ساخت زخم‌ پوش‌های بیوپلیمری با نانوذرات زیست فعال بیوسرامیکی در کشور

به گزارش زیست آنلاین، دکتر امیرسالار خندان پژوهشگر پسا دکتری پژوهشکده فناوری‌های نو دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به تولید بیوپلیمر تقویت شده گفت: «زخم‌پوش‌های بیونانوکامپوزیتی متخلخل ساخته شده به روش خشکایش انجمادی و با بهره گیری از تکنیک جدید همگن‌سازی نانوذرات در بیوپلیمر طبیعی بوده است«.

وی با بیان اینکه تولید پلیمر سنتز شده با استفاده از جلبک دریایی بوده است، خاطر نشان کرد: «زخم‌پوش‌ تولید شده می‌تواند برای انواع زخم‌های مرطوب و خشک مورد استفاده قرار گیرد. این محصول روند درمانی بهتر و ساده تری را نسبت به زخم‌پوش‌های موجود در بازار از خود نشان می‌دهند«.

خندان آسیب‌های پوستی را عمدتا شامل زخم‌های مزمن، سوختگی، تومورها و بریدگی‌ها دانست و ادامه داد: «زخم پوش‌های سنتی از طریق ایجاد محیط خشک موجب تأخیر در روند ترمیم زخم می‌شوند و این در حالی است که بستر زخم نیاز به محیط باز و سالم طبیعی برای ترمیم نیاز دارد که این مساله منجر شد تا زخم پوش‌های سنتی جای خود را به زخم پوش‌های نسل جدید بدهند«.

زخم پوش بیوپلیمر

وی تمرکز این مطالعات را بهبود و درمان زخم‌هایی که دیر بهبود می‌یابند و عفونت سطحی و عمقی می‌تواند باعث آسیب پوستی شود و یا وارد مرحله مزمن شده و درمان‌پذیر نیستند دانست و یادآور شد: «بیوپلیمر طبیعی تولید شده در این تحقیقات قابلیت جذب آب چند صد برابری وزن اولیه خود را دارد«.

این محقق با تاکید بر اینکه این زخم‌پوش تحت آزمون‌های زیستی نظیر زیست فعالی و زیست سازگاری، رفتار تورمی و جذب آب در محیط استاندارد، رشد و تکثیر سلول‌های پوستی قرار گرفته است، افزود: «در ساخت این زخم‌پوش از هیدروژهایی نظیر «کایتوسان» و «سدیم آلژینات» استفاده شد. کایتوسان ساختار مناسب برای انکپسوله کردن سلول از خود نشان می‌دهند و سدیم آلژینات ویژگی‌هایی از قبیل توانایی برای تشکیل هیدروژل در شرایط فیزیولوژیکی، تجزیه ملایم ژل برای بازیابی سلول و رشد و حرکت مواد مغذی و مفید دارد«.

وی با بیان اینکه در این مطالعات سعی شد با بهره گیری از فناوری نانو، پانسمان‌های متخلخل و پایدار شیمیایی و مکانیکی برای ترمیم زخم‌ها طراحی کنیم، اظهار کرد: «در این طرح داربست متخلخل بیوپلیمری جهت ترمیم بافت و زخم تولید شد تا با استفاده از آلژینات اصلاح شده به روش خشکایش انجمادی، توانایی کنترل رهایش دارو را در مدت زمان زیاد داشته باشد و ساختار شیمیایی آن خواص داربست را بهبود ببخشد«.

این پژوهشگر پژوهشکده فناوری‌های نو دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مرطوب نگهداشتن محیط زخم جهت تسریع بهبود آن، بررسی تغییر رنگ و تغییرات pH جهت مصون نگهداشتن محل زخم از باکتری و آلودگی و غیرسمی را از ویژگی‌های زخم‌پوش‌های تولید شده عنوان کرد و گفت: «تاکنون داروهای مختلفی نظیر کورتون به منظور سرعت بخشیدن به روند ترمیم زخم به کار رفته‌ اند که نقش مهمی در تسریع روند ترمیم زخم دارند ولی نتایج مطالعات فاز حیوانی نشان داده است که آلژینات خوراکی هیچ گونه سو اثری ندارد«.

وی با تاکید بر اینکه اندازه منافذ هیدروژل آلژینات تشکیل شده در این زخم پوش بسیار متنوع است، خاطر نشان کرد: «این خاصیت موجب می‌شود که پروتئین‌های بزرگ مانند «فیبرینوژن» به راحتی از هیدروژل آلژینات کلسیم عبور کند ضمن آنکه این محصول ویژگی‌های ایده آلی برای بازسازی عصب دارد«.

