کاربرد هيدروژل‌های نانوکامپوزیتی مبتنی بر زیست‌پلیمرها در سامانه‌های دارورسانی
محورهای موضوعی : سامانه های پلیمری تحریک پذیرمحمدحسین کرمی 1 , مجید عبدوس 2 , محمدرضا کلایی 3 , امید مرادی 4
1 - دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر (پلی تکنیک تهران)
2 - دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران، صندوق پستی: 4413- 15875
3 - دانشگاه آزاد - تهران جنوب
4 - - دانشیار ، گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، صندوق پستی
کلید واژه: هیدروژل زیست‌نانوکامپوزیت‌ها, نانوذرات آلی, رهایش دارو, نانوذرات معدنی,
چکیده مقاله :
هدف از این مطالعه، بررسی خواص هیدروژل‌های زیست‌پلیمری نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات و کاربرد آن‌ها در سامانه‌های رهایش دارو است. هیدروژل نانوکامپوزیت‌های زیست‌پلیمری در سال‌های اخیر به‌صورت طبیعی و مصنوعی تهیه شده‌اند. هر کدام از روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. در میان زیست پلیمرهای طبیعی، سلولز، کربوکسی متیل‌سلولز، کیتوسان، کربوهیدرات متیل کیتوسان، آلژینات، نشاسته و ژلاتین به‌طور گسترده‌ای برای آماده‌سازی هیدروژل نانوکامپوزیت‌های زیست‌پلیمری و همچنین در میان زیست پلیمرهای مصنوعی، پلی‌اتیلن‌گلیکول، پلی‌وینیل‌الکل و پلی آکریلیک‌اسید مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. هیدروژل‌ها بعد از بیشینه تورم، استحکام مکانیکی خود را از دست می‌دهند، بنابراین کاربردهایشان محدود می‌شود. سامانه‌های دارورسانی برای رهایش عوامل درمانی به‌کار می‌روند. حامل‌های مختلفی در طراحی سامانه دارورسانی مؤثر برای رهاسازی درمانی به مکان‌های هدف، از جمله پلیمرهای طبیعی و مصنوعی، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. هیدروژل نانوکامپوزیتی زیست‌سازگار در سال‌های اخیر به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین سامانه‌های تحویل دارو با توجه به قابلیت‌های منحصربه‌فرد خود با ترکیب ویژگی‌های هیدروژل با نانوذرات مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. در زمینه رهایش دارو در سال‌های اخیر پیشرفت قابل‌توجهی حاصل شده که به‌ویژه با پیشرفت سریع نانوداروها باعث درک بهتر و بهبود رهایش دارو در مقابل بیماری‌های عفونی و سرطانی شده است.
Hydrogels are three-dimensional networks of hydrophilic polymers capable of absorbing and retaining significant amounts of fluids, which are also widely applied in wound healing, cartilage tissue engineering, bone tissue engineering, release of proteins, growth factors, and antibiotics. In the past decades, a lot of research has been done to accelerate wound healing. Hydrogel-based scaffolds have been a recurring solution in both cases, although their mechanical stability remains a challenge, some of which have already reached the market. To overcome this limitation, the reinforcement of hydrogels with fibers has been investigated. The structural similarity of hydrogel fiber composites to natural tissues has been a driving force for the optimization and exploration of these systems in biomedicine. Indeed, the combination of hydrogel formation techniques and fiber spinning methods has been very important in the development of scaffold systems with improved mechanical strength and medicinal properties. Hydrogel has the ability to absorb secretions and maintain moisture balance in the wound. In turn, the fibers follow the structure of the extracellular matrix (ECM). The combination of these two structures (fiber and hydrogel ) in a scaffold is expected to facilitate healing by creating a suitable environment by identifying and connecting cells with the moist and breathing space required for healthy tissue formation. Modifying the surface of fibers by physical and chemical methods improves the performance of hydrogel composites containing
1. Tang J.D., Mura C., Lampe K.J., Stimuli-Responsive, Pentapeptide, Nanofiber Hydrogel for Tissue Engineering, Journal of the American Chemical Society, 141, 4886-99, 2019.
2. Khorasani MT., Joorabloo A., Adeli H., Mansoori-Moghadam Z, Moghaddam A., Design and Optimization of Process Parameters of Polyvinyl (alcohol)/ Chitosan/Nano Zinc Oxide Hydrogels as Wound Healing Materials, Carbohydrate Polymers, 207, 542-554, 2019.
3. Ali A., Ahmed S., A Review on Chitosan and its Nanocomposites in Drug Delivery, International Journal of Biology Macromolecule, 109, 273-286, 2018.
4. Haraguchi K., Nanocomposite Hydrogels, Current Opinion Solid State Material Science, 11, 47–54, 2017.
5. Satarkar NS., Biswal D., Hilt JZ., Hydrogel Nanocomposites: A Review of Applications as Remote Controlled Biomaterials, Soft Matter, 6, 2364, 2371, 2010.
6. Gooneh-Farahani S., Naimi-Jamal MR., Naghib SM., Stimuliresponsive Grapheme Incorporated Multifunctional Chitosan for Drug Delivery Applications: A Review, Expert Opinion Drug Delivery, 16, 79–99, 2019.
7. Kaur R., Kaur S., Roles of Polymers in Drug Delivery, Journal of Drug Delivery, 4, 32, 2014.
8. LaftahWA., Hashim S., Ibrahim AN., Polymer Hydrogels: A Review, Polymer-Plastics Technology and Materials, 50,1475–1486, 2011.
9. Zhao F., Yao D., Guo R., Deng L., Dong A., Zhang J., Composites of Polymer Hydrogels and Nanoparticulate Systems for Biomedical and Pharmaceutical Applications, Nanomaterial, 5, 2054-2130, 2015.
10. Sannino A., Demitri C., Madaghiele M., Biodegradable Cellulose Based Hydrogels: Design and Applications. Material, 2, 353-373, 2019.
11. Ma J., Li X., Bao Y., Advances in Cellulose-based Superabsorbent Hydrogels, RSC Advanves, 5,59745- 59757, 2015.
12. Gholamali I., Stimuli-Responsive Polysaccharide Hydrogels for Biomedical Applications: A Review, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 1-24, 2019.
13. HeM., Zhao Y., Duan J.,Wang Z., ChenY., Zhang L., Fast Contact of Solid-Liquid Interface Created High Strength Multi-layered Cellulose Hydrogels with Controllable Size, ACS Applies Material Interfaces, 6, 1872–8,2014.
14. Qiu X., Hu S.,Smart., Materials Based on Cellulose: A Review of the Preparations, Properties and Applications. Material,
6, 738- 81, 2013.
15. Barkhordari S., Yadollahi M., Carboxymethyl Cellulose Capsulated Layered Double Hydroxides/Drug Nanohybrids for Cephalexin Oral Delivery, Applied Clay Science,121, 77-85, 2016.
16. Yadollahi M., Gholamali I., Namazi H., Aghazadeh M., Synthesis and Characterization of Antibacterial Carboxymethyl Cellulose/ZnO Nanocomposite Hydrogels, International Journal of Biological Macromolecules, 74, 136–141, 2015.
