مروری بر هیدروژل ها، خواص و کاربرد آنها در پزشکی

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسندگان

1 استادیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

2 کارشناسی، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

3 کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

هیدروژل، شبکه پلیمری سه بعدی نا محلول در آب است که توانایی جذب مایعات بدن را در محیط بیولوژیکی دارد. چنین شبکه پلیمری از طریق مکانیسم های اتصال عرضی شیمیایی از جمله پلیمریزاسیون نوری، واکنش های آنزیمی و اتصال عرضی فیزیکی نظیر روش های وابسته به دما و pH و اتصالات عرضی یونی تشکیل می شود. هیدروژل فیزیکی از طریق نیروی ثانویه ضعیف و هیدروژل شیمیایی از طریق نیروهای کوالانس تشکیل می شوند. پلیمرهای مختلفی با منشا طبیعی و مصنوعی برای ساخت هیدروژل ها استفاده می شود. تورم، خواص مکانیکی و خواص بیولوژیکی از جمله مهم ترین خصوصیات هیدروژل است که هر کدام از این خصوصیات می تواند بر روی ساختار و مورفولوژی هیدروژل تاثیر گذار باشد. هیدروژل ها به دلیل دارا بودن ساختاری شبیه به ماتریس خارج سلولی (ECM) و توانایی جذب آب در کاربردهای مختلف پزشکی از قبیل مهندسی بافت، لنزهای تماسی، زخم پوش ها و رهایش عوامل درمانی استفاده می شوند. این مقاله در مورد مکانیسم های مختلف تشکیل هیدروژل، انواع هیدروژل‌ها، خصوصیات و کاربرد آن ها در زمینه پزشکی بحث می کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Nguyen, QuangVinh, Injectable polymeric hydrogels for the delivery of therapeutic agents: A review, European Polymer Journal, 72, 602-619, 2015.

[2] Radhakrishnan, Janani, Hydrogel based injectable scaffolds for cardiac tissue regeneration, Biotechnology Advances, 32, 449-461, 2014.

[3] Thambi, Thavasyappan, Injectable hydrogels for sustained release of therapeutic agents, Journal of Controlled Release, 2017.

[4] Hoffman, Allan S, Hydrogels for biomedical applications, Advanced Drug Delivery Reviews,64,18-23, 2012

[5] FaheemAkhtar, Muhammad, Methods of synthesis of hydrogels. A review, Saudi Pharmaceutical Journal, 24, 554-559, 2016.

[6] Mathew,AnsujaPulickal,Injectable hydrogels for delivering biotherapeutic molecules, International Journal of Biological Macromolecules, 110, Pages 17-29, 2017.

[7] Riederer, Michael S,Injectable and microporous scaffold of densely-packed, growthfactor-encapsulating chitosan microgels, Carbohydrate Polymers,152,792-801, 2016.

[8] Pacelli, Settimio,Nanodiamond-based injectable hydrogel for sustained growth factor release: Preparation, characterization and in vitro analysis, Acta Biomaterialia,58,479-491, 2017.

[9] Drury, Jeanie L, Hydrogels for tissue engineering: scaffold design variables and applications, Biomaterials, 24, 4337-4351, 2003.

[10] Luo, Ying, Injectable Hyaluronic Acid-Dextran Hydrogels and Effects of Implantation in Ferret Vocal Fold, Wiley InterScience, 2010.

[11] Ghorbani, Masoud, Injectable natural polymer compound for tissue engineering of intervertebral disc: In vitro study, Materials Science and Engineering C, 80, 502-508, 2017.

[12] Alexander, Amit, Polyethylene glycol (PEG)–Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) basedthermosensitive injectable hydrogels for biomedical applications, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,88,575-585, 2014.

[13] Kretlow, James D, Injectable matrices and scaffolds for drug delivery in tissue engineering, Advanced Drug Delivery Reviews, 59, 263-273, 2007.

[14] Wang, Kai, Injectable hydrogels for ophthalmic applications, Journal of Controlled Release, 268, 212-224, 2017.

[15] Kurnia, Jundika C, Analysis of a model for pH-sensitive hydrogels, Polymer, 53, 613-622, 2012.

[16] FaheemAkhtar, Muhammad, Methods of synthesis of hydrogels. A review, Saudi Pharmaceutical Journal, 24, 554-559, 2016.

[17] Qin, Xuping, Frontal photopolymerization synthesis of multilayer hydrogelswith high mechanical strength, European Polymer Journal, 47, 1903-1911, 2011.

[18] Monteiro, Nelson,Photopolymerization of cell-laden gelatinmethacryloyl hydrogels using a dental curing lightfor regenerative dentistry, Dental materials, 34, Pages 389-399, 2017.

[19] Harpaz, Iris Mironi,Photopolymerization of cell-encapsulating hydrogels: Crosslinking efficiency

versus cytotoxicity, Acta Biomaterialia,8,1838-1848, 2012.

