Nanovlakna Kao Nosaci Lekova

  • View
    302

  • Download
    4

Embed Size (px)

Transcript

Univerzitet u Beogradu Tehnoloko-metalurki fakultet

Seminarski radPredmet: Struktura i svojstva kompozitnih materijala Tema: Nanovlakna kao nosai lekova

Profesor: dr Radoslav ALeksid Student: Zorka urid Br.indeksa: 4014/2011 Smer: Inenjerstvo materijala

Beograd, jun 2012

SadrajUVOD............................................................................................................................................................. 1 Nanotehnologija i nanomedicina .................................................................................................................. 2 Biomaterijali .................................................................................................................................................. 3 Kontrolisano i ciljano otputanje bioloki aktivnih supstanci vezivanjem za nosae ................................... 5 Elektrospining ............................................................................................................................................. 10 Karakteristike elektrospinovanih vlakana ................................................................................................... 13 Polimerna nanovlakna ................................................................................................................................ 14 Nanovlakna kao nosai lekova....................................................................................................................14 Nove strategije ............................................................................................................................................ 21 Neki izazovi i moguda reenja ..................................................................................................................... 25 Literatura....................................................................................................................................................29

UVODGlavni cilj savremene medicine je rana i tana dijagnostika poremeaja u organizmu praena preciznom i efikasnom terapijom sa minimalnim sekundarnim efektima. Za tu namenu dugi niz godina istrauju se naini za unapreenje dijagnostikih i terapijskih strategija. Upravo ta istraivanja omoguila su razvoj biomaterijala- materijala koji se mogu primeniti u ivom organizmu. Bionanotehnologija je razvijena kao posebna disciplina u okviru nanotehnologije koja se bavi razvojem materijala za bioloku aplikaciju i orijentisana je ka usavravanju osnovnih karakteristika materijala, kao to su sastav, struktura i morfologija, u cilju postizanja optimalnih svojstava nanoestinih ili nanostrukturnih materijala pogodnih za primenu u ivom organizmu. Fiziko-hemijska svojstva materijala koji sadre nanoestice su promenjena u odnosu na svojstva koja ima materijal istog hemijskog sastava izgraen iz estica veih dimenzija. Kod nanostrukturiranih biomaterijala vana je injenica da su njihove dimenzije uporedive sa veliinom elijskih komponenti, proteina, nukleinskih kiselina, virusa, to prua mogunost njihove meusobne interakcije na molekulskom nivou. Nanostrukturni biomaterijali se dugi niz godina primenjuju u razliitim oblastima medicine. Neke od njihovih primena odnose se na izradu kontrastnih agenasa, biomarkera i biosenzora koji imaju dijagnostika svojstva, kao i u regenerativnoj, rekonstruktivnoj i plastinoj hirurgiji za izgradnju implantata (kostiju, miia, nerava, soiva, krvnih sudova itd.), i farmaciji (dostava medikamenata i gena), u kojima oni imaju terapijsku funkciju. Kada je re o doziranju medikamenata, primena razliitih biomaterijala kao nosaa lekova omoguila je razvoj vremenski kontrolisanog doziranja lekova.

1

Nanotehnologija i nanomedicinaNanotehnologija je iroka interdisciplinarna oblast istraivanja koja se eksplozivno razvija poslednjih godina. Proizvodnja nanomaterijala kao to su klasteri, nanoestice, nanovlakna, nanoice, nanotube, tanki filmovi, itd. je kljuna komponenta uspenog razvoja nanotehnologije zahvaljujui njihovim neobinim i izvanrednim fizikim i hemijskim osobinama koje su rezultat efekta nano veliine. Pored toga, nanotehnologija ima veliki znaaj i primenu u biomedicinskim istraivanjima i klinikoj primeni zato to su nanoobjekti slinih dimenzija kao i bioloki entiteti, na primer: elija, organela, DNK itd. Posebne karakteristike nanostruktura poveavaju efikasnost i preciznost medicinske dijagnostike, ispitivanja i terapije na nivou pojedinanih molekula ili molekulskih struktura. Princip konvencionalne medicine je takav da se bolesne elije uklone hirurgijom ili radioterapijom ili hemoterapijom, to moe uticati i na zdrave elije. Nanomedicina pokuava da ili otkloni odreene, patogene elije ili reparira eliju po eliju. Na primer, kontrolisana dostava odgovarajue koliine lekova se moe bazirati na molekulskoj biosenzorskoj informaciji.

Slika 1. Prikaz nanoica i nanorobota

2

Primena nanoestica u biomedicini i biotehnologiji je predmet posebnog interesovanja u istraivakim i razvojnim projektima sa potencijalnom primenom, koja ukljuuje korienje nanoestica kao nosaa za medikamente ili DNK-a, kao biosenzori, kao komponente u medicinskim dijagnosticima itd..