17. Yadollahi M., Namazi H., Aghazadeh M., Antibacterial Carboxymethyl Cellulose/Ag Nanocomposite Hydrogels Crosslinked with Layered Double Hydroxides ,International Journal of Biological Macromolecules, 79, 269-277, 2015.
18. Yadollahi M., Gholamali I., Namazi H., Aghazadeh M., Synthesis and Characterization of Antibacterial Carboxymethyl Cellulose/CuO Bio-Nanocomposite Hydrogels, International Journal of Biological Macromolecules, 73, 109-114, 2014.
19. Gholamali I., Facile Preparation of Carboxymethyl Cellulose/Cu Bio-Nanocomposite Hydrogels for Controlled Release of Ibuprofen, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 6, 115-124, 2020.
20. Foroutan R., Ahmadlouydarab M., Ramavandi B., Mohammadi R.,Studying the Physicochemical Characteristics and Metals Adsorptive Behavior of CMC-g-HAp/Fe3O4 Nanobiocomposite., The Journal of Environmental Chemical Engineering, 6, 6049-6058,2018.
21. Shen J., Song Z., Qian X., Yang F., Carboxymethyl Cellulose, Journal of Non-Crystalline Solids, 511, 201–211,2019.
22. Che Nan NF., Zainuddin N., Ahmad M.,Preparation and Swelling Study of CMC Hydrogel as Potential Superabsorbent, Journal of Science & Technology, 27, 489-498, 2019.
23. Behzadi Nia S., Pooresmaeil M., Namazi H., Carboxymethyl Cellulose/ Layered Double Hydroxides Bio-Nanocomposite Hydrogel: A Controlled Amoxicillin Nanocarrier for Colonic Bacterial Infections Treatment, International Journal of Biological Macromolecules,155, 1401–1409, 2020.
24. Youssef AM., El-Sayed SM., Bionanocomposites Materials for Food Packaging Applications: Concepts and Future Outlook, Carbohydrate Polymers, 193, 19-27, 2018.
25. Rakhshaei R., Namazi H. A., Potential Bioactive Wound Dressing Based on Carboxymethyl Cellulose/ ZnO Impregnated MCM-41 Nanocomposite Hydrogel, Materials Science and Engineering: C, 73, 456–464, 2017.
26. Javanbakht S., Shaabani A., Carboxymethyl Cellulose-based Oral Delivery Systems, International Journal of Biological Macromolecules, 133, 9–21, 2019.
27. Farhoudian S., Yadollahi M., Namazi H., Facile Synthesis of Antibacterial Chitosan/CuO Bio-Nanocomposite Hydrogel Beads ,International Journal of Biological Macromolecules, 82, 837–843, 2016.
28. Upadhyaya L., Singh J., Agarwal V., Tewari RP.,The Implications of Recent Advances in Carboxymethyl Chitosan Based Targeted Drug Delivery and Tissue Engineering Applications, Journal of Control Release, 186,54–87, 2014.
29. Yamada M., Foote M., Prow TW., Therapeutic Gold, Silver, and Platinum Nanoparticles, Wires Nanomed Nanobiotechnology, 428, 445-447, 2015.
30. Khorasani MT., Joorabloo A., Moghaddam A., Shamsi H., Mansoori MZ., Incorporation of ZnO Nanoparticles into Heparinised Polyvinyl Alcohol/Chitosan Hydrogels for Wound Dressing Application, International Journal of Biological Macromolecules, 114, 1203–1215, 2018.
31. Chen R., Chen Q., Huo D., Ding Y., Hu Y., Jiang X., In situ Formation of Chitosan-gold Hybrid Hydrogel and Its Application For Drug Delivery, Colloid Surface B: Biointerfac, 132, 1377-1397, 2012.
32. Li T., Zhang M., Wang J., Wang T., Yao Y., Zhang X., Thermosensitive Hydrogel Co-loaded with Gold Nanoparticles and Doxorubicin for Effective Chemoradiotherapy, Journal of the American Association of Pharmaceutical Scientists, 18, 146–55, 2016.
33. Zhang Z., He Z., Liang R., Ma Y., Huang W., Jiang R., Fabrication of a Micellar Supramolecular Hydrogel for Ocular Drug Delivery, Biomacromolecules, 17, 798-807, 2016.
34. Satarkar NS., Biswal D., Hilt JZ., Hydrogel Nanocomposites: A Review of Applications as Remote Controlled Biomaterials, Soft Matter, 6, 2364–2371, 2010.
35.Sun X., Liu C., Omer AM., Lu W., Zhang S., Jiang X., pH Sensitive ZnO/Carboxymethyl Cellulose/Chitosan Bionanocomposite Beads for Colon-specific Release of 5-fluorouracil, International Journal of Biological Macromolecules, 128, 468–479, 2019.
36. Gholamali I., Hosseini SN., Alipour E., Yadollahi M., Preparation and Characterization of Oxidized Starch/CuO Nanocomposite Hydrogels Applicable in a Drug Delivery System, Starch/Stärke, 71, 1800118, 2019.
37. Karami M. H., KalaeeM. R.,Investigation of Curing Kinetics Modeling of Epoxy Nanocomposites in the Presence of Nano Graphene Oxide: A Review Study, Iranian Chemical Engineering Journal, 21, 71-83, 2022.
38. Karami M. H., Kalaee M.R ., Khajavi R., Moradi O., Zaarei D., Effect of Nano Diamond on Thermal Behavior and Thermal Stability of Epoxy Resin, Nano World, 18, 11-19, 2022.
39. Lombardo D., Kiselev MA., Caccamo MT., Smart Nanoparticles for Drug Delivery Application: Development of Versatile Nanocarrier Platforms in Biotechnology and Nanomedicine, International Journal of Nanomedicin, 1-29, 2019.
40. Karami M.H., Abdouss M., KalaeeM.R., MoradiO., Investigating the Antibacterial Properties of Chitosan Nanocomposites Containing Metal Nanoparticles for Using in Wound Healings: A Review Study, Basparesh, In Press, 2023.
41. Qiu X., Hu S., Smart materials Based on Cellulose: A Review of the Preparations, Properties, and Applications, Materials, 6, 738–781, 2013.
42. Karami M.H., Kalaee M.R., Khajavi R., Moradi O., Zaarei D.,Thermal Degradation Kinetics of Epoxy Resin Modified with Elastomeric Nanoparticles, Advanced Composite and Hybrid Materials, 5, 390-401, 2022.
43 Karami M.H., Kalaee M.R., Mazinani S., Shakiba M., Shafiei N .S., Abdouss M., Beig Mohammadi A.,Zhao W.,KooshaM., Song Z., Li T., Curing Kinetics Modeling of Epoxy Modified by Fully Vulcanized Elastomer Nanoparticles Using Rheometry Method, Molecules, 27, 2870, 2022.
