طرح‌ها

نمایش پروژه / داربست نانوفیبری به‌منظور ترمیم زخم دیابتی

در این طرح داربست نانوفیبری به روش اکستروژن برپایه کیتوزان به همراه سایر بیوپلیمرهایی مانند کلاژن / الاستین / هیالورونیکاسید کندویتین سولفات حاوی سلول‌های کراتینوسیتی و فیبروبلاستی طراحی گردید.
برگشت

در بیماران دیابتی پس از مدتی جدار رگهای ﺧﻮﻧﻲ آسیب می‌بیند. تنگی و اﻧﺴﺪاد رگها ﻣﻮﺟﺐ ﻛﺎﻫﺶ ﺧﻮنرﺳﺎنی اﻧﺪامها ﺑﻪﺧﺼﻮص اﻧﺪام‌های ﺗﺤﺘﺎنی می‌گردد و موجب از ﺑﻴﻦ رﻓﺘﻦ ﺳﻠﻮل‌های اﻳﻦ ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ، ﻋﻼوه ﺑﺮ اﻳﻦ نوروپاتی ﻛﻪ ﺑﻪ دﻧﺒﺎل ﺑﻴﻤﺎری دﻳﺎﺑﺖ اﻳﺠﺎد می‌شود، ﺑﺎﻋث کاﻫﺶ ﺣﺲ درد ﺣتی ﭘﺲ از آﺳﻴب‌های ﺟﺪی در ﺳﻄﺢ ﭘﻮﺳﺖ میﺷﻮد و در نهایت ﺑﺮوز زﺧم‌های مزمن را در پی دارد. علی‌رغم وجود دسته وسیعی از پانسمان‌ها، گزینش پانسمان مناسب یکی از چالش‌های اساسی برای پزشک بالینی در ترمیم زخم است. بسیاری از پانسمان‌هایی که با هدف ترمیم زخم تاکنون طراحی شده‌اند به‌دلیل مشکلات زیاد و جدی، یا از بازار دارویی حذف شده‌اند و یا به‌دلیل هزینه بالا و سایر شرایط درمانی با اقبال عمومی مواجه نشده‌اند. 

یک داربست ایده‌ال علاوه بر اینکه بایستی قادر به تقلید شرایط زیستی و عملکرد ماتریکس خارج سلولی چه از لحاظ ترکیب شیمیایی و چه از نظر ساختار فیزیکی باشد، باید زیست سازگار و زیست تخریبپذیر بوده و همچنین روش ساخت و طراحی مناسب فرآیند، مصرف و استفاده آسان و راحت برای بیمار و در نهایت هزینه اندکی داشته باشد. اخیرا داربست‌های طبیعی در مهندسی بافت به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیرا این دسته از داربست‌ها چنانچه به طریق اصولی و موازین مدنظر برای یک داربست پوستی تهیه گردند، به‌دلیل ماهیت طبیعی ساختاری می‌توانند در تسهیل اتصالات سلولی، عملکرد، تکثیر و نفوذ آن به داخل بافت، مشابه بافت اصلی بدن عمل کنند و نیازمندی بیماران را مرتفع سازند.

در این مطالعه از ترکیب پلیمرهایی که حداقل سمیت و حداکثر زیست سازگاری را دارند، همچون کیتوزان و کلاژن بهره گرفته شده است. کلاژن فراوان‌ترین پروتئین در بدن انسان و یک جزء کلیدی ماتریکس خارج سلولی است که نقش اساسی در روند ترمیم زخم ایفا می‌کند. کلاژن نوع اول یکی از مناسبترین گزینه‌ها در حیطه پیوند پزشکی است، زیرا تعداد بسیار اندکی از افراد نسبت به آن واکنش ایمونولوژیک نشان می‌دهند. کلاژن در هر یک از مراحل ترمیم زخم به‌دلیل داشتن ویژگی کموتاکتیک نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند و منجر به تجمع سلول‌هایی مثل فیبروبلاست و کراتینوسیت در محل زخم می‌شود.

