بوليمر ذكي
التصنيف والكيمياء

في الوقت الحالي ، يعد الاستخدام الأكثر شيوعًا للبوليمرات الذكية في الطب الحيوي هو توصيل الأدوية المستهدفة بشكل محدد. منذ ظهور الأدوية الموقوتة ، واجه العلماء مشكلة إيجاد طرق لتوصيل الأدوية إلى موقع معين في الجسم دون أن يتحللوا أولاً في بيئة المعدة شديدة الحموضة. إن الوقاية من الآثار الضارة للعظام والأنسجة السليمة هي أيضاً من الاعتبارات الهامة. ابتكر الباحثون طرقًا لاستخدام البوليمرات الذكية للتحكم في إطلاق الأدوية إلى أن يصل نظام التوصيل إلى الهدف المنشود. يتم التحكم في هذا الإطلاق إما عن طريق المشغل الكيميائي أو الفسيولوجي.
توجد البوليمرات الذكية الخطية والمصفوفة مع مجموعة متنوعة من الخصائص التي تعتمد على المجموعات الوظيفية التفاعلية والسلاسل الجانبية. قد تستجيب هذه المجموعات إلى درجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، والقوة الأيونية ، والمجالات الكهربائية أو المغناطيسية ، والضوء. ترتبط بعض البوليمرات ارتباطًا عكسيًا عبر روابط غير مساوية يمكن أن تنكسر وتعتمد على ظروف خارجية. كانت تقنية النانو أساسية في تطوير بعض البوليمرات النانوية مثل dendrimers و fullerenes ، والتي تم تطبيقها على توصيل الدواء. وقد تم تغليف المخدرات التقليدية باستخدام البوليمرات حمض اللبنيك. وقد شهدت التطورات الحديثة تكوين المصفوفات الشبيهة بالشعر والتي تحافظ على اندماج الدواء محل الاهتمام أو الالتفاف بين خيوط البوليمر.
تطلق مصفوفات البوليمر الذكية الأدوية عن طريق تفاعل كيميائي أو فيزيولوجي لتغيير البنية ، غالباً ما يكون تفاعل تحلل مائي ينتج عنه انشقاق في الروابط وإطلاق الدواء حيث تتكسر المصفوفة إلى مكونات قابلة للتحلل. إن استخدام البوليمرات الطبيعية قد أفسح المجال للبوليمرات المركبة صناعياً مثل polyanhydrides والبوليستر وأحماض البولي أكريليك والبولي (methyl methacrylates) والبولي يوريثانات. فقد وجد أن البوليمرات المائية ، غير المتبلرة ، ذات الوزن الجزيئي المنخفض التي تحتوي على ذرات غير متجانسة (أي ذرات أخرى غير الكربون) تتحلل أسرع. يتحكم العلماء في معدل توصيل الدواء عن طريق تغيير هذه الخصائص وبالتالي ضبط معدل التدهور.
إن الكوبوليمر الطعم والكتلة عبارة عن بوليمرين مختلفين تم تطعيمهما معًا. يوجد بالفعل عدد من براءات الاختراع لمجموعات مختلفة من البوليمرات مع مجموعات تفاعلية مختلفة. يعرض المنتج خصائص كل من المكونات الفردية التي تضيف بعدًا جديدًا لبنية بوليمر ذكية ، وقد تكون مفيدة في بعض التطبيقات. ينتج عن البوليمرات المتشابكة الكارهة للماء والماء الماء تكوين هياكل شبيهة بالميكسل يمكنها أن تساعد بشكل فعال على توصيل الدواء عبر وسط مائي حتى تتسبب الظروف في الموقع المستهدف في انهيار كلا البوليمرات في وقت واحد.
قد يكون نهج التطعيم والكتلة مفيدًا في حل المشكلات التي تواجه استخدام بوليمر بيولوجي شائع مشترك ، وهو حمض بولي أكريليك (PAAc). تلتصق PAAc بالأسطح المخاطية ولكنها تتورم وتتحلل بسرعة عند الرقم الهيدروجيني 7.4 ، مما يؤدي إلى الإفراج السريع للعقاقير المحتبسة في المصفوفة. مزيج من PAAc مع بوليمر آخر أقل حساسية للتغيرات في الأس الهيدروجيني المحايدة قد يزيد من وقت الإقامة ويبطئ إطلاق الدواء ، وبالتالي تحسين التوافر الحيوي وفعاليته.
الهلاميات المائية عبارة عن شبكات بوليمر لا تذوب في الماء ولكنها تنتفخ أو تنهار في البيئات المائية المتغيرة. وهي مفيدة في التكنولوجيا الحيوية لفصل الطور لأنها قابلة لإعادة الاستخدام أو إعادة التدوير. ويجري التحقيق في طرق جديدة للتحكم في التدفق ، أو التقاط وإطلاق المركبات الهدف ، في الهلاميات المائية ،. وقد وضعت الهلاميات المائية المتخصصة للغاية لتسليم وإطلاق الأدوية في أنسجة محددة. الهلاميات المائية المصنوعة من PAAc شائعة بشكل خاص بسبب خصائصها bioadhesive والامتصاص الهائل.
تجميد الإنزيم في الهلاميات المائية هو عملية راسخة إلى حد ما. يمكن بشكل مماثل تطبيق شبكات البوليمر المتصالبة ذات الارتباط العكسي والهجيليات المائية على نظام بيولوجي حيث يتم إطلاق الاستجابة وإطلاق الدواء من الجزيء المستهدف نفسه. بدلاً من ذلك ، قد يتم تشغيل الاستجابة أو إيقاف تشغيلها بواسطة منتج تفاعل إنزيم. ويتم ذلك غالبًا عن طريق دمج إنزيم أو مستقبل أو جسم مضاد ، يرتبط بجزئ الفائدة ، في الهدروجيل. بمجرد حدوثه ، يحدث تفاعل كيميائي يؤدي إلى رد فعل من هيدروجيل. يمكن أن يكون الزناد هو الأكسجين أو الإحساس باستخدام إنزيمات الأكسيدوروكتاز أو استجابة لاستشعار الأس الهيدروجيني. مثال على هذا الأخير هو الجمع بين انصباب الجلوكوز أوكسيديز والأنسولين في هيدروجيل استجابة درجة الحموضة. في وجود الجلوكوز ، فإن تشكيل حمض الغلوكاكون بواسطة محفزات الإنزيم يطلق الإنسولين من الهيدروجيل.
هناك معياران لهذه التقنية للعمل بفعالية هما استقرار الإنزيمات والحركية السريعة (استجابة سريعة إلى الزناد والتعافي بعد إزالة الزناد). تم اختبار العديد من الاستراتيجيات في أبحاث مرض السكر من النوع الأول ، والتي تتضمن استخدام أنواع مشابهة من البوليمرات الذكية التي يمكنها اكتشاف التغيرات في مستويات الجلوكوز في الدم وإطلاق الإنتاج أو إطلاق الأنسولين. وبالمثل ، هناك العديد من التطبيقات الممكنة للهجيليات المائية المماثلة كعوامل توصيل الدواء لحالات وأمراض أخرى.