کاربرد هيدروژل‌های نانوکامپوزیتی مبتنی بر زیست‌پلیمرها در سامانه‌های دارورسانی
محمدحسین کرمی1، مجید عبدوس21 ، محمدرضا کلایی3، امید مرادی4
1- پژوهشگر پسادکتری، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران، صندوق پستی: 4413-15875
2- دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران، صندوق پستی: 4413- 15875
3- گروه مهندسی پلیمر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، صندوق پستی: 466-19585
4-دانشکده شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس ، صندوق پستی:374-37515
چكيده:
هدف از این مطالعه، بررسی خواص هیدروژل‌های زیست‌پلیمری نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات و کاربرد آن‌ها در سامانه‌های رهایش دارو است. هیدروژل نانوکامپوزیت‌های زیست‌پلیمری در سال‌های اخیر به‌صورت طبیعی و مصنوعی تهیه شده‌اند. هر کدام از روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. در میان زیست‌پلیمرهای طبیعی، سلولز، کربوکسی‌متیل‌سلولز، کیتوسان، کربوهیدرات متیل کیتوسان، آلژینات، نشاسته، و ژلاتین به‌طور گسترده‌ای برای آماده‌سازی هیدروژل نانوکامپوزیت‌های زیست‌پلیمری و همچنین در میان زیست‌پلیمرهای مصنوعی، پلی‌اتیلن‌گلیکول، پلی‌وینیل‌الکل و پلی‌آکریلیک‌اسید مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. هیدروژل‌ها بعد از بیشینه تورم، استحکام مکانیکی خود را از دست می‌دهند، بنابراین کاربردهایشان محدود می‌شود. سامانه‌های دارورسانی برای رهایش عوامل درمانی به‌کار می‌روند. حامل‌های مختلفی در طراحی سامانه دارورسانی مؤثر برای رهاسازی درمانی به مکان‌های هدف، از جمله پلیمرهای طبیعی و مصنوعی، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. هیدروژل نانوکامپوزیتی زیست‌سازگار در سال‌های اخیر به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین سامانه‌های تحویل دارو با توجه به قابلیت‌های منحصربه‌فرد خود با ترکیب ویژگی‌های هیدروژل با نانوذرات مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. در زمینه رهایش دارو در سال‌های اخیر پیشرفت قابل‌توجهی حاصل شده که به‌ویژه با پیشرفت سریع نانوداروها باعث درک بهتر و بهبود رهایش دارو در مقابل بیماری‌های عفونی و سرطانی شده است.
واژگان کلیدی: هیدروژل زیست‌نانوکامپوزیت‌ها، نانوذرات آلی، رهایش دارو، نانوذرات معدنی
[1] مسئول مکاتبات : phdabdouss44@aut.ac.ir
Application of Hydrogel Nanocomposites in Biotechnology: A review study
M.H. Karami1, M. Abdouss11, M. R. Kalaee2, O. Moradi3
1Department of Chemistry, Amirkabir University of Technology, Tehran P.O. Box 15875-4413, Tehran, Iran
2Department of Polymer Engineering, Faculty of Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, P.O. Box: 19585-466, Tehran, Iran.
3Department of Chemistry, Shahre-Qods Branch, Islamic Azad University, Shahre-Qods 37515-374, Tehran, Iran.
Abstract:
This paper to study the properties of bio-nanocomposite polymer hydrogels including nanoparticles and their usage in drug delivery systems. various biopolymer hydrogel nanoparticulate have been collected and characterized in recent years, based on both natural and synthetic biopolymers, each with its own advantages and disadvantages. Among the natural biopolymers, chitosan, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl chitosan, cellulose, starch, alginate and gelatin have been studied extensively for provision of bio-nanocomposite hydrogels, and from synthetic group, bio-nanocomposite hydrogels based on poly vinyl alcohol (PVA) , poly ethylene glycol (PEG), and poly acrylic acid have been presented with diverse properties. Hydrogels lose their mechanical strength after maximum swelling, so their applications are limited. Drug delivery systems are used to release therapeutic agents. Various carriers have been studied in designing an effective drug delivery system for therapeutic release to target sites, including natural and synthetic polymers. Bio-nanocomposite hydrogels received significant attention in recent years as one of the most promising. Nanoparticulate drug delivery systems owing to their inimitable potentials by combining the characteristics of a hydrogel system with a nanoparticle. Hydrogels and organic/inorganic nanoparticles are two recognized classes of materials that have received remarkable attention in recent years because of their ideal characteristics in several fields including chemistry, materials, and biological sciences. The field of drug delivery has attained a considerable advancement in recent years, especially with the quick advance of nano-medicine in combination with the growing understandings of infectious and cancer diseases.
Keywords: Bio-nanocomposite hydrogel, Organic Nanoparticles, Drug delivery, Inorganic Nanoparticles.
1 مقدمه
در دهه‌های اخیر، مطالعه در خصوص زیست‌پلیمرها به‌طور گسترده‌ای برای توسعه و طراحی سامانه‌های دارورسانی جدید با قابلیت کنترل رهایش دارو به‌دلیل عالی بودن خواصی مانند بارگذاری بالای دارو، غیرسمی بودن، زیست‌تخریب‌پذیری و زیست‌سازگاری انجام شده است ]1-3[.
هیدروژل‌ها شبکه‌های پلیمری متشکل از زنجیره‌های خطی شبکه‌ای‌شده آب‌دوستی هستند که با آب متورم می‌شوند]4[. هیدروژل‌ها شبکه سه‌بعدی از پلیمرهای طبیعی یا سنتز شده هستند که قادر به جذب محتوای قابل‌توجهی از آب هستند]6-5[.
هیدروژل‌ها به‌دلیل دارا بودن خواص عالی مانند نسبت تورم، کاهش تورم، زیست‌سازگاری و تجزیه‌پذیری زیستی، عدم سمیت و حساسیت زیست‌محیطی در کاربردهای رهایش دارو، مهندسی بافت پوشش‌های زخمی مورد استفاده قرار گرفته‌اند]7[. نانوذرات می‌توانند با ماتریس‌های هیدروژلی مخلوط شوند و محصول هیدروژل متورم را برای دارورسانی تولید کنند]8[.
هیدروژل‌ها بعد از بیشینه متورم شدن استحکام مکانیکی خود را از دست داده و کاربردهایشان محدود می‌شود]9[. سامانه‌های دارورسانی برای رهایش عوامل درمانی به کار می‌روند. حامل‌های مختلفی در طراحی سامانه دارورسانی مؤثر برای رهاسازی درمانی به مکان‌های هدف، از جمله پلیمرهای طبیعی و مصنوعی، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند]10[. در این پژوهش، مروری بر کاربرد هیدروژل‌های زیست‌پلیمری نانوکامپوزیتی در سامانه‌های دارورسانی شده است.
2 هیدروژل‌های زیست‌پلیمری
هیدروژل‌های پلیمری به دو دسته طبیعی و سنتزشده تقسیم‌بندی می‌شوند. پلیمرهای طبیعی شامل سلولز، کیتوسان، آلژینات، ژلاتین، نشاسته، پکتین و صمغ گوار هستند و همچنین پلیمرهای سنتزی شامل پلی‌وینیل‌الکل(PVA)، پلی‌اتیلن‌گلیکول(PEG)، پلی‌آکریلیک‌اسید(PAA) و پلی‌هیدروکسی‌پروپیل متاآکریل‌آمید(PHPMA) هستند که در شکل1، نشان داده شده است] 11[.
شکل 1 معرفی پلیمرهای طبیعی و مصنوعی برای طراحی سامانه‌های رهایش دارو] 11[.