استفاده از کلاژن به‌عنوان داربست در مهندسی بافت به‌دلیل داشتن زیست سازگاری مناسب، حداقل آنتی ژنیسیته و زیست تخریبپذیری بالا همواره مورد توجه محققان بوده است. اما در نهایت تمامی محصولات وارد شده در بازار از این سری مواد چندان کارامد نبوده‌اند. در زخم‌های مزمن، به‌دلیل آرایش ساختاری نامنظم و حضور میزان بالای کلاژن در محیط، احتمال تشکیل کلوئید به مراتب بسیار زیاد است که نارضایتی و ناراحتی بیمار را موجب می‌شود. از سوی دیگر به دلیل احتمال انتقال عوامل بیماری‌زا همچون پریون‌ها به دلیل به‌کار بردن منابع بیولوژیک کلاژن، استفاده از آن را با نگرانی‌هایی همراه ساخته است. یکی از محدودیت‌های استفاده از کلاژن در مهندسی بافت چروکیدگی و جمع‌شدگی آن پس از مخلوط شدن با سلول است. داربست کلاژنی از نظر مکانیکی ضعیف است و به راحتی تغییر شکل می‌دهد. این ویژگی‌ها موجب شده است تا کلاژن کمتر به‌عنوان داربست مورد استفاده قرار گیرد. یکی دیگر از موانع سر راه در استفاده از کلاژن که اخیرا به شدت مورد توجه بوده است تمایل باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی سطح زخم‌های دیابتی به این پروتئین می‌باشد. مطالعات نشان داده است که باکتری‌های استافیلوکوک و استرپتوکوک تمایل زیادی به رشد و در نهایت تشکیل بیوفیلم در حضور مقادیر بالای کلاژن دارند.

کیتوزان یک پلیمر طبیعی کاتیونیک می‌باشد که به‌دلیل ویژگی‌های جالب توجه از قبیل داشتن خاصیت هموستاتیک (بندآورندهی خون)، تحریک ترمیم زخم، عدم بروز سمیت، عدم بروز واکنش ایمنولوژیک، داشتن خاصیت ضد میکروبی، زیست سازگاری و زیست تخریب‌پذیری به‌طور وسیعی به‌عنوان پانسمان در درمان انواع زخم‌ها و سوختگی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. کیتوزان به‌دلیل هیدروفیلیسته مناسبی که به‌واسطه حضور گروه‌های اسیدی در سطح خود دارد قادر است میزان رطوبت بهینه را در ترمیم زخم القا نماید.

از طرف دیگر کیتوزان به‌دلیل خاصیت شکنندگی و قدرت مکانیکی اندکی که دارد در اغلب موارد به همراه سایر پلیمرها به‌کار گرفته می‌شود تا ویژگی‌های فیزیکو شیمیایی داربست افزایش داده شود. از جمله این مواد می‌توان به گلسیرول فسفات اشاره کرد که موجب کاهش بارسطحی و بهینه‌سازی pH می‌گردد. از طرف دیگر این ماده سمیت داربست را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. به نظر می‌رسد به‌کارگیری چند پلیمر طبیعی راه‌کار مناسبتری است تا این میزان سمیت به حداقل برسد. در مطالعات نشان داده شده است که الاستین با حداقل سمیت، ایمنی‌زایی و حداکثر زیست‌سازگاری، میزان مناسبی از استحکام و الاستیسیته را می‌تواند القا کند. داربست‌های بر پایه کیتوزان و کلاژن معمولا به‌دلیل نداشتن الاستیسیته کافی و قدرت مکانیکی کم و همچنین فشردگی و جمعشدگی حین ترمیم بافت قابلیت آن را ندارند که به‌تنهایی استفاده شوند. این در حالی است که وجود الاستین میزان سختی داربست کلاژنی را کاهش می‌دهد و موجب انعطاف بیشتر ساختار داربست می‌شود.

