بررسی فرایند انعقاد خون بر روی زیست‌پلیمرها و مروری بر روش‌های سنجش خون‌سازگاری آن‌ها
محورهای موضوعی : پلیمرها در انرژی و کاربردهای بهداشتی و محیطیرحیم دهقان 1 , جلال برزین 2 , سید حسین ابطحیان 3 , بهنام دارابی 4 , حمیدرضا قادری 5
1 - پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
2 - گروه بایومتریال، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
3 - کلینیک درمانی پاسارگاد، نورآباد ممسنی، ایران
4 - شیراز، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، دانشکده پیراپزشکی، کد پستی: 14336- 71348
5 - فسا، دانشگاه علوم پزشکی فسا، دانشکده فناوری های نوین، گروه مهندسی بافت، کد پستی: 86688-74616
کلید واژه: خون, انعقاد خون, پلیمر, خون سازگاری, سنجش خون سازگاری,
چکیده مقاله :
در سال‌های اخیر استفاده از زیست‌پلیمرها در صنعت مهندسی پزشکی به‌شکل قابل توجهی گسترش پیدا کرده است، که از این دسته می‌توان به دریچه‌های مصنوعی قلب، کاتتر، داربست‌های قلبی و عروقی، رگ مصنوعی، پوشش دستگاه ضربان‌ساز، غشای دستگاه همودیالیز و ... اشاره کرد. خون‌سازگاری از ضروریات زیست‌پلیمرها در کاربردهای پزشکی محسوب می‌شود. آگاهی از برهم‌کنش‌های خون و پلیمر در توسعه و ساخت پلیمری خون‌سازگار اهمیت فراوانی دارد. موارد متعددی می‌تواند خون‌سازگاری زیست‌پلیمر را تحت تأثیر قرار دهد. خواص سطحی از قبیل آب‌دوستی، انرژی سطح و بار الکترواستاتیک از مهم‌ترین عوامل در کنترل خون‌سازگاری محسوب می‌شوند. در این تحقیق ضمن بررسی فرایند انعقاد خون بر روی زیست‌پلیمرها، به بررسی روش‌های سنجش خون‌سازگاری بر روی آن‌ها پرداخته شده است. این روش‌ها عبارتند از: چسبندگی پروتئین که اولین مرحله در شروع فرایند انعقاد خون به حساب می‌آید، بررسی فعالیت پروتئین کالیکرئین که مسیر داخلی انعقاد خون را شامل می‌شود، زمان‌های انعقادی شامل زمان ترومبین (TT)، زمان پروترومبین (PT)، زمان نسبی ترومبوپلاستین فعال شده (APTT) که مسیرهای خارجی، داخلی و مشترک انعقاد، میزان همولیز گلبول‌های قرمز، چسبندگی سلولی و بررسی میکروسکوپی آن‌ها و چسبندگی و فعالیت پلاکت‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهند. تغییر مورفولوژی پلاکت‌ها از دیگر معیارهای شاخص سنجش خون‌سازگاری به‌شمار می‌آیند که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت پلیمر خون‌سازگار بایستی از همه آزمون‌های بیان‌شده با موفقیت عبور کند.
The use of biopolymers in the development of biomedical devices has extended in recent years. These devices are including prosthetic heart valves catheter, cardiovascular stents, artificial arteries, peacemakers, hemodialysis membranes, etc. Hemocompatibility is taken into account as one of the essential cases of biopolymers for biomedical applications. Knowing biopolymer-blood interaction is very considerable for the development of a hemocompatible biopolymer. Various factors can undergo the hemocompatibility of biopolymers. Surface properties such as hydrophilicity, surface energy, and electrostatic charge are the most important factor for the control of hemocompatibility. In this study, further blood coagulation mechanism on the biopolymers, evaluation methods of hemocompatibility is investigated. Methods include protein adsorption which is the first phenomenon of the blood coagulation process, investigation of kallikrein activity which evaluates intrinsic coagulation pathway, assessment of coagulation times such as thrombin time (TT), prothrombin time (PT) and activated partial thromboplastin time (APTT) which monitor extrinsic, intrinsic and common pathway of blood coagulation, hemolysis of erythrocytes, microscopy analysis of cell adhesion, platelet adhesion and activation. Change in platelet morphology is one of the main criteria for the investigation of blood compatibility. Finally, a hemocompatible polymer should pass all mentioned blood compatibility analyses. Herein, besides i
1. Vermette P., Griesser J.H., Laroche G., Guidoin R., Biomedical Applications of Polyurethanes, Landes Bioscience, Georgetown,160-168, 2001.