وی انجام آزمایش‌های بالینی را فاز دیگر این مطالعات نام برد و اظهار کرد: «با توجه به قیمت مناسب، فرایند تولید آسان و در دسترس بودن مواد اولیه زیستی، تولید این زخم‌پوش بیوپلیمری از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود. علاوه بر آن استفاده راحت و عدم نیاز به تعویض پیوسته و متداوم زخم‌پوش و رهایش کنترل شده دارو، کاهش هزینه‌های درمانی بیماران را در پی دارد«.

این طرح از سوی دکتر سعید صابر سمندری عضو هیات علمی پژوهشکده فناوری‌های نو و دکتر امیرسالار خندان پژوهشگر پسا دکتری پژوهشکده فناوری‌های نو اجرایی شد. در این راستا، پژوهش های مشابهی در سراسر دنیا در حال انجام است از جمله تولید ژلهای پوستی مناسب با بدن انسان و در راستای حفظ محیط زیست.

بیشتر بخوانید: بهبود بازده شیمی درمانی بیماران سرطانی با فناوری نانو تولید ژل پوستی جدید برای التیام زخمگروهی از محققان دانشگاه علوم و تکنولوژی هووازونگ، ژل مبتنی بر پروتئین ابریشمی را تولید کرده‌اند که باعث التیام زخم و از بین بردن آثار برجای مانده از آن می‌شود. این تیم در مقاله خود که در مجله Biomaterials Science منتشر شده‌است، ویژگی‌های این ژل و عملکرد مناسب آن را توصیف کرده‌است.

آثار بر جای مانده از آسیب‌های پوستی (اسکار) نه تنها خوشایند نیستند، بلکه ممکن‌است یادآور دردناکی از جراحت نیز باشند. به همین دلایل، دانشمندان به‌دنبال راهی برای التیام زخم‌ بدون برجای ماندن آثار حاصل از آن هستند. یک تیم تحقیقاتی از چین در یک تلاش جدید ادعا کرده‌است که محصول تولیدی آن‌ها، هیدروژل سرسین، می‌تواند راه‌حل مناسبی برای رفع این مشکل باشد.

این ژل بر پایه یک پروتئین ابریشمی تولید شده‌است. در واقع محققین سرسین را از الیاف ابریشمی استخراج و از UV و یک آغازگر نوری برای اتصال زنجیره‌های پروتئینی استفاده کردند. نتیجه این مطالعه تولید ژلی بود که به‌خوبی به سلول‌ها متصل می‌شود و در تحریک بیش از یک واکنش ایمنی نقش نداشت. محققان معتقدند که این ژل دارای خواص مکانیکی قابل تنظیم است.

محققان توضیح داده‌اند که این ژل امکان ترمیم زخم بدون اسکار را با جلوگیری از التهاب و گسترش توسعه رگ‌های خونی جدید فراهم می‌کند. همچنین مشخص شده‌است که عوامل رشد TGF-β نیز تنظیم می‌شوند که باعث هدایت سلول‌های بنیادی به محل آسیب و ایجاد پوست جدید می‌گردند.

محققان همچنین دریافته‌اند که پروتئین‌های مشتق‌شده از ابریشم در فعالیت‌های زیستی ساخته شده‌اند. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که این امر احتمالاً به این دلیل است که ترکیب اسیدهای آمینه آن‌ها دقیقاً شبیه ترکیب اسیدهای آمینه پوست انسان است. این ژل همچنین با ممانعت از استقرار باکتری‌ها در نواحی آسیب‌دیده پوست در تسریع بهبود زخم نقش دارد.

اگرچه اطمینان از عدم بروز اثرات جانبی ناخواسته این محصول، مطالعات بیش‌تری را طلب می‌کند، با این حال، تیم همچنان خوشبین است. در حال حاضر، آن‌ها بر این عقیده هستند که این محصول بهتر از سایر روش‌های درمانی موجود عمل خواهد کرد. محققان پیش‌بینی می‌کنند که امکان استفاده ایمن و مؤثر این ژل در ترمیم زخم بدون اسکار در آینده‌های بسیار نزدیک فراهم خواهد شد.