3 زیست‌پلیمرهای طبیعی
1-3 سلولز
سلولز از کربوهیدرات‌های پلیمری است که خواص زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری، استحکام مکانیکی عالی، آب‌دوستی، ظرفیت جذب بالا و ارزان بودن را دارد. سلولز به‌علت گروههای هیدروکسیل فراوان در آب حل نمی‌شود و باید در حلال‌های آبی گذاشته شود تا حل شود. هیدروژل‌های بر پایه سلولز در رهایش دارو، مهندسی بافت، غشای خالص‌سازی خون و راکتورهای زیست‌سلولی کاربرد دارند و همچنین کربوکسی‌متیل‌سلولز(CMC) از مشتقات خانواده سلولز است که در رهایش دارو کاربرد دارد]12[. کربوکسی‌متیل‌سلولز دارای گروه متیل‌سلولز در زنجیره مولکولی سلولز است که خاصیت آب‌دوستی، غیرسمی، گرانروی بالا، زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگار که اغلب در تحقیقات زیست‌دارویی به‌خصوص رهایش دارو به‌کار می‌رود]13[. کربوکسی‌متیل‌سلولز زمانی که با نانوذرات اکسیدآهن، اکسیدروی، اکسیدمس، کربنات‌کلیسم ترکیب شود، به شکل هیدروژل درمی‌آید]14[.
2-3 کیتوسان
کیتوسان پلیمری طبیعی و کاتیونی شامل N-استیل گلوکزآمین است که دارای واحدهای گلوکزآمین بوده و ویژگی‌های ارزشمندی مانند زیست‌تجزیه‌پذیری، زیست‌سازگاری، نیمه‌بلورینگی ناهمگن، وزن مولکولی بالا و غیرسمی دارد که آن را منحصربه‌فرد می کند. کیتوسان با توجه به خواصی که اشاره شد در داروسازی به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود]15[.
کربوکسی‌متیل‌کیتوسان (CMCS)، از مشتقات خانواده کیتوسان، زیست‌پلیمر حلال در آبی است که با آب‌دوستی بالایی دارد. کربوکسی‌متیل‌کیتوسان بیشتر از کیتوسان قابلیت حل‌شدن در آب را دارد و همچنین بسیار زیست‌تخریب‌پذیر و دارای خواص ضدباکتریایی مناسبی است]16[. به‌عنوان مثال کربوکسی‌متیل‌کیتوسان با یون‌های(Zn ,Cu ,Ag) ترکیب شده و توانایی زیست‌پلیمری و زیستی‌اش بهبود می‌یابد.
3-3 آلژینات
آلژینات پلیمر آنیونی خطی است که از باکتری‌ها و جلبک دریایی قهوه‌ای(brown seaweed) به‌دست می‌آید که از دو نوع d-mannuronic β- (M) و α-L-guluronic (G) اسید به‌دست می‌آید. آلژینات دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری، سمیت کم، آب‌دوستی و قیمت نسبتاً ارزان است. همچنین به‌راحتی به اشکال مختلف هیدروژل فراوری می‌شود]17[. آلژینات به روش فیزیکی وشیمیایی از طریق اتصال عرضی زنجیره‌های پلیمری با افزودن کاتیون‌های دو ظرفیتی مانند Ba و Ca تولید می‌شود]18[.
4-3 نشاسته
نشاسته زیست‌پلیمر طبیعی و تجدیدپذیری است که از گروههای عاملی آمیلوپکتین (amylopectin) و آمیلوز(amylose) تشکیل شده است. با توجه به تعداد زیاد گروههای هیدروکسیل در ساختار نشاسته، این ماده توانایی بسیار زیادی برای تشکیل و طراحی هیدروژل مناسب دارد. هیدروژل زیست‌پلیمر نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات فلزی(Ag, CuO, Fe3O4) باتوجه به خواص منحصربه‌فردی مانند زیست‌سازگاری، غیرسمی‌بودن، و خواص مغناطیسی به‌طور گسترده در تحقیقات رهایش دارو، MRI، و زیست‌داروها استفاده می‌شود]18[.
5-3 ژلاتین
ژلاتین زیست‌پلیمر طبیعی با وزن مولکولی بالا است که از آب‌کافت کلاژن به‌دست می‌آید. از بین پلیمرهای طبیعی فقط آلژینات و ژلاتین است که با توجه به حفظ رطوبت و زیست‌سازگاری در زایملن طبیعی استفاده می‌شود] 19[.
با توجه به این نکته که ژلاتین دارای استحکام مکانیکی ضعیف و ماندگاری کم است، کاربری آن محدود می‌شود. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، ترکیب نانوذرات و عوامل اتصال‌عرضی در هیدروژل‌ها باعث تشکیل شبکه‌های قوی با خواص فیزیکی و شیمیایی بهبودیافته از جمله مکانیکی و حرارتی می‌شود که باعث رهایش بهتر در دارورسانی می‌شود]20[.
3. 4 زیست‌پلیمرهای مصنوعی
1-4 پلی‌وینیل‌الکل(PVA):
پلی‌وینیل‌الکل زیست‌پلیمر سنتزشده محلول در آب است که به این دلیل سازگاری زیستی خوب و زیست‌تخریب‌پذیری، غیرسمی بودن، تشکیل فیلم و توانایی تشکیل ژل، آماده‌سازی آسان، پایداری شیمیایی و خواص ارزان‌قیمت، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند]21[. گروههای هیدروکسیل بر روی ساختار زنجیره اصلی باعث می‌شود با مواد معدنی و آلی وارد واکنش شود و در بسیاری از واکنش‌های شبکه‌ای فیزیکی و شیمیایی برای تهیه هیدروژل شرکت کند] 22[. پلی‌وینیل‌الکل، یکی از شناخته‌شده‌ترین هیدروژل‌های پلیمری است که به‌طور گسترده در زمینه‌ی دارویی، غیردارویی، پوشش‌های زخمی و دارورسانی به‌کار می‌رود] 23.[
2-4 پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG)
پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG) پلی‌اتر سنتزشده است که محلول در آب و بسیاری از حلال‌ها مانند استون، اتانول، کلروفرم و تولوئن است. از جمله خواص منحصربه‌فرد این پلیمر سنتزشده، آب‌دوستی عالی، زیست‌سازگاری، غیرسمی بودن و انعطاف‌پذیری است. هیدروژل‌های نانوکامپوزیت زیستی که از هیدروژل‌ها و نانوذرات اکسید فلزی و اکسید غیرفلزی تشکیل شده‌اند که به‌دلیل تثبیت نانوذرات در شبکه‌های پلیمری می‌تواند باعث بهبود عملکرد هیدروژل‌هایی از نوع پلی‌اتیلن‌گلیکول شود. هیدروژل پلی‌اتیلن‌گلیکول‌ها در دارورسانی و مهندسی بافت کاربرد فراوانی دارند و حتی در فرایندهای صنعتی مثل لوازم آرایشی و بهداشتی کاربرد دارد]24.[
5 هیدروژل نانوکامپوزیت‌های زیست‌پلیمری حاوی نانوذرات برای رهایش دارو
افزودن نانوذرات به هیدروژل پلیمرهای طبیعی و سنتزشده باعث افزایش خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد مکانیکی، گرمایی و مغناطیسی می‌شود. خواص منحصربه‌فرد هیدروژل‌ها به ساختار شبکه‌ای آن‌ها مرتبط می‌شود ]25.[ در ابتدا پیشنهاد می‌شود آزمون‌های TEM, XRD,SEM,FTIR,TGA گرفته شود و خواص نوری، مکانیکی و تورم هیدروژل‌ها بررسی شود. با توجه به کلوخه‌ای شدن نانوذرات، نانوذرات فلزی به روش درجا (In situ) تهیه می‌شوند. نانوذرات فلزی مانند طلا و مس برای تهیه ابرجاذب‌های نانوکامپوزیتی (Supere Absorbent Nanocomposites) به‌کار می‌روند]26.[
