مروری بر هیدروژل‌های حاوی الیاف 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: کامپوزیت های هیدروژلی حاوی الیاف, دارورسانی, زخم پوش, پلیمرهای زیست سازگار, داربست.,
چکیده مقاله :
هیدروژل‌ها شبکه‌های سه‌بعدی از پلیمرهای آب‌دوست هستند که قادر به جذب و نگهداری مقادیر قابل‌توجهی از مایعات هستند. همچنین به‌طور گسترده در بهبود زخم، مهندسی بافت غضروف، مهندسی بافت استخوان، رهایش پروتئین‌ها، فاکتورهای رشد و آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود. در دهه‌های گذشته، تحقیقات زیادی برای تسریع بهبود زخم و رهایش دارو انجام شده است. داربست‌های مبتنی بر هیدروژل در هر دو مورد یک راه‌حل تکراری بوده‌اند. باوجوداین‌که پایداری مکانیکی آن‌ها همچنان چالش محسوب می‌شود، برخی از آن‌ها در حال حاضر به بازار رسیده‌اند. برای غلبه بر این محدودیت، تقویت هیدروژل‌ها با الیاف مورد بررسی قرار گرفته است. شباهت ساختاری کامپوزیت‌های هیدروژل حاوی الیاف به بافت‌های طبیعی نیروی محرکه‌ای برای بهینه‌سازی و كاربرد این سامانه‌ها در زیست‌پزشکی بوده است. ترکیب فنون تشکیل هیدروژل و روش‌های ریسندگی الیاف در توسعه سامانه‌های داربست با استحکام مکانیکی بهبودیافته و خواص دارویی بسیار مهم بوده است. هیدروژل توانایی جذب ترشحات و حفظ تعادل رطوبت در محل زخم را دارد و الیاف از ساختار ماتریس سلول خارجی پیروی می‌کند. انتظار می‌رود ترکیب این دو ساختار در داربست با ایجاد محیطی مناسب با شناسایی و اتصال سلولی با فضای مرطوب و تنفسی مورد نیاز برای تشکیل بافت سالم، بهبود را تسهیل کند. اصلاح سطح الیاف به روش فیزیکی و شیمیایی باعث بهبود عملکرد کامپوزیت‌های هیدروژلی حای الیاف می‌شود.
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, 542-54, 2019.
3. Ali A., Ahmed S., A Review on Chitosan and its Nanocomposites in Drug Delivery, International Journal of Biology Macromolecule, 109, 273-86, 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, 6,2364,71, 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, 1475–86, 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, 2054-130, 2015.
10. Sannino A., Demitri C., Madaghiele M., Biodegradable Cellulosebased Hydrogels: Design and Applications. Material, 2, 353- 73, 2019.
11. Ma J., Li X., Bao Y., Advances in Cellulose-Based Superabsorbent Hydrogels, RSC Advanvces, 5, 59745- 57, 2015.
12. Gholamali I., Stimuli-Responsive Polysaccharide Hydrogels for Biomedical Applications: A Review, Regenerative
Engineering and Translational Medicine, 1- 24, 2019.
13. He M., 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, 136–41, 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, 269-77, 2015.
18.Yadollahi M., Gholamali I., Namazi H., Aghazadeh M., Synthesis and Characterization of Antibacterial Carboxymethylcellulose/CuO Bio-Nanocomposite Hydrogels, International Journal of Biological Macromolecules, 73, 14-109, 2014.
19. Gholamali I., Facile Preparation of Carboxymethyl Cellulose/Cu Bio-Nanocomposite Hydrogels for Controlled Release of Ibuprofen, Regenerative Engineering and Translational Medicine, 6, 115,24, 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, 58, 2018.
21. Shen J., Song Z., Qian X., Yang F., Carboxymethyl Cellulose, Journal of Non-Crystalline Solids, 511, 201–11, 2019.
22. Che Nan NF., Zainuddin N., Ahmad M.,Preparation and Swelling Study of CMC Hydrogel as Potential Superabsorbent, Journal of Science & Technology, 27, 489-98, 2019.
23. Behzadi Nia S., Pooresmaeil M., Namazi H., CarboxymethylCellulose/Layered Double Hydroxides Bio-Nanocomposite Hydrogel: A Controlled Amoxicillin Nanocarrier for Colonic Bacterial Infections Treatment, International Journal of
Biological Macromolecules, 155, 1401–9, 2020.
24. Youssef A.M., El-Sayed S.M.,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, 73,456–64, 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-Nanocompositehydrogel 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 T.W., Therapeutic Gold, Silver, and Platinum Nanoparticles, Wires Nanomed Nanobiotechnology, 7, 428–445, 2015.
30. Karami M.H., Abdouss M., Kalaee M.R., Moradi O.,
Investigating the Antibacterial Properties of Chitosan Nanocomposites Containing Metal Nanoparticles For Using in Wound Healings: A Review Study, Basparesh, In Press, 2023.
31. Karami M.H., Abdouss M., Kalaee M.R., Moradi O.,
Application of Hydrogel Nanocomposites in Biotechnology: A review study, Iran polymer Technology, Research and Development, 1, 33-41, 2023.
32 Karami M.H.,Abdouss M., Kalaee M.R., MoradiO.,
AppliCation of Chitosan-based Nanocarriers in Improving the
Release of the Anticancer Drug Quercetin: A Review study, Nano World, 19, 21-11, 2023.
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, 2364–71, 2010.
35. Sun X., Liu C., Omer A.M., Lu W., Zhang S., Jiang X., pH Sensitive ZnO/CarboxAymethyl Cellulose/Chitosan Bionanocomposite Beads for Colon-specific Release of 5-fluorouracil, International Journal of Biological Macromolecules, 128, 468–79, 2019.