL)

VLDL در پلاسما تحت تاثیر آنزیم لیپوپروتئین لیپاز (LPL) از بار تریگلیسریدی خود تا حدودی تهی شده و به IDL تبدیل میشود. در حین این فرآیند، مقداری استرکلسترول نیز از HDL به VLDL اضافه میشود. IDL نیز تحت تاثیر لیپوپروتئین لیپاز مقداری از بار تریگلیسریدی خود را از دست داده و به LDL تبدیل میگردد. LDL حاوی 22 درصد ApoB100، 6 درصد تریگلیسرید، 22 درصد فسفولیپید، 8 درصد کلسترول آزاد و 42درصد استرکلسترول است ]12[. حدود نصف LDL پلاسمای خون از طریق گیرندههای Apo B100 جذب سلولهای کبد و نیمه دیگر به واسطه همین گیرنده جذب سایر سلولهای بدن میشود. در مقایسه با سایر لیپوپروتئینها، LDL دارای بیشترین میزان کلسترول است. بنابراین با افزایش میزان ذرات LDL در پلاسما، میزان کلسترول و درنتیجه خطر ابتلا به تصلب شرایین افزایش مییابد]14و13و5[.شکل1 بصورت شماتیک ساختار LDL را نشان میدهد.

$C:\Users\Panacea\Desktop\hhh.jpg$

شکل1- ساختار کلسترول LDL ]15[.

انواع روشهای جداسازی LDL

تا به امروز 6 روش جداسازی LDL مختلف توسعه پیدا کرده است که شامل:1- فیلتراسیون آبشاری(cascade filtration)، 2- جذب ایمنی(immunoadsorption)، 3- رسوب LDL با استفاده از تزریق هپارین(HELP)، 4- جذب LDL بر پایه سلولز دکستران سولفات، 5-جذب مستقیم لیپوپروتئین از خون(Liposorber) و6- Liposorber D میباشد.

فیلتراسیون آبشاری

فیلتراسیون آبشاری یا فیلتراسیون دوتایی جداساز پلاسما(Double filtration plasmapheresis) توسط Agishi و همکاران در ژاپن توسعه پیدا کرده و اولین روش نیمهگزینش پذیر(Semi-selective) بوده که برای بیماران هایپرکلسترولمی فامیلی بکار برده شده است. در این سامانه، ابتدا خون سیاهرگی خروجی از بدن بیمار به سمت فلیتری هدایت میشود که در آنجا سلولهای خونی از پلاسمای خون جدا میشود. پلاسمای جدا شده به منظور حذف LDL از آن به سمت فیلتر دوم هدایت میشود. این فیلتر از غشایی تشکیل شده که دارای آستانه شکست جرم مولکولی (MWCO) تقریبا یک میلیون دالتون است. کلسترول LDL دارای وزن مولکولی تقریبا 2300000 دالتون بوده و بنابراین توسط غشا نگه داشته میشود. همچنین دیگر مولکولها که بزرگتر از یک میلیون دالتون هستند توسط غشا نگه داشته میشوند در حالیکه اجزای دیگر پلاسما که کمتر از یک میلیون دالتون هستند از غشا عبور میکنند و به بدن بیمار برگشت داده میشود. بنابراین با جداسازی پلاسمایی معادل 2500

اشتراک گذاری

آدرس مقاله

مروری بر غشاهای بر پایه پلی سولفون در جداسازی لیپوپروتئین با چگالی کم از خون