6 نانوذرات غیر آلی
6-1 نانوذرات نقره
نانوذرات نقره با توجه با نسبت سطح به حجمی که دارند، در حالت یونی وفلزی می‌توانند خواص ضدویروسی، ضدقارچ و ضدباکتری داشته باشند. این فعالیت ضدباکتریایی به ابعاد، ساختار، غلظت، اندازه، دما، قدرت یونی، پوشش و زمان انحلال نانوذرات نقره بستگی دارد. امروزه به‌منظور افزایش پایداری نانوذرات نقره، عوامل تثبیت‌کننده پلیمری مختلف حاوی زیست‌پلیمرهای طبیعی و سنتزشده، هیدروژل‌ها و دندریمرها به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند]27[. با قرار گرفتن هیدروژل پلیمری در محلول نیترات‌نقره(AgNO3) و انتقال به محلول بورهیدرات‌سدیم (NaBH4)به‌عنوان عامل کاهش‌دهنده (reducing agent) برای کاهش درجای یون نقره برای محلول نیترات نقره به‌کار می‌رود (شکل2). نانوذرات نقره با توجه به خواص زیستی، غیرسمیت سلولی، زیست‌سازگاری و ضدباکتری بودن در کاربردهای دارویی، پوشش‌های زخمی و داربست‌ها به‌کار می‌رود. غلامی و همکاران بر روی هیدروژل‌های کیتوسان و کربوکسی‌متیل‌کیتوسان حاوی نانوذرات نقره برای کنترل رهایش داروهای ناپروکسن و ایبوبروفن کار کردند. نتایج نشان داد که استفاده از این سامانه منجر به ایجاد مسیر طولانی‌تری برای مهاجرت داروها می‌شود و در نتیجه زمان رهایش دارو طولانی‌تر می‌شود]28[.
شکل 2 اثر نانوذرات نقره بر هیدروژل پلیمری و بررسی رهایش دارو بر بدن انسان]28[.
پیشرفت‌های اخیر در رهایش دارو هدفمند مبتنی بر کربوکسی‌متیل‌کیتوسان مطالعه شد. نتایج نشان داد که کربوکسی‌متیل‌کیتوسان به‌دلیل گروههای عاملی فعالی که دارند، می‌توانند باعث بهبود رهایش دارو شوند. به‌طورکلی نانوذرات نقره در درمان بیماری‌ها به تنهایی نمی‌تواند باعث بهبود بیماری شود و برای کاهش حلالیت این نوع نوع نانوذرات باید کنترل رهایش دارو و کپسوله‌کردن انجام شود تا در بافت مناسب بدن رهایش دارویی انجام شود]29[. نانوذرات نقره با توجه به بهبود حلالیت، افزایش رهایش دارو و کاهش سمیت به‌عنوان ابزار قدرتمندی برای درمان به‌کار می‌رود و همچنین باعث ارایه فرمول‌بندی بهتری برای اثر هم‌افزایی در برابر بیماری‌های میکروبی می‌شود (شکل3).
شکل 3 اثر هیدروژل پلیمری از نوع کربوکسی‌متیل‌کیتوسان حاوی نانوذرات نقره و رهایش هدفمند دارو به بافت‌های آسیب‌دیده]28،29[.
2-6 نانوذرات طلا
خواص نانوذرات طلا (Au-NPs) به شکل آن‌ها بستگی دارد. نانوذرات طلا در شکل‌های متنوعی همچون کروی، نانومیله‌های استوانه‌ای، مکعبی، نانوقفس توخالی، ده‌وجهی، هشت‌وجهی، شش‌ضلعی، چهارضلعی، سه‌وجهی، و در محدوده اندازه 1 نانومتر تا 8 میکرومتر سنتز می‌شوند. این نوع نانوذرات فاقد سمیت سلولی هستند و زمانی که با هیدروژل‌های پلیمری ترکیب می‌شوند، باعث افزایش بهبود خواص ضدباکتریایی، زیست‌سازگاری، پایداری و مساحت سطح ویژه می‌شوند]30[.
نانوذرات طلا با هیدروژل‌های پلیمری مثل کیتوسان و پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG)، ترکیب می‌شود و برای رهایش داروی ضدسرطان دوکسوروبیسین (DOX) استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال ژیانگ و همکاران و همچنین ژانگ و همکاران در پژوهشی ]31[، نشان دادند حضور نانوذرات طلا در هیدروژل‌های پلیمری کیتوسان و پلی‌اتیلن‌گلیکول باعث بهبود رهایش دارو می‌شود. نانوذرات طلا و دارو در داخل هیدروژل بارگذاری می‌شود و به داخل تومور تزریق می‌شود. با استفاده از پرتودرمانی و شیمی‌درمانی هیدروژل پلیمری حاوی نانوذرات نقره که حساس به امواج رادیویی هستند، باعث بهبود تومور سرطانی می‌شود (شکل4).
شکل 4 پرتو-شیمی‌درمانی و هیدروژل پلیمری حاوی نانوذرات نقره حساس به امواج رادیویی]33-31[.
3.6 نانوذرات اکسیدروی
اکسیدروی (ZnO) ماده نیمه‌رسانای طبیعی از نوع n است. دلایل اصلی برتری نانوذرات اکسیدروی نسبت به دیگر نانوذرات اکسیدفلزی به‌دلیل پایداری شیمیایی بالا، سنتز مقرون‌به‌صرفه، تولید کم‌هزینه، زیست ایمن، خاصیت ضدباکتریایی، فوتوکاتالیزوری و خواص غیرسمی آن است. نانوذرات اکسیدروی به خاطر اندازه کوچک و نسبت زیاد سطح به حجم دارای خواص بسیار عالی ضدباکتریایی است]34[. نانوحامل‌های دارویی بر پایه هیدروژل‌های پلیمری مانند سلولز، کیتوسان، ژلاتین و آلژینات در مقایسه با هیدروژل‌های پلیمری فاقد نانوذرات، رهایش دارویی بهتری دارند. اثر نانوذرات اکسیدروی بر داروی ضدسرطان 5 فلورواوراسیل (5-fluorouracil)یا (5-FU) بررسی شد]35[. نتایج نشان داد که هیدروژل نانوکامپوزیت کیتوسان/ سلولز/ نانوذرات اکسیدروی حاوی داروی ضدسرطان یادشده، در مدت 2 ساعت در pH مقدار 2/1 آزاد شد. هیدروژل‌ها پس از ورود به محیط مایع شروع به متورم شدن می‌کنند و در pH مقدار 2/1، گروههای آمین خارجی کیتوسان به‌تدریج یونیزه می‌شوند و نانوذرات مسیری برای نفوذ آب به داخل هسته ایجاد می‌کند. در بافر فسفات (pH8/6)، سرعت آزادسازی تجمع دارو و پروتون‌دهی افزایش می‌یابد که این افزایش منجر به ورود مولکول‌های آب به داخل ماتریس می‌شود و در نتیجه نفوذ به روده را آسان می‌کند و به خصوص به این دلیل که این دارو اسیدی است و یونش در شرایط بازی، محلولیت را افزایش می‌دهد. هنگامی که pH از اسیدی به خنثی تغییر کرد( pH4/7)، نرخ رهاسازی همچنان افزایش می‌یابد زیرا تشکیل کربوکسیل خنثی‌شده در لایه سلولز باعث آب‌دوست‌تر شدن سامانه می‌شود و سامانه به‌شدت تغییر می‌کند (شکل5)]35[.
