پیشرفت در پلیمر ضد میکروبی

دسته: مقالات منتشر شده در 31 فروردين 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 569

پیشرفت های اخیر در پلیمرهای ضد میکروبی

بهداشت و سلامت انسان توسط میکروب هایی که باعث بروز بیماری های عفونی متعددی می شوند، تهدید می شود که هر ساله نیز مرگ و میرهای زیادی را در پی دارند. با وجود داروهای ضد میکروبی پیشرفته، درمان بسیاری از این بیماری های عفونی همچنان دشوار است. پلیمرهای ضد میکروبی یک استراتژی امیدوارکننده برای مبارزه با پاتوژن ها ارائه داده و در تحقیقات دانشگاهی و صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این مقاله به بررسی پیشرفت های اخیر در پلیمرهای ضد میکروبی از سال 2013 تاکنون می پردازد. به بحث در مورد مکانیسم های ضد میکروبی که نشان دهندۀ عملکرد فعال یا غیر فعال هستند و انواع مواد پلیمری حاوی مواد ضد میکروبی متصل یا لیچ شده نیز می پردازد. علاوه بر این، به کاربرد این پلیمرهای ضد میکروبی در صنایع پزشکی، مواد غذایی و نساجی هم اشاره می کند.

 

میکروب ها همانند باکتری ها، قارچ ها و انگل ها موجودات زنده ای هستند که منبع اصلی عفونت محسوب می شوند. بیماری های عفونی از میکروب های بیماری زا ناشی شده و بیش از هر علت دیگری باعث مرگ و میر می شوند. از عامل ضد میکروبی برای کشتن میکروب ها یا مهار رشد آنها استفاده می شود. علیرغم کشف داروهای ضد میکروبی مختلف برای کشتن یا مهار میکروب ها، درمان بسیاری از بیماری های عفونی همچنان دشوار است. در سال 1965، پلیمرهای ضد میکروبی کشف شدند و بسیار مورد توجه تحقیقات دانشگاهی و صنعتی قرار گرفتند. در جدول زیر، فهرستی از مقالات اخیر در حوزه پلیمرهای ضد میکروبی از دیدگاه های مختلف ارائه شده است.

 

جدول 1:

 Recent review articles of antimicrobial polymers

 

این بررسی ها بر روش های تولید پلیمرهای ضد میکروبی و کاربردهای مختلف آنها متمرکز هستند. صنایع پزشکی، غذایی و نساجی سه حوزۀ اصلی کاربرد این پلیمرها محسوب می شوند. از سال 2013 تاکنون بیش از 27.845 اختراع برای این پلیمرها در پایگاه دادۀ گوگل ثبت شده است. پلیمرهای ضد میکروبی در مقایسه با همتایان مولکولی کوچک خود از کارایی برتر، کاهش سمیّت، کاهش مشکلات محیطی و مقاومت بالا برخوردار هستند. با چسبیدن میکروب ها به یک بستر، بیوفیلم ها را دفع می کنند تا خودشان را به زیرلایه متصل کنند. در بیوفیلم ها، سلول ها در توده های چندسلولی رشد می کنند و درون یک ماتریس خود تولید شده از یک ماده پلیمری خارج سلولی قرار می گیرند. ماده خارج سلولی بیوفیلم یک کنگلومرای پلیمری است که از پلی ساکاریدها و اجزای دیگری من جمله پروتئین ها و DNA تشکیل شده است. بیوفیلم های معیوب نمی توانند محیطی را برای رشد میکروب ها فراهم کنند؛ بنابراین کاربرد ضد میکروبی شامل استراتژی هایی برای پیشگیری از زنده ماندن میکروب یا چسبندگی می شود. برای مثال پپتیدهای ضد میکروبی عمدتآ با ایجاد اختلال در غشای سلولی باکتری عمل می کنند و هپارین نیز نشان دهندۀ فعالیت ضد چسبندگی و خواص آبدوستی است که از رشد میکروب ها جلوگیری می کند. با این حال، مهار تشکیل بیوفیلم و کاهش چسبندگی میکروبی بعنوان یک استراتژی ضد میکروبی با هدف جلوگیری از گسترش بیماری ها امیدوارکننده تر از کشتن میکروب ها است. در اینجا، این مقاله به بیان پیشرفت های اخیر در زمینه این نوع پلیمرها در طی 3 سال گذشته می پردازد. با توجه به مکانیسم فعالیت ضد میکروبی، فعالیت پلیمرهای ضد میکروبی را می توان به دو دسته فعال یا غیرفعال تقسیم کرد. براساس نوع ماده پلیمری، پلیمرهای ضد میکروبی را نیز می توان به دو دستۀ متصل شده یا لیچ شده طبقه بندی کرد که در صنایع پزشکی، غذایی و نساجی کاربرد دارند.