علاوه بر این مطالعات نشان داده است که تلفیق هیالورونیک اسید و فیبر کلاژنی در طراحی داربست بافتی موجب بهبود مهاجرت سلولی و تقسیم سلولی بیشتر نسبت به به‌کارگیری منفرد هر یک از مواد شده است. یکی دیگر از الزامات یک داربست، مقاومت در برابر پاره شدن و فشار می‌باشد تا بتواند از نظر بیومکانیمی‌ نیز شرایط یک پوست طبیعی را تقلید نماید. سولفات کندرویتین به‌عنوان جزء ساختاری مهمی‌ از غضروف مطرح است و مقاومت زیادی در برابر فشار دارد که می‌تواند حتی در مقادیر کم این میزان مقاومت را در داربست القا نماید و در نتیجه از پاره شدن داربست در برابر شرایطی مانند فشار و کشش بالا تا حد امکان جلوگیری کند.

در این مطالعه داربست بر پایه کیتوزان به‌همراه کلاژن/ الاستین/ هیالورونیک اسید/ کندوریتین سولفات با نسبت‌های بهینه شده به شکل نانوفیبر به روش اکستروژن بدون به‌کارگیری هرگونه حلال سمی، با حفظ ساختار بیوپلیمرها به‌نحوی تهیه گردیده است که شرایط بیولوژیکی، فیزیکی، شیمیایی، بیومکانیکی و بیوشیمیایی پوست را در حد قابل توجهی تقلید نموده است. در این طرح، از یک روش نوین اکستروژن به‌منظور حفظ ویژگی‌های بیولوژیکی نانوفیبر تهیه شده استفاده شده است، به‌نحوی که فیبرهای با قطر همسان و در محدوده نانومتری با طول دلخواه تا چندین میلیمتر به‌صورت تک مرحله‌ای با عبور از غشای نانومتخلخل از جنس الومینیوم اکسید بدست ‌آید. با تغییر اندازه تخلخل غشا و غلظت پلیمرها به راحتی می‌توان نانوفیبرهایی با اندازه دلخواه و داربستی با تخلخل مدنظر تهیه نمود. این فرآیند تک مرحله‌ای و قابل تکرار قادر به تولید نانوفیبرهایی با ساختار کاملا منعطف بسته به نوع پلیمر به‌کارگرفته شده است. تمامی‌بیوپلیمرها پس از اکسترود کردن از غشای نانو متخلخل AAO در یک بستر بی اثر وارد و سپس خشک گردید. پس از آن سلول‌های کراتینوسیتی و فیبروبلاستی استخراج و شناسایی شده وارد داربست شدند. یک مدل زخم دیابتی در رت به کمک تزریق مقدار مناسبی از داروی استرپتوزوتوسین القا گردید و سپس داربست طراحی شده در محل زخم القا شده قرار گرفته است. ارزیابی ترمیم زخم دیابتی در این مدل بسیار امید بخش و قابل تحسین بوده است.

 

  • استفاده از پلیمرهای کاملا طبیعی و ایمن مورد تایید سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) 
  • رفع نواقص بیومکانیکی پلیمرهای طبیعی کیتوزان/ کلاژن به‌عنوان داربست پوستی
  • مشابه سازی ویژگی پوست طبیعی در حد قابل توجه
  • روش تهیه آسان و کم هزینه با قابلیت تجاری‌سازی

 

  • تسریع در ترمیم هرگونه زخم مزمن غیرقابل درمان از قبیل زخم‌های دیابتی، زخم بستر و آلوده به میکروب به‌دلیل به‌کارگیری کیتوزان با قابلیت بالای آنتی باکتریایی و زخم‌های عمیق که با درمان‌های محدود شونده و کند مواجه‌ هستند.