BiomaterijaliBiomaterijali su materijali koji se koriste za zamenu ili obnavljanje tkiva i pri tome su kontinualno ili diskontinualno u kontaktu sa telesnim fluidima. Zajednika osobina svih biomaterijala bez obzira na njihove razliitosti je biokompatibilnost, to znai da ne smeju izazivati negativne pratee efekte u organizmu, odnosno, ne sme doi do toksinih, alergijskih ili kancerogenih reakcija, imunoloki odgovor ili odbacivanje organizma. Biokompatibilnost se odnosi na reakciju polimera sa tkivima i krvlju, zavisno od mesta i cilja primene. Materijali koji se koriste za reparaciju ili obnavljanje tkiva prvenstveno moraju zadovoljiti uslove bioloke inertnosti i mehanika svojstva slina svojstvima tkiva. Inertni biomaterijali ne stvaraju vezu sa okolnim tkivom ve je najei odgovor tkiva na implant od inertnog biomaterijala, stvaranje fibroznog tkiva oko implanta to ponekad moe dovesti i do njegove potpune izolacije usled ega moe doi do deformisanosti implanta ili njegovog pomeranja to moe prouzrokovati oteenje okolnog tkiva. Biomaterijali koji se danas koriste obuhvataju niz razliitih materijala: polimere, keramiku, metale i razne kompozite. Kompozitni materijali su materijali koji su sastavljeni od dva ili vie materijala i pritom su im osobine mnogo bolje od osobina komponenata. Mogu biti tipa metal/metal, metal/polimer, metal/keramika, keramika/keramika, keramika/polimer, polimer/polimer, itd. Znaaj polimera kao biomaterijala je vrlo veliki jer se mogu sintetizivati tako da imaju odgovarajua hemijska, fizika, povrinska, mehanika i biomimetika svojstva koja su vana za specifine primene, pogotovo u farmaciji i inenjerstvu tkiva. Pri sintezi polimera, mogu se kombinovati razliiti sastavi i tehnike polimerizacije da bi se dobio niz3

razliitih struktura i svojstava. Glavni uslov za korienje polimera u najrazliitije medicinske svrhe je njihova biokompatibilnost, neizazivanje prekomernog hroninog zapaljenksog procesa nakon implantacije kao i za one koje degradiraju, da degradacioni proizvodi ne budu toksini za organizam. Polimeri koji se koriste kao biomaterijali, moraju se paljivo izabrati i karakterisati. Svojstva polimera- mehanika jaina, gustina, elastinost, starenje, otpornost na puzanje imaju jako vanu ulogu pri izboru polimera za razliite namene. Morfologija u masi polimera je takoe bitna jer od nje zavise fizika svojstva biopolimera. Takoe je bitna i poroznost biomaterijala. Ona mora biti podeena tako da permeabilnost i transport mase za gasove i vodene ratsvore bude odgovarajua, tj. da razmena proteina, hranljivih materija i kiseonika bude omoguena izmeu implanta i tkiva u organizmu. Polimeri koji se koriste kao biomaterijali mogu biti prirodni, sintetski ili kombinacija ove dve vrste. Prirodni polimeri (kolagen, albumin, agaroza, alginat, heparin, hijaluronska kiselina itd.) postoje u velikim koliinama pa su pristupani i obino su biodegradabilni. Njihova osnovna mana je u pronalaenju reproduktivnih metoda dobijanja, jer je velika kompleksnost strukture esto prepreka za njihovo dobro preiavanje i modifikaciju. Za razliku od njih, sintetski polimeri se mogu dobiti sa velikim varijacijama u sastavu i strukturi, pa stoga postoji velika mogunost prilagoavanja svojstava polimera potrebama za datu primenu. Kopolimerizacija, pravljenje kompozita, smea polimera i razliite metode prerade, daju mogunost optimizovanja hemijskih, fizikih, mehanikih, difuzivnih i biolokih svojstava. Veoma popularni sinteski polimeri koji se koriste u medicini su -hidroksi estri) kao to su

poli(laktid) (PLA), poli(glikolid) (PGA) kao i kopolimer poli(laktid-ko-glikolid) (PLGA). Odlikuju ih biokompatibilnost, uglavnom ne dovode do inflamantarnog odgovora, a hidrolizom kao i moguim enzimskim reakcijama degradiraju in vivo u produkte koji su odstanjuju iz tela regularnim metabolikim putevima. Ovi polimeri se ispituju i koriste kao nosai u inenjerstvu tkiva, za kontrolisano otputanje lekova ili proteina, izradu membrana, filmova, konaca za uivanje rana, fiksaciju kotanih fraktura. Praktino, brzina degradcije PLGA se moe menjati promenom odnosa dve monomerne komponente.

4

Kontrolisano i ciljano otputanje bioloki aktivnih supstanci vezivanjem za nosaeDizajniranje, projektovanje i potencijalna primena sistema za kontrolisanu dostavu fizioloki aktivnih supstanci (u daljem tekstu FAS), poslednjih godina doivljava pravu ekspanziju i predstavlja oblast interesovanja mnogih istraivaa. Optimizacija naina primene FAS, u smislu nalaenja optimalne farmaceutske forme i kinetike otputanja je neophodna u sluaju primene jakih i specifinih, ali i labilnih i kompleksnih bioterapeutskih agenasa, ukljuujui i enzime koji u veini sluajeva zahtevaju i preciznu lokaciju u ciljanom tkivu. Jedan od naina