2. Dean IV H., Development of Biopoly Materials for Use in Prosthetic Heart Valve Replacements, MSc Thesis, Colorado state University, Spring 2012.
3. Ansari F., Dehghan R., Role of Polymers Used in Hormone Delivery of Contraceptive Systems for Prevention of Pregnancy, Polymerization, 9, 8-29, 2020.
4. Barzin J., Feng C., Khulbe K.C., Matsuura T., Madaeni S.S., Mirzadeh H, Characterization of Polyethersulfone Hemodialysis Membrane by Ultrafiltration and Atomic Force Microscopy, J. membr. Sci., 237, 77-85, 2004.
5. Barzin J., Madaeni S. S., Mirzadeh H., Mehrabzadeh, M. Effect of Polyvinylpyrrolidone on Morphology and Performance of Hemodialysis Membranes Prepared from Polyether Sulfone. Journal of applied polymer science, 92, 6, 3804-3813, 2004.
6. Shahrabi S. S., Barzin J., Shokrollahi P., Blood Cell Separation by Novel PET/PVP Blend Electrospun Membranes. Polymer Testing, 66, 94-104, 2018.
7. Shahrabi S. S., Mortaheb H. R., Barzin J., Ehsani M. R., Nanoporous Polyether Sulfone Membrane, Preparation and Characterization: Effect of Porosity and Mean Pore Size on Performance. Journal of Membrane and Separation Technology, 6, 2, 71-84, 2017.
8. Bosch T., Thiery J., Gurland H.J., Seidel D., Long-Term Efficiency, Biocompatibility, and Clinical Safety of Combined Simultaneous LDL-Apheresis and Haemodialysis in Patients with Hypercholesterolaemia and End-Stage Renal Failure, Nephrol. Dial. Transplant., 8, 1350-1358, 1993.
9. Bantjes A., Clotting Phenomena at the Blood‐Polymer Interface and Development of Blood Compatible Polymeric Surfaces. Polym. Int., 10, 267-274, 1978.
10. Gristina A.G., Naylor P.T., Myrvik Q.N., Biomaterial-Centered Infections: Microbial Adhesion Versus Tissue Integration, In Pathogenesis of Wound and Biomaterial-Associated Infections, Springer London, 237, 193-216, 1990.
11. Paola F., Messori M., Surface Modification of Polymers: Chemical, Physical, and Biological Routes, In Modification of Polymer Properties, 109-130, 2017.
12. Michael W King, Introduction of Blood Coagulation, https://themdicalbiochemistrypage.org/blood-coagulation.php, available in 20 July 2017.
13. Franklyn W.D., Blood Compatibility. 1, 89-98, 1987.
14. Aebischer P., Schluep M., Déglon N., Joseph J. M., Hirt L., Heyd B., Goddard M., Hammang J.P., Zurn A.D., Kato A.C., Regli F., Intrathecal Delivery of CNTF Using Encapsulated Genetically Modifiedxenogeneic Cells in Amyotrophic Lateral Sclerosis Patients, Nature medicine, 2, 696, 1996.
15. Turgeon, M. L., Clinical Hematology: Theory and Procedures. Lippincott Williams & Wilkins, 355-359, 2005.
16. Salimi E., Ghaee A., Ismail A. F., Karimi M., Anti-Thrombogenicity and Permeability of Polyethersulfone Hollow Fiber Membrane with Sulfonated Alginate Toward Blood Purification, Inter. J. Biol. Macromol., 116, 364-377, 2018.
17. Zhang J., Yan B., He C., Hao Y., Sun S., Zhao W., Zhao C., Urease-Immobilized Magnetic Graphene Oxide as a Safe and Effective Urea Removal Recyclable Nanocatalyst for Blood Purification. Industrial & Engineering Chemistry Research, 59, 19, 8955-8964, 2020.
18. Tu M. M., Xu J. J., Qiu Y. R., Surface Hemocompatible Modification of Polysulfone Membrane via Covalently Grafting Acrylic Acid and Sulfonated Hydroxypropyl Chitosan. RSC advances, 9, 11, 6254-6266, 2019.
19. Dehghan R., Barzin J., Development of a Polysulfone Membrane with Explicit Characteristics for Separation of Low Density Lipoprotein from Blood Plasma. Polymer Testing, 85, 106438, 2020.