 

عملکرد غیرفعال یا فعال

الف: عملکرد غیرفعال

یک لایه پلیمری غیرفعال می تواند جذب پروتئین را در سطح آن کاهش دهد و در نتیجه، از چسبندگی باکتری ها جلوگیری کند. با این حال، اگرچه سطوح غیرفعال باکتری ها را دفع می کنند اما تعامل فعالی با باکتری ها نداشته و آنها را از بین نمی برند. با توجه به خواص عمدتآ آبگریز و بار منفی میکروب ها که در شکل زیر ارائه شده است، پلیمرهای غیرفعال بایستی از خواصی همچون آبدوستی، بار منفی و انرژی آزاد سطحی پایین برخوردار باشند.

 

شکل 1:

The schematic reaction mechanisms of passive and active action of the antimicrobial polymer 

 

پلیمرهای غیرفعال معمولی شامل موارد زیر هستند:

1.دارای سطح متخلخل با مایع لغزنده و خودترمیمی (SLIPS)؛ همچون پلی دی متیل سیلوکسان

2. پلیمرهای بدون بار؛ مانند پلی اتیلن گلیکول (PEG)، پلی متیل-2-اکسازولین، پلی پپتوئید، پلی پلی وینیل پیرولیدون، و پلی دی متیل آکریل آمید

3. پلی آمفولیت های باردار و پلیمرهای زویتریونی؛ مانند فسفوبتائین، سولفوبتائین و پلیمرهای فسفولیپید

 

ب: عملکرد فعال یا منفعل

پلیمرهای فعال باکتری های چسبیده به سطح پلیمر را می کشند. این پلیمرها که با عوامل فعال مانند بیوسیدهای کاتیونی، پپتیدهای ضد میکروبی یا آنتی بیوتیک ها عمل می کنند می توانند باکتری ها را بکشند. با توجه به شکل بالا، مکانیسم کشندۀ میکروب ها به عوامل فعال بستگی دارد. پرکاربردترین پلیمرهای ضد میکروبی فعال با آمونیوم چهارتایی با بار مثبت عامل دار می شوند که با دیواره سلولی در تعامل بوده و غشای سیتوپلاسمی را تخریب می کند و در ادامه، باعث بیرون روی اجزای داخلی سلول و نهایتآ مرگ سلولی می شود. علاوه براین، پلی اتیلن ایمین و پلی گوانیدین و همچنین ان-هالامین پلیمرهایی هستند که فعالیت ضدمیکروبی فعال را نشان می دهند. پلی اتیلن ایمین از طریق تعامل الکترواستاتیکی بین پلی اتیلن ایمین و غشای سلولی باعث ایجاد پارگی غشای سلولی باکتریایی می شود؛ پلی گوانیدین با چسبندگی و اختلال در پل های نمکی Ca²⁺ یا مرگ سلولی از رشد باکتری ها جلوگیری می کند؛ ان-هالامین هم با عمل هالوژن اکسیداتیو که در گروه های تیو یا آمینو گیرنده های سلولی هدف قرار می گیرد، باعث مهار یا غیرفعال شدن سلول می شود.

 

اخیرآ، پلیمرهای ضد میکروبی مورد توجه تحقیقات آکادمیک و صنعتی قرار گرفته اند. این مقاله به بررسی پیشرفت های اخیر در حوزه این پلیمرها از سال 2013 تاکنون می پردازد. پلیمرهای ضد میکروبی غیرفعال که از چسبندگی و رشد باکتری جلوگیری می کنند، استراتژی امیدوارکننده تری نسبت به کشتن مستقیم میکروب ها با استفاده از پلیمرهای ضد میکروبی فعال ارائه می دهند. علیرغم پیشرفت های چشمگیر پلیمرهای ضد میکروبی، مکانیسم های دقیق برهمکنش ضد میکروبی با میکروب ها نیاز به بررسی بیشتر دارد. ترکیب مکانیسم های ضد میکروبی مختلف ممکن است به پلیمر ضد میکروبی اثرگذارتر کمک کند.