یک بررسی جامع از پلیمرهای طبیعی
هر فرمول دارویی حاوی دو ماده است: یکی ماده فعال و دیگری ماده جانبی. این ماده جانبی به ساخت دوز دارویی کمک کرده و همچنین پارامترهای فیزیکوشیمیایی آن را بهبود می دهد. پلیمرها بعنوان مواد جانبی نقش مهمی در تشکیل دوز دارویی برعهده دارند و از آنجا که در فرایند دارو رسانی کاربرد دارند، بایستی غیر سمی، سازگار با بدن، پایدار، اقتصادی و غیره باشند. پلیمرها به دو دسته پلیمرهای طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. امروزه به دلیل مشکلات فراوان ناشی از انتشار دارو و عوارض جانبی آنها، انتخاب پلیمر گام اصلی در طراحی دوز دارو محسوب می شود و داروسازان نیز به استفاده از پلیمرهای طبیعی سوق پیدا کرده اند. پلیمرهای طبیعی اساسآ پلی ساکارید و زیست سازگار هستند که هیچ گونه عوارض جانبی ندارند. در این مقاله، به بحث در مورد انواع پلیمرهای طبیعی، مزایای آنها نسبت به پلیمرهای مصنوعی و همچنین نقش پلیمرهای طبیعی در طراحی سیستم های جدید دارورسانی پرداخته شده است.
پلیمر یک ماکرومولکول است که از واحدهای ساختاری تکرار شونده تشکیل شده است. این زیرواحدها معمولآ با پیوندهای شیمیایی کووالانسی به هم متصل می شوند. پلیمرهای مصنوعی و طبیعی هر دو در دسترس هستند اما استفاده از پلیمرهای طبیعی به دلیل غیر سمی بودن، ارزان قیمت و در دسترس بودن در کاربردهای دارویی بیشتر است. علاوه براین، از خواصی همچون قابلیت تغییر شیمیایی، زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری برخوردار هستند. مواد با منشأ گیاهی می توانند برخی چالش ها را به وجود بیاورند من جمله سنتز در مقادیر کم و یا مخلوط هایی با ساختار پیچیده که ممکن است به صرف هزینه های اضافی در فرایند جداسازی و تفکیک منجر شود. موضوع مهم دیگر که اهمیت روزافزونی دارد، حقوق مالکیت معنوی است. ساخت سیستم های ماتریس یکپارچه جامد، ایمپلنت ها، فیلم ها، مهره ها، ریزذرات، نانوذرات، سیستم های قابل استنشاق و همچنین فرمول های مایع چسبناک را میتوان بعنوان برخی کاربردهای خاص پلیمرهای گیاهی در فرمولاسیون دارویی دانست. مواد پلیمری در این دوزهای دارویی بعنوان ترکیب کننده، شکل دهنده ماتریس یا اصلاح کنندۀ رهش دارو، تشکیل دهنده پوشش فیلم، غلظت دهنده یا تقویت کنندۀ ویسکوزیته، تثبیت کننده، تجزیه کننده، حل کننده، امولسیفایر، تعلیق کننده، عوامل ژلاتینه و چسب های زیستی کاربرد دارند.
مزایای پلیمرهای گیاهی
1. قابلیت زیست تخریب پذیری: پلیمرهای طبیعی که از موجودات زنده استخراج می شوند، هیچ اثر نامطلوبی بر محیط زیست یا انسان ندارند.
2. زیست سازگاری و غیر سمی بودن: از لحاظ شیمیایی، تقریبآ تمام این مواد گیاهی در طبیعت کربوهیدرات هستند و از واحدهای مونوساکاریدی تکرار شونده تشکیل شده اند و به همین دلیل سمی نیستند.
3. مقرون به صرفه بودن: از لحاظ اقتصادی، ارزان تر هستند و هزینه تولید آنها کمتر از مواد مصنوعی است.
4. نداشتن عوارش جانبی: چون از یک منبع طبیعی استخراج می شوند، هیچ گونه عوارض جانبی به دنبال ندارند.
5. در دسترس بودن: در بسیاری از کشورها، به دلیل فراوان بودن این پلیمرها کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارند.
معایب پلیمرها
1. آلودگی میکروبی: پلیمرها در فرایند تولید در معرض محیط خارجی قرار می گیرند و از این رو، احتمال آلودگی میکروبی وجود دارد.