20. Dehghan R., Barzin J., Membrane Patterning Through Horizontally Aligned Microchannels Developed by Sulfated Chopped Carbon Fiber for Facile Permeability of Blood Plasma Components in Low-Density Lipoprotein Apheresis. Separation and Purification Technology, 278, 119512, 2021.
21. Kamal A. H., Tefferi A., Pruthi R. K., How to Interpret and Pursue an Abnormal Prothrombin Time, Activated Partial Thromboplastin Time and Bleeding Time in Adults. In Mayo Clinic Proceedings, 82, 7, 864-873, 2007.
22. Carvalhal F., Cristelo R. R., Resende D. I., Pinto M. M., Sousa E., Correia-da-Silva, M. Antithrombotics from the Sea: Polysaccharides and Beyond. Marine drugs, 17, 3, 170, 2019.
23. Zhu L., Song H., Wang J., Xue L., Polysulfone Hemodiafiltration Membranes with Enhanced Anti-Fouling and Hemocompatibility Modified by Poly (Vinyl Pyrrolidone) via in Situ Cross-Linked Polymerization. Materials Science and Engineering: C, 74, 159-166, 2017.
24. Huang X. J., Guduru D., Xu Z. K., Vienken J., Groth T., Blood Compatibility and Permeability of Heparin‐Modified Polysulfone as Potential Membrane for Simultaneous Hemodialysis and LDL Removal. Macromolecular bioscience, 11, 1, 131-140, 2011.
25. Singh H., Purohit S. D., Bhaskar R., Yadav I., Gupta M. K., Mishra N. C., Development of Decellularization Protocol for Caprine Small Intestine Submucosa as a Biomaterial. Biomaterials and Biosystems, 5, 100035, 2020.
26. Venault A., Wu J. R., Chang Y., Aimar P., Fabricating Hemocompatible Bi-Continuous Pegylated PVDF Membranes via Vapor-Induced Phase Inversion. Journal of membrane science, 470, 18-29, 2014.
27. Rajaraman R., Rounds D. E., Yen S. P. S., Rembaum A. N. D. A., A Scanning Electron Microscope Study of Cell Adhesion and Spreading In Vitro. Experimental cell research, 88, 2, 327-339, 1974.
28. Dehghan R., Barzin J., Low Density Lipoprotein (LDL) Apheresis from Blood Plasma via Anti-Biofouling Tuned Membrane Incorporated with Graphene Oxide-Modified Carrageenan. Journal of Membrane Science, 620, 118878, 2021.
29. Nie C., Ma L., Xia Y., He C., Deng J., Wang L., Zhao C., Novel Heparin-Mimicking Polymer Brush Grafted Carbon Nanotube/PES Composite Membranes for Safe and Efficient Blood Purification. Journal of Membrane Science, 475, 455-468, 2015.
30. Fukushima K., Inoue Y., Haga Y., Ota T., Honda K., Sato C., Tanaka M., Monoether-Tagged Biodegradable Polycarbonate Preventing Platelet Adhesion and Demonstrating Vascular Cell Adhesion: A Promising Material for Resorbable Vascular Grafts and Stents. Biomacromolecules, 18, 11, 3834-3843, 2017.
31. Tsai W. B., Grunkemeier J. M., Horbett T. A., Human Plasma Fibrinogen Adsorption and Platelet Adhesion to Polystyrene. Journal of biomedical materials research, 44, 2, 130-139, 1999.
32. Elahi E., Study of Polymer Platelet Adhesion by LDH, Ph.D. thesis, Iran University, Tehran, Iran, 1998.
33. Han D. K., Jeong S. Y., Kim Y. H., Min B. G., Cho H. I., Negative Cilia Concept for Thromboresistance: Synergistic Effect of PEO and Sulfonate Groups Grafted onto Polyurethanes. Journal of biomedical materials research, 25, 5, 561-575, 1991.
34. Dehghan R., Koosha M., Specification of Polyurethane as Prosthetic Heart Valve, polymerization., 5, 48-60, 2015.
35. Aksoy E.A., Synthesis and Surface Modification Studies of Biomedical Polyurethanes to Improve Long term Biocompatibility, Doctor of Philosophy thesis, Middle east Technical University, 2008.
36. Leslie D. C., Waterhouse A., Berthet J. B., Valentin T. M., Watters A. L., Jain A., Super E. H., A Bioinspired Omniphobic Surface Coating on Medical Devices Prevents Thrombosis and Biofouling. Nature biotechnology, 32, 11, 1134, 2014.