هیدروژل ها در دارو رسانی (پیشرفت و چالش ها)

دسته: مقالات منتشر شده در 21 ارديبهشت 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 195

کاربرد هیدروژل ها در صنعت دارو رسانی - پیشرفت و چالش ها

در سالهای اخیر پیشرفت قابل توجهی در جهت رفع محدودیت های بالینی و دارویی هیدروژل ها در دارورسانی صورت گرفته است اما همچنان چالش های اساسی نیز وجود دارند. دراینجا درمورد پیشرفتهای اخیر در جهت غلبه بر این چالش ها، بویژه درمورد انتقال اثربخش هیدروژل به داخل بدن بدون کاشت، طولانی شدن رهایش دارو و گسترش ماهیت دارویی که می توانند با استفاده از روشهای مبتنی بر هیدروژل ارائه شوند بحث می کنیم.

 

مقدمه

هیدروژل ها شبکه های سه بعدی با اتصالات عرضی از پلیمرهای آبدوست هستند که آنها را میتوان تقریبآ از هر نوع پلیمر محلول در آب که شامل طیف گسترده ای از ترکیبات شیمیایی و خواص فیزیکی انبوه میشود را تهیه کرد. همچنین دارای اشکال مختلفی همچون ورقه ای، میکروذرات، نانوذرات، پوششی و فیلم هستند. با این حال، میتوان گفت که هیدروژل ها دارای کاربردهای بالینی و پزشکی تجربی در زمینه مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی، تشخیص بیماری، بی حرکتی سلولی، جداسازی ملکولهای زیستی یا سلولها و تنظیم چسبندگی زیستی. هیدروژل ها به دلیل داشتن خواص فیزیکی منحصر به فرد در دارو رسانی کاربرد بسیاری دارند؛ همچنین به دلیل ساختار بسیار متخلخل شان، آنها را میتوان با کنترل تراکم پیوندهای عرضی در ماتریکس ژل و مقدار هیدروژل ها برای محیط آبی متورم شده تنظیم کرد. تخلخل آنها اجازه میدهد تا داروها در ماتریکسژل بارگیری شده و سپس با سرعت وابسته به ضریب انتشار مولکول کوچک یا ماکروملوکول ازطریق شبکه ژل کاهش یابد. در واقع، مزایای هیدروژل ها در دارورسانی ممکن است عمدتآ فارماکوکینتیک باشد چرا که یک فرمولاسیون تزریقی ایجاد میشود تا داروها به آرامی از بدن خارج شده و اثرات موضعی بالای دارو در بافتهای اطراف تا مدت طولانی حفظ شود؛ اگرچه ممکن است برای دارورسانی سیستمیک استفاده شود. بطور کلی هیدروژل ها دارای زیست سازگاری هستند زیرا کاربردهای موفقیت آمیزی در صفاق و یا دیگر اندامهای داخلی به همراه داشته اند. زیست سازگاری میتواند با محتوای بالای آبیدر هیدروژل و شباهت فیزیوشیمیایی آن به ماتریسفراسلولی داخلی، چه از لحاظ ترکیبی (بویژه درمورد هیدروژلهای پایه کربوهیدرات) و چه از لحاظ مکانیکی، ارتقا یابد. زیست تخریب پذیری یا انحلال ممکن است ازطریق مسیرهای آنزیمی، هیدرولیتیک و یا محیطی (بعنوان مثال دما یا میدان الکتریکی) طراحی شود؛ بنابراین، میزان تخریب براساس مقیاس زمان و موقعیتِ ابزار دارورسانی نمیتواند رضایت بخش باشد. علاوه بر این، شکل هیدروژل ها تغییرپذیر بوده و می توانند با نوع سطح مورد استفاده تطبیق پیدا کنند. در مورد اخیر، خواص مخاطی یا چسبندگی زیستی برخی از هیدروژل ها میتواند در بی حرکتی موضعی آنها و یا استفاده از آنها روی سطوح غیرافقی مفید باشد. علی رغم این خواص بسیار سودمند، دارای محدودیتهایی نیز هستند. به دلیل داشتن مقاومت کششی کم استفاده کمتری در تحمل بار دارند و حتی می توانند به انحلال زودرس یا دور شدن هیدروژل از موضع هدف منجر شوند. این محدودیت ممکن است در بسیاری از کاربردهای معمول دارورسانی (مثلا تزریق زیرجلدی) چندان مهم نباشد. شاید مهم تر از آن، مشکلات مربوط خواص دارویی هیدروژل ها باشد.

کمیّت و همگنی بارگیری دارو در هیدروژل ممکن است محدود شود؛ بویژه درمورد داروهای آبگریز. محتوای آبی زیاد و اندازه بزرگ منافذ در اکثر هیدروژل ها معمولآ به ترشح نسبتآ سریع دارو طی چند ساعت تا چند روز منجر میشود. حتی سهولت در استفاده از آن نیز می تواند مشکل ساز باشد. اگرچه برخی از هیدروژل ها برای تزریق بهتر بایستی تغییر شکل دهند، اما برخی دیگر بایستی بصورت ایمپلنت استفاده شوند. هر یک از این موارد بطور قابل توجهی استفاده عملی از درمانهای دارویی بالینی مبتنی بر هیدروژل را محدود می کنند. در این بررسی، تحولات اخیر را ارزیابی می کنیم که سه موضوع بالینی مهم درمورد کاربرد هیدروژل در دارورسانی را مدنظر قرار داده اند: تسهیل در کاشت هیدروژل های شستشو دهنده در بدن، طولانی شدن اثربخشی دارو و افزایش میزان داروهایی که دارورسانی را تحت تأثیر قرار میدهند.