شکل 5 هیدروژل نانوکامپوزیت کیتوسان/ سلولز/ نانوذرات اکسیدروی حاوی داروی ضدسرطان]35[.
4.6 نانوذرات اکسیدمس
نانوذرات اکسیدمس (CuO) نیمه‌هادی مهمی از نوع p است. خواص قابل‌توجهی مانند ضدباکتری بودن، استحکام مکانیکی بالا، سنتز آسان، کم‌هزینه بودن، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و همچنین آزاد شدن آسان در بدن انسان را دارد. نانوذرات اکسیدمس ارزان‌تر از نانوذرات نقره هستند و زمانی که با هیدروژل‌های زیست‌پلیمری ترکیب شوند، نانوکامپوزیت ضدباکتری تهیه می‌شود و باعث بهبود خواص شیمیایی و فیزیکی منحصربه‌فردی مانند خواص حرارتی، مکانیکی و نوری می‌شود. پژوهش‌های زیادی بر تولید زیست‌هیدروژل نانوکامپوزیتی حاوی کیتوسان، سلولز و و کربوکسی‌متیل‌سلولز انجام شده است و عوامل اتصال‌دهنده عرضی برای بهبود شبکه‌ای‌شدن مثل اپی‌کلروهیدرین (ECH) و سدیم‌تری‌پلی‌فسفات (STPP)اضافه شد]34[. اندازه نانوذرات اکسیدمس بین 10 تا 75 نانومتر است که با افزایش غلظت این نوع نانوذرات، خواص ضدباکتری در مقابل باکتری‌های گرم و سرد از خود نشان می‌دهد. هیدروژل‌های زیست‌نانوکامپوزیتی به‌دلیل انتشار آسان دارو در هیدروژل‌ها و برهم‌کنش آسان با دارو، برای دارورسانی مناسب هستند. سازوکار رهایش هیدروژل‌های زیست‌نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسیدمس در شکل 6 نشان داده شده است]35[.
شکل 6 سازوکار رهایش هیدروژل‌های زیست‌نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسیدمس]36[.
6.5 نانوذرات اکسید آهن :
نانوذرات اکسیدآهن یکی از مواد ضدباکتری مورد مطالعه است که به‌دلیل دارا بودن ویژگی‌های فیزیکی مناسب از جمله زیست‌سازگاری، سمیت محدود، سهولت جداسازی و هزینه پایین تولید بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار دارد. برخی از محققان، هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی زیستی را با استفاده از پلیمرهای زیستی مانند آلژینات، کیتوسان، کربوکسی‌متیل‌سلولز، نشاسته، پلی‌اتیلن‌گلیکول و پلی‌وینیل‌الکل با هدف آزادسازی کنترل شده داروهایی مانند دگزامتازون(dexamethasone)، 5-فلوراوراسیل(5-fluorouracil)، متوترکسات(methotrexate)، پاکلی‌تاکسل(paclitaxel)، کورکومین(curcumin)، لوتونین(luotonin A) مورد مطالعه قرار داده‌اند]36[. رهاسازی دارو توسط نانوذرات اکسیدآهن به‌عنوان روش‌های جدیدی برای درمان سرطان یا بهبود تومور است. روش‌های مختلفی برای درمان تومورها استفاده می‌شود، به‌عنوان مثال کپسوله‌کردن مولکول‌های دارو با نانوذرات اکسیدآهن، جلوگیری از رشد تومور با پادتن‌ها و هایپرترمی (hyperthermia) از روش‌های بهبود سرطان هستند]37[.
میناچ و همکاران در پژوهشی به مطالعه هیدروژل پلی‌اتیلن‌گلیکول، دی‌متیل‌آکریلات و پلی‌اتیلن‌گلیکول، متیلاترمتاآکریلات در حضور نانوذرات اکسیدآهن برای رهایش داروی ضدسرطان پاکلی‌تاکسل(paclitaxel)، پرداختند. نتایج نشان داد که هایپرترمی با استفاده از میدان مغناطیسی ایجاد شده باعث آزادسازی پاکلی‌تاکسل شده است و باعث هم‌افزایی در خطوط سلول‌های متفاوت سرطانی شده است (شکل7).
شکل 7 هیدروژل پلی‌اتیلن‌گلیکول، دی‌متیل‌آکریلات و پلی‌اتیلن‌گلیکول، متیلاترمتاآکریلات در حضور نانوذرات اکسیدآهن برای رهایش داروی ضدسرطان پاکلی‌تاکسل]37[.
7 نانوذرات آلی
1.7 دندریمرها
در سال‌های اخیر، دندریمرها به‌عنوان دسته جدیدی از مواد پلیمری به‌دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود مخصوصاً به‌عنوان سامانه‌های دارورسانی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. در این فرایند دندریمرها می‌توانند مستقیماً به قسمت آسیب‌دیده داخل بدن بیمار دارو بدهد]38[. دندریمرها را می‌توان به‌عنوان ساختارهای درشت‌مولکولی با مزایای متعدد تعریف کرد که با توجه به ماهیت شیمیایی دارویی که باید منتقل شود، ممکن است دچار تغییراتی شوند. دلیل اینکه دندریمرها در دارورسانی بسیار مورد توجه هستند، این است که دارای ویژگی‌هایی از جمله اندازه یکنواخت، حلالیت در آب، عملکرد سطحی قابل تغییر، درجه انشعاب بالا و خواص چندظرفیتی است و همچنین دارای وزن مولکولی کاملاً مشخص و حفره‌های داخلی در دسترس است. علاوه بر این، سطح بالای کنترل بر معماری دندریتیک، آن‌ها را به‌عنوان حامل‌های ایده‌آل متمایز می‌کند]39[.
ساختار دندریمرهای معمولی شامل سه جزء اصلی است. الف: هسته مرکزی با یک اتم یا مولکول منفرد که حداقل دو عملکرد شیمیایی مشابه دارند، ب: لایه‌های داخلی تشکیل‌شده با واحدهای انشعاب تکراری و ج: گروههای عاملی انتهایی موجود در سطح بیرونی که ویژگی‌های اصلی دندریمر را توصیف می‌کنند )شکل .(8 اولین جزء، هسته مرکزی، گروههای شیمیایی مختلفی را در برمی‌گیرد که به‌دلیل نانومحیط خاصی که از طریق شاخه‌های دندریتی گسترده احاطه شده است، خواص منحصربه‌فردی از خود نشان می‌دهند]40[. جزء دوم، لایه‌های داخلی متفاوتی هستند که از واحدهای تکراری تشکیل‌شده و فضای سازگاری را در حفره‌های بلوک‌های ساختمانی دندریتی فراهم می‌کنند و توانایی به‌دام‌انداختن مولکول‌های مختلف کوچک مهمان را دارند. سومین جزء دندریمرها، سطح چندظرفیتی است که می‌تواند تعداد زیادی از عملکردها را در خود جای دهد و علاوه بر آن با محیط خارجی تعامل داشته باشد و بنابراین خواص ماکروسکوپی دندریمرها را توصیف می‌کند. نسل‌های دندریمرها از طریق تعداد نقاط انشعاب از هسته مرکزی به گروههای سطحی مشخص می‌شود]40[.
