|
بخش مقالات سایت
در مورد پلی یورتان
پلی یورتان - کوپلیمری پرکاربرد
مقاله از آزاده آصف نژاد
الاستومرهاي پلي
يورتاني، خانواده‌اي از كوپليمرهاي توده‌اي
بخش شده است كه كاربردهاي مهمي در زمينه‌هاي گوناگون صنعتي و
پزشكي پيدا كرده است. اولين پلي يورتان، از واكنش
دي‌ايزوسيانات آليفاتيك با دي‌آمين به‌دست آمد. اتو باير و
همكارانش اولين بار اين پلي‌يورتان
را معرفي نمودندکه به
شدت آبدوست بود و بنابراين به عنوان پلاستيك يا فيبر
نمي‌توانست مورد استفاده قرار گيرد. واكنش بين
دي‌ايزوسيانات‌هاي آليفاتيك و گليكول‌ها منجر به توليد پلي
يورتاني با خصوصيات پلاستيكي و فيبري گرديد. به دنبال آن،
با
استفاده از دي‌ايزوسيانات آروماتيك و گليكول‌هاي با وزن
مولكولي بسيار بالا، پلي يورتاني بدست آمد كه خانواده
مهمي از الاستومرهاي
ترموپلاستيك به شمار مي‌رود.
خواص يورتانها از مواد
ترموست بسيار سخت تا الاستومرهاي نرم
تغيير مي‌كند.
از پلي يورتانهاي ترموپلاستيك، در ساخت وسايل
قابل كاشت بسيار مهمي استفاده مي‌شود، چرا كه داراي خواص
مكانيكي خوب نظير استحكام كششي، چقرمگي، مقاومت به سايش و
مقاومت به تخريب شدن، به علاوه زيست سازگاري خوب مي‌باشند
كه
آنها را در گروه مواد مناسب جهت كاربردهاي پزشكي قرار مي‌دهد.
كاربردهاي پلي
يورتانها
با استفاده از پلي اترها به عنوان پلي‌ال، در سنتز پلي يورتان
مي‌توان كاشتني‌هاي طولاني مدت تهيه نمود، كه در قلب
مصنوعي،
کليه مصنوعي، ريه مصنوعي، هموپرفيوژن،
لوزالمعده مصنوعي،
فيلترهاي خوني،
کاتترها، عروق مصنوعي، باي‌پس سرخرگ‌ها يا
سياهرگ‌‌ها، کاشتني‌هاي دندان و لثه، بيماريهاي ادراري، ترميم
زخم، رساندن يا خارج كردن مايعات، نمايش فشار عروق،
آنژيوپلاستي، مسدود کردن عروق، جراحي عروق آئورت و كرونري،
دريچه‌هاي قلب سه‌لتي و دولتي
كاربرد دارند.
در صورتي كه از پلي اترها به عنوان پلي‌ال،
در سنتز پلي
يورتان استفاده شود، پلي يورتانهاي زيست تخريب پذير مدت تهيه
مي‌شود كه به طور مثال در کانال هدايت بازسازي عصب،
ساختارهاي
قلبي –عروقي، بازسازي غضروف مفصل ومنيسک زانو، براي تعويض
وجايگزيني استخوان اسفنجي، در سيستم‌