بیشتر بخوانید: شبیه ‌سازی زیستی در بیوتکنولوژی با الگوبرداری از طبیعتبیوپلیمرها (biopolymer) به طورکلی، پلیمرها از نفت خام ساخته می شوند که با توجه به محدود بودن منابع نفتی و در راستای حفظ محیط زیست به تدریج با بیوپلیمرها که از منابع تجدیدپذیر ساخته می شوند، جانشین می گردند.

بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماکرومولکول های بیولوژی که از تعداد زیادی زیر واحد کوچک و شبیه به هم که با اتصال کووالانسی به هم متصل شده اند ویک زنجیره طولانی را ایجاد می کنند، ساخته شده اند.

ساختار شیمیایی بیوپلیمر

در روند طبیعی، بیوپلیمر ها و یا همان ماکرومولکول ها، ترکیبات داخل سلولی هستند که قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند. مواد بیوپلیمری در شکل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این که این مواد بر خلاف پلیمرهای امروزی که از مواد نفتی به دست می آیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین موادآلوده کننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیک ها به دو صورت استفاده قرار می شوند:

۱. استفاده از پلاستیک هایی که درآنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف می کند، موقعیت چندان محکمی ندارند.

۲. استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیک قرار می گیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی که مواد پلیمری و پلاستیکی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود که منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در کشور ما به وفور یافت می شوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به کارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امکانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، کشور ها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.

هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی(نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید که به استفاده گسترده از این پلیمر ها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولید کنند که عبارتند از:گیاهان، جانوران و میکروارگانیسم ها که از این میان گیاهان و میکروارگانیسم ها اهمیت بیشتری دارند.

گیاهان تولیدکنندهبیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیک گیاهان تولیدکننده فیبر مانند کتان، کنف و ... متمرکز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واکنش های مولکولی درون سلولی گیاهان که به تولید مواد بیوپلیمری منجر می شود، مورد توجه مهندسان ژنتیک و بیوتکنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری که در سلول های گیاهی ساخته می شود، بیشتر از جنس پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بسیار شبیه پلی پروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانه سازی کردن ژن تولید کننده پلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات در گیاهان معمولی که قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانسته اند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید کنند. گیاهان، نیشکر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیک انتخاب شده اند که ژن تولید کننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد می شود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات قادرمی سازد.

بیوپلیمر زیر میکروسکوپ

ارگان های تولیدکننده بیوپلیمر هادرحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات از باکتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند که تولیدات بیوپلیمری باکتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.

بیوپلیمر هایی که سلول های باکتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شده اند، عبارتند از: پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA)، پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلی هیدروکسی بوتیرات (PHA). این بیوپلیمر ها از نظر خصوصیات فیزیکی به پلیمر های پلی استیلن و پلی پروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمر های میکروبی در طبیعت به عنوان ترکیبات داخل سلولی میکروب ها یافت می شوند و بیشتر زمانی که باکتری ها در شرایط نامساعد محیطی قرار می گیرند، اقدام به تولید این مواد می کنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یک منبع انرژی راحت و در دسترس عمل می کنند.

همچنین هنگامی که محیط اطراف باکتری غنی از کربن باشد و از نظر دیگر مواد غذایی مورد استفاده باکتری دچار کمبود باشد، باکتری اقدام به ساخت بیوپلیمر های یادشده می کند. باکتری ها برای ساختن بیوپلیمر های PHA و PHB از واکنش های تخمیری استفاده می کنند که در این واکنش ها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده می شود. PHB به وسیله یک باکتری به نام استافیلوکوکوس اپیدرمیس ساخته می شود که روی تفاله های حاصل از واکنش های روغن گیری دانه های کنجد رشد می کند و این بیوپلیمر را می سازد.

PHB در درون سیتوپلاسم باکتری به صورت دانه های ذخیره ای (اینکلوژن بادی) ذخیره می شود که این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واکنش های شست وشوی چند مرحله ای می توان استخراج و خالص سازی و ازآن استفاده کرد.در یک نتیجه گیری کلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیک ها و پلیمر های نفتی می توان گفت که با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمر ها که مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیط زیست هستند، استفاده از آنها کاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیکی که هم آلوده کننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، کاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر کشورها، درکشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین کردن مواد بیوپلیمری با پلیمرهای نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.

منبع: زیست فن

نویسنده بخش بیوپلیمر: علی هاشمی قینانی، کارشناس ارشد بیوتکنولوژی

https://zistonline.com/vdcbfabz.rhb99piuur.html