شکل 8 ساختار دندریمرها]40[.
7 .2 میسل‌ها
میسل‌های پلیمری حاصل از کو پلیمرهای آمفیفیلیک، به‌دلیل پایداری مطلوب، غلظت بحرانی میسل و توانایی گسترده بارگذاری دارو، یکی از گسترده‌ترین حامل‌های دارو است. میسل‌ها برای داروهایی که حلالیت ضعیفی در آب دارند، بسیار مناسب هستند.
یکی دیگر از عوامل مهم برای عملکرد هیدروژل‌ها، ماهیت برهم‌کنش متقابل (شیمیایی یا فیزیکی) است، زیرا در بسیاری از ویژگی‌های شبکه‌ای مانند تورم، مدول کشسانی و خواص انتقال تأثیر می‌گذارد. شکل9، ساختار شبکه‌ای فیزیکی و شیمیایی هیدروژل‌ها را نشان می‌دهد]41[.
شکل 9 ساختار شبکه‌ای فیزیکی و شیمیایی هیدروژل‌ها]41[.
میسل‌های پلیمری می‌توانند ساختار هسته-پوسته منحصربه‌فردی ارائه دهند که در آن داروهای نامحلول در آب گنجانده شوند و در نتیجه حلالیت داروهای آب‌گریز را افزایش دهند. علاوه بر این، چنین سامانه‌های میسلی به‌دلیل حلالیت خوب در آب، پایداری ساختاری عالی و توانایی قوی در طولانی‌کردن زمان ماندگاری دارو نسبت به بسیاری از حامل‌های دیگر مزایایی دارند]42[.
7 .3 لیپوزوم‌ها
لیپوزوم‌ها سامانه‌های کیسه‌ای هستند که در آن‌ها مجموعه‌ای از غشای دو لایه لیپیدی، بخش‌های مجزای حاوی آب را احاطه می‌کنند. به‌دلیل زیست‌سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری عالی این مواد، کاربردهای فراوانی در سامانه‌های رهایش داروهای آب‌گریز و آب‌دوست دارند. معمولاً داروهای آب‌گریز درمنطقه دو لایه‌ای قرار می‌گیرند و داروهای آب‌دوست معمولاً درون بخش‌های آبی لیپوزوم‌ها قرار می‌گیرند. همچنین به‌طورکلی بعضی مقالات خواص رئولوژیکی و تخریب هیدروژل‌های نانوکامپوزیت‌های زیست پلیمری را بررسی کرده‌اند]43[.
7- 8 نتیجه‌گیری
هیدروژل‌های زیست‌پلیمری نانوکامپوزیتی، حاوی نانوذرات آلی و معدنی به‌دلیل ویژگی‌های ایده‌آل خود در زمینه‌های گوناگون از جمله مواد، شیمی و زیستی مورد توجه قرار گرفته‌اند و همچنین به‌دلیل داشتن خواص زیست‌تخریب‌پذیری، زیست‌سازگاری و خواص درمانی مناسب می‌تواند راه‌حلی جایگزین و قابل‌قبول برای درمان‌های سنتی آنتی‌بیوتیکی باشد. هیدروژل‌های زیست‌پلیمری نانوکامپوزیتی تنوع گسترده‌ای از خواص دارد که یکی از خواص مهم آن رهایش دارو در طولانی‌مدت است که دقیقاً همان چیزی است که در حال حاضر برای طراحی زیست‌مواد ضدباکتری نیاز است. محققین در حوزه رهایش دارو در سال‌های اخیر به پیشرفت‌های قابل‌توجهی دست یافته‌اند. با پیشرفت سریع علوم نانوپزشکی، درک بهتری از دانش بیماری‌های عفونی و سرطانی برای بهبود این مریضی‌ها به‌دست آمده است. تلاش‌های عمده‌ای به توسعه استراتژی‌های بر پایه نانوذرات با هدف اصلی افزایش اثربخشی درمانی و به حداقل رساندن امراض اختصاص یافته است.
References:
1. Tang J.D., Mura C., Lampe K.J., Stimuli-responsive, pentapeptidePentapeptide, nanofiber Nanofiber hydrogel Hydrogel for tissue Tissue engineeringEngineering. J Am Chem Soc. 2019; 141:, 4886–99., 2019.
2. Khorasani MT, Joorabloo A, Adeli H, Mansoori-Moghadam Z, Moghaddam A. Design and optimization of process parameters of polyvinyl (alcohol)/ chitosan/nano zinc oxide hydrogels as wound healing materials. Carbohydr Polym. 2019; 207:542–54.
3. Liz-Marzan LM. Nanometals: formation and color. Mater Today, 2004. 12. Ali A, Ahmed S. A review on chitosan and its nanocomposites in drug delivery. Int J Biol Macromol. 2018; 109:273–86.
4. Haraguchi K. Nanocomposite hydrogels. Curr Opin Solid State Mater Sci. 2007; 11:47–54.
5. Satarkar NS, Biswal D, Hilt JZ. Hydrogel nanocomposites: a review of applications as remote controlled biomaterials. Soft Matter. 2010; 6:2364–71.
6. Gooneh-Farahani S, Naimi-Jamal MR, Naghib SM. Stimuliresponsive grapheme incorporated multifunctional chitosan for drug delivery applications: a review. Expert Opin Drug Deliv.
2019; 16:79–99.
7. Kaur R, Kaur S. Roles of polymers in drug delivery. J Drug Deliv Ther. 2014; 4(3):32–6.
8. LaftahWA, Hashim S, Ibrahim AN. Polymer hydrogels: a review. Polym-Plast Technol Eng. 2011; 50:1475–86.
9. Zhao F, Yao D, Guo R, Deng L, Dong A, Zhang J. Composites of polymer hydrogels and nanoparticulate systems for biomedical and pharmaceutical applications. Nanomaterial. 2015; 5:2054–130.
10. Sannino A, Demitri C, Madaghiele M. Biodegradable Cellulosebased hydrogels: design and applications. Material. 2009; 2:353– 73.
11. Ma J, Li X, Bao Y. Advances in cellulose-based superabsorbent hydrogels. RSC Adv. 2015; 5:59745–57.
12. Gholamali I Stimuli-responsive polysaccharide hydrogels for biomedical applications: a review. Regen Eng Transl Med, 2019;1- 24.
13. HeM, Zhao Y, Duan J,Wang Z, ChenY, Zhang L. Fast contact of solid-liquid interface created high strength multi-layered cellulose hydrogels with controllable size. ACS Appl Mater Interfaces. 2014; 6(3):1872–8.