 

نتیجه گیری

پیشرفت قابل توجهی در بهبود خواص هیدروژل ها در دارورسانی، گسترش میزان داروها و سینتیک صورت گرفته است که ازطریق دارورسانی مبتنی بر هیدروژل قابل دستیابی است. با این حال، چالش هایی برای بهبود کاربرد بالینی آنها در دارورسانی همچنان باقی مانده است. یکی از این چالش های اصلی افزایش سهولت در کاربردهای بالینی است. با طراحی ژلاتورهای فیزیکی که در غلظت های پائین پلیمر و دمای ژلاتینه شکل می گیرند، خطر ژلاتینه شدن زودرس در داخل سوزن هنگام تزریق را کاهش میدهد. همچنین در هیدروژل های دارای پیوندی کووالانسی، توسعه بیشتر تکنیک های آزادسازی اتصال دهنده متقاطع به روش محرّک درون تن میتواند خطر انسداد سرنگ را کاهش دهد؛ موضع سازی انتشار اتصال دهنده متقابل را بهبود بخشد تا سمیّت داخل بدن را به حداقل رسانده و در نهایت، امکان ادغام پیش سازه های ژل واکنش شیمیایی را در یک سرنگ واحد فراهم می کند تا به سرنگ های دوسر نیاز نباشد. با توسعه سیستم های کاربردی بهتر برای هیدروژل میتوان به پیشرفتهای بهتری دست یافت. استفاده از تکنیک های نوین فیزیوشیمیایی (یا ترکیبی از تکنیکهای اتصال متقابل موجود) برای کنترل همزمان نه تنها فرایند شکل گیری بلکه بر هم کنشهای بین ژل و بافتهای موضعی نیز میتواند باعث افزایش کاربرد هیدروژل های تزریقی در دارورسانی و کاربردهای مبتنی بر مهندسی بافت شود. همچنین چالش های مداومی در گسترش انواع فرایندهای آزادسازی جنبشی وجود دارد که میتوان با کمک هیدروژل ها قابل دستیابی هستند. افزایش مدت زمان آزادسازی در بسیاری از کاربردها مفید است و میتواند به هیدروژل ها اجازه دهد تا سیستمهای تزریقی را برای آزادسازی طولانی مدت جایگزین کنند. این امر به دلیل زیست سازگاری بهتر هیدروژل ها بدون شک سودمند خواهد بود. توسعه سیستم های مبتنی بر هیدروژل که در آنها میزان دارورسانی می تواند به راحتی درطول زمان تعدیل شود، می تواند در دوزهای مختلف دارویی (برای مثال تزریق انسولین یا مسکن ها) مفید باشد.

علاوه بر این، هیدروژل ها با پروسه های تخریب متفاوت و یا بخشهای پاسخ دهنده محیطی ممکن است در بررسی این مسائل جنبشی کمک کننده باشند. نیاز به بهبود مستمر دارورسانی نه تنها در مولکولهای آبگریز بلکه در در مولکولهای حساس تر همچون پروتئین ها، آنتی بادی ها یا اسیدهای نوکلئیک به چشم میخورد که می توانند با ازطریق تعامل با ابزار دارورسانی هیدروژل به راحتی غیرفعال شده و یا حتی باز شوند. این امر درمورد هیدروژل هایی با اتصالات عرضی صدق می کند که در آنها دامنه های هیدروفوبیک تشکیل شده در پلیمرهای حرارتی، پلیمرهای شکل گرفتۀ فیزیکی یا شیمی گروه عملکردی که برای تشکیل هیدروژل های ژل دار بطور کاذب استفاده می شوند می تواند بطور قابل توجهی فعالیت بیولوژیکی بیومولکولهای محبوس شده را تحت تأثیر قرار دهد. پیش از کپسوله شدن یا کمپلکس شدن بیومولکول ها قبل از تشکیل سیتوهیدروژل ممکن است به بررسی این مطلب کمک کند. پیشرفت در هریک از این چالش ها یا همه آنها می تواند پتانسیل دارورسانی مبتنی بر هیدروژل را برای دارورسانی موفقیت آمیز نسل بعدی داروهای طراحی شده با سرعت و موضع مطلوب گسترش دهد. علاوه بر این، برنامه های گسترده ای وجود دارد که در این مطالعه نمی توان به بررسی آنها پرداخت. همچون بسیاری از شاخه های دارورسانی، به احتمال زیاد "همگرایی" پیشرفتهای آیندۀ هیدروژل شستشو دهنده را هدایت خواهد کرد.