2. تنوع و وابستگی: تولید مصنوعی روشی کنترل شده با مقادیر ثابتی از مواد تشکیل دهنده است، در حالی که تولید پلیمرهای طبیعی به محیط و عوامل فیزیکی مختلف بستگی دارد.
3. نرخ کنترل نشده هیدراتاسیون: به دلیل متفاوت بودن مواد طبیعی، گونه ها، شرایط آب و هوایی منطقه، درصد ترکیبات شیمیایی موجود در مواد نیز ممکن است متفاوت باشد.
4. فرایند تدریجی: از آنجایی که نرخ تولید به محیط و بسیاری از عوامل دیگر بستگی دارد، نمی توان آن را تغییر داد. با این حال، پلیمرهای طبیعی سرعت تولید آهسته ای دارند.
5. آلودگی فلزات سنگین: احتمال آلودگی فلزات سنگین اغلب با مواد جانبی گیاهی وجود دارد.
طبقه بندی پلیمرهای طبیعی
1. با منشأ گیاهی: مانند سلولز، همی سلولز، گلوکومانان، آگار، نشاسته، پکتین، اینولین، رزین، صمغ گوار، صمغ لوبیا، آکاسیا، کارایا، کتیرا، ژل آلوئه ورا
2. با منشأ حیوانی: مانند کتین، آلژینات، کاراژینان، پسیلیوم، زانتوم
پلیمرهای گیاهی با منشأ سلولز
سلولز در سال 1838 توسط شیمیدان فرانسوی آنسلم پاین کشف شد که آن را از مواد گیاهی استخراج کرده و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد. سلولز یک پلی ساکارید آلی با فرمول n(C₆H₁₀O₅) است که از یک زنجیره خطی با چند صد هزار واحد (4→1)β متصل به واحدهای دی گلوکز تشکیل شده است. پلی ساکاریدهای دیواره سلولی گیاه عمدتآ از سلولز، همی سلولز و پکتین تشکیل شده است. سلولز جزء ساختاری ضروری در دیواره های سلولی گیاهان و همچنین فراوان ترین پلیمر آلی در روی زمین است. بسیاری از مولکول های موازی سلولز میکروفیبریل های کریستالی را تشکیل می دهند که از لحاظ مکانیکی قوی هستند و در برابر حمله آنزیمی مقاومت بالایی دارند. این میکروفیبریل ها برای ایجاد ساختار دیواره سلولی با یکدیگر همسو هستند. سلولز در آب نامحلول بوده و برای بدن انسان نیز غیرقابل هضم است. سلولز ریز کریستال معمولآ در صنعت داروسازی بعنوان رقیق کننده/ ترکیب کننده در قرص ها برای فرایندهای دانه بندی و فشرده سازی مستقیم استفاده می شود.
همی سلولز
همی سلولز یک هتروپلیمر (پلی ساکارید ماتریکس) مانند آرابینوکسیلان ها است که همراه با سلولز تقریبآ در تمام دیواره های سلولی گیاه وجود دارد. برخلاف سلولز کریستالی که در برابر هیدرولیز بسیار مقاوم است، همی سلولز یک ساختار تصادفی و آمورف با استحکام پایین دارد. همچنین برخلاف سلولز، همی سلولز از زنجیره های کوتاه تری بین 3.000-500 واحد قند تشکیل شده است. حتی برعکس سلولز که بدون انشعاب است، همی سلولز یک پلیمر منشعب است. پلی ساکاریدهای همی سلولز متشکل از زایلوگلوکان ها، زایلان ها و مانان ها هستند که می توانند با یک آلکالین قوی از دیواره سلولی گیاه استخراج شوند. ستون فقرات آنها از دی گلیکان ها با پیوند 4-1 بتا تشکیل شده است. زایلوگلوکان دارای ستون فقرات کشابه با سلولز است اما شامل شاخه های زایلوز در 3 مونومر از هر 4 مونومر گلوکز می شود.
در ادامه بحث، باید گفت که پلیمرها نقش حیاتی در سیستم دارورسانی ایفا می کنند. با این حال، انتخاب پلیمر یک فاکتور مهم در فرایند تولید دارو محسوب می شود. اما در انتخاب پلیمر بایستی به موارد همچون سمیّت آنها، سازگاری با دارو و زیست تخریب پذیری آنها دقت کرد. با این بررسی می توان گفت که پلیمرهای طبیعی می توانند جایگزین خوبی برای پلیمرهای مصنوعی باشند و همچنین با استفاده از پلیمرهای طبیعی می توان بر بسیاری از عوارض پلیمرهای مصنوعی غلبه کرد.