14. Qiu X, Hu S. “Smart” materials based on cellulose: a review of the preparations, properties and applications. Material. 2013; 6:738– 81.
15. Barkhordari S, Yadollahi M. Carboxymethyl cellulose capsulated layered double hydroxides/drug nanohybrids for Cephalexin oral delivery. Appl Clay Sci. 2016; 121-122:77–85.
16. Yadollahi M, Gholamali I, Namazi H, Aghazadeh M. Synthesis and characterization of antibacterial carboxymethyl cellulose/ZnO nanocomposite hydrogels. Int J BiolMacromol. 2015; 74:136–41.
17. Yadollahi M, Namazi H, Aghazadeh M. Antibacterial carboxymethyl cellulose/Ag nanocomposite hydrogels crosslinked with layered double hydroxides. Int J Biol Macromol. 2015; 79:269–77.
18. Yadollahi M, Gholamali I, Namazi H, Aghazadeh M. Synthesis and characterization of antibacterial carboxymethylcellulose/CuO bio-nanocomposite hydrogels. Int J Biol Macromol. 2014; 73:109–14.
19. Gholamali I. Facile Preparation of carboxymethyl cellulose/Cu bio-nanocomposite hydrogels for controlled release of Ibuprofen. Regen Eng Translat Med. 2020; 6:115–24.
20. Foroutan R, Ahmadlouydarab M, Ramavandi B, Mohammadi R. Studying the physicochemical characteristics and metals adsorptive behavior of CMC-g-HAp/Fe3O4 nanobiocomposite. J Environ Chem Eng. 2018; 6:6049–58.
21. Shen J, Song Z, Qian X, Yang F. Carboxymethyl cellulose/alum 32. Saadiah M, Zhang D, Nagao Y, Muzakir S, Samsudin A. Reducing crystallinity on thin film based CMC/PVA hybrid polymer for application as a host in polymer electrolytes. J Non- Crystallie Solid. 2019; 511:201–11.
22. Che Nan NF, Zainuddin N, Ahmad M. Preparation and swelling study of CMC Hydrogel as potential superabsorbent. Pertanika J Sci Technol. 2019;27(1):489–98.
23. Behzadi Nia S, Pooresmaeil M, Namazi H. Carboxymethylcellulose/ layered double hydroxides bio-nanocomposite hydrogel: a controlled amoxicillin nanocarrier for colonic bacterial infections treatment. Int J Biol Macromol. 2020; 155:1401–9.
24. Youssef AM, El-Sayed SM. Bionanocomposites materials for food packaging applications: concepts and future outlook. Carbohydr Polym. 2018; 193:19–27.
25. Rakhshaei R, Namazi H. A potential bioactive wound dressing based on carboxymethyl cellulose/ ZnO impregnated MCM-41 nanocomposite hydrogel. Mater Sci Eng C. 2017; 73:456–64.
26. Javanbakht S, Shaabani A. Carboxymethyl cellulose-based oral delivery systems. Int J Biol Macromol. 2019; 133:21–9. 38. Rasoulzadeh M, Namazi H. Carboxymethyl cellulose/graphene oxide bionanocomposite hydrogel beads as anticancer drug carrier agent. Carbohydr Polym. 2017; 168:320–6.
27. Farhoudian S, Yadollahi M, Namazi H. Facile synthesis of antibacterial chitosan/CuO bio-nanocompositehydrogel beads. Int J Biol Macromol. 2016; 82:837–43.
28. Upadhyaya L, Singh J, Agarwal V, Tewari RP. The implications of recent advances in carboxymethyl chitosan based targeted drug delivery and tissue engineering applications. J Control Release. 2014; 186:54–87.
29. Yamada M, Foote M, Prow TW. Therapeutic gold, silver, and platinum nanoparticles. Wires Nanomed Nanobiotechnol. 2015; 7:428–45
30. Khorasani MT, Joorabloo A, Moghaddam A, Shamsi H, Mansoori MZ. Incorporation of ZnO nanoparticles into heparinised polyvinyl alcohol/chitosan hydrogels for wound dressing application. Int J Biol Macromol. 2018; 114:1203–15.
31.Chen R, Chen Q, Huo D, Ding Y, HuY, Jiang X. In situ formation of chitosan-gold hybrid hydrogel and its application for drug delivery. Colloid Surface B: Biointerface. 2012; 97:132–7.
32. Li T, Zhang M, Wang J, Wang T, Yao Y, Zhang X, et al. Thermosensitive hydrogel co-loaded with gold nanoparticles and doxorubicin for effective chemoradiotherapy. The AAPS J. 2016; 18:146–55.
33.Zhang Z, He Z, Liang R, Ma Y, Huang W, Jiang R, et al. Fabrication of a micellar supramolecular hydrogel for ocular drug delivery. Biomacromolecules. 2016; 17:798–807.
34. Satarkar NS, Biswal D, Hilt JZ. Hydrogel nanocomposites: a review of applications as remote controlled biomaterials. Soft Matter. 2010; 6:2364–71.
35.Sun X, Liu C, Omer AM, Lu W, Zhang S, Jiang X, et al. pH sensitive ZnO/carboxymethyl cellulose/chitosan bionanocomposite beads for colon-specific release of 5-fluorouracil. Int J Biol Macromol. 2019; 128:468–79.
36.Gholamali I, Hosseini SN, Alipour E, Yadollahi M. Preparation and characterization of oxidized starch/CuO nanocomposite hydrogels applicable in a drug delivery system. Starch/Stärke. 2019; 71(3-4):1800118.
37.Meenach SA, Shapiro JM, Hi l t JZ. Anderson KW. Characterization of PEG-iron oxide hydrogel nanocomposites for dual hyperthermia and paclitaxel delivery. J Biomater Sci Polym Ed. 2013; 24:1112–26.
38. Ma J, Li X, Bao Y. Advances in cellulose-based superabsorbent hydrogels. RSC Adv. 2015; 5:59745–57.
39.Lombardo D, Kiselev MA, Caccamo MT. Smart nanoparticles for drug delivery application: development of versatile nanocarrier platforms in biotechnology and nanomedicine. J Nanomed. 2019; 2019:1–29.
40. He M, Zhao Y, Duan J, Wang Z, Chen Y, Zhang L. Fast contact of solid-liquid interface created high strength multi-layered cellulose hydrogels with controllable size. ACS Appl Mater Interfaces 2014; 6(3):1872–8.
41. Qiu X, Hu S. “Smart” materials based on cellulose: a review of the preparations, properties, and applications. Material. 2013; 6:738– 81.
42. Karami M.H.; Kalaee M.R.; Khajavi R.; Moradi O.; Zaarei D. Thermal degradation kinetics of epoxy resin modified with elastomeric nanoparticles. Adv. Compos. Hybrid. Mater .2022, https://doi.org/10.1007/s42114-022-00419-0.
43.Karami M.H.; Kalaee M.R.; Mazinani S.; Shakiba M.; Shafiei Navid S.; Abdouss M.; Beig Mohammadi A.; Zhao W.; Koosha, M.; Song, Z.; Li, T. Curing kinetics modeling of epoxy modified by fully vulcanized elastomer nanoparticles using rheometry method. Molecules 2022, 27, 2870. https://doi.org/10.3390/molecules27092870.
[1] E-mail addresses: phdabdouss44@aut.ac.ir