[20] O. Guaresti, Synthesis of stimuli–responsive chitosan–based hydrogels by Diels–Aldercross–linking 'click´ reaction as potential carriers for drug administration, Carbohydrate Polymers, 183,278-286, 2018.

[21] Yangling Li, A biodegradable starch hydrogel synthesized via thiol-ene click chemistry, Polymer Degradation and Stability, PDST 8017, 2016.

[22] Bai, Ruobing, Fatigue fracture of tough hydrogels, Extreme Mechanics Letters, 15, 91-96, 2017.

[23] Wei, Lingyu, Thermo-sensitive polypeptide hydrogel for locally sequential delivery of two-pronged antitumor drugs, Acta Biomaterialia,58,44-53, 2017.

[24] Ma, Xuebin, Injectable hydrogels based on the hyaluronic acid and poly (γ-glutamic acid) for controlled protein delivery, Carbohydrate Polymers, 179, 100-109, 2018.

[25] Hu, Liefeng, pH-sensitive carboxymethyl chitosan hydrogels via acid-labile ortho ester linkage for potential biomedical applications, Carbohydrate Polymers, 178, 166-179, 2017.

[26] Barba, Bin Jeremiah D, Hemostatic potential of natural/synthetic polymer based hydrogels crosslinked by gamma radiation, Radiation Physics and Chemistry, 118, 111-113, 2016.

[27] Gyles, DesireéAlesa, A review of the designs and prominent biomedical advances of natural and synthetic hydrogel formulations, European Polymer Journal,88,373-392, 2017.

[28] Nur, Mokhamad, Can natural polymers assist in delivering insulin orally, International Journal of Biological Macromolecules,103,889-901, 2017.

[29] Cicha, Iwona,Biofabrication of vessel grafts based on natural Hydrogels, Biomedical Engineering,2,83-89, 2017.

[30] خوئی، سپیده، هیدروژل ها به عنوان حامل در سامانه های دارورسانی کنترل شده،فصلنامه علمی-ترویجی،سال دوم،شماره4،صفحه 27-16، .1391

[31] Vedadghavami, Armin, Manufacturing of hydrogel biomaterials with controlled mechanical properties for tissue engineering applications,ActaBiomaterialia, ACTBIO 4995, 2017.

[32] Abdul Haq, Muhammad, Mechanical properties of PNIPAM based hydrogels: A review, Materials Science and Engineering C, 70, 842-855, 2017.

[33] Abdollahi, Reza, Thermal and mechanical properties of graphene oxide nanocomposite hydrogel based on poly (acrylic acid) grafted onto amylose, Polymer Degradation and Stability, 147, 151-158, 2018.

[34] Li, Haipeng, Carbon nanotube-reinforced mesoporous hydroxyapatite composites with excellent mechanical and biological properties for bone replacement material application, Materials Science and Engineering C, 77, 1078-1087, 2017.

[35] Naahidi, Sheva, Biocompatibility of hydrogel-based scaffolds for tissue engineering applications,Biotechnology Advances, JBA 7127, 2107.

[36] Yang, Jingzhou, Cell-Laden Hydrogels for Osteochondral and Cartilage Tissue Engineering, ActaBiomaterialia, ACTBIO 4671, 2017.

[37] Yingshan Zhou, PhotopolymerizedMaleilated Chitosan/Thiol-terminated Poly (vinyl alcohol) hydrogels as

Potential Tissue Engineering Scaffolds,carbohydrate polymers, CARP 13159, 2018.

[38] Kim, Min Hee, Injectable methylcellulose hydrogel containing silver oxide nanoparticles for burn wound healing, Carbohydrate Polymers, 181, 579-586, 2018.

[39] Namazi, Hassan, Antibiotic loaded carboxymethylcellulose/MCM-41 nanocomposite hydrogel films as potential wound dressing,International Journal of Biological Macromolecules, BIOMAC 5672, 2015.

[40] Kamoun, Elbadawy A, A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings, Journal of Advanced Research, JARE 510, 2017.

[41] عبداللهی پینوندی، میترا ، بررسی بارگذاری و رهایش داروی فلووکسامین در هیدروژل ساخته شده با فراصوت دهی، مجله علوم و تکنولوژی پلیمر، سال بیست و هشتم، شماره 3، صفحه 232-225، 1393.

[42] گنجی، فریبا ، رهایش آهسته ی پیریدوستیگمین بروماید از هیدروژل قابل تزریق و حساس به دمای کیتوسان در شرایط برون تنی، مجله مهندسی پزشکی زیستی، دوره هشتم، شماره 3،260-249، 1393.

[43] Bakhsheshi-Rad, H.R, Novel nanostructured baghdadite-vancomycin scaffolds: In-vitro drug release, antibacterial activity and biocompatibility, Materials Letters, 209, 369-372, 2017.

[44] Xinming, Li, Polymeric hydrogels for novel contact lens-based ophthalmic drug delivery systems: A review, Contact Lens & Anterior Eye, 31, 57-64, 2008.

[45] Kirchhof, Susanne, Hydrogels in ophthalmic applications, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 95, 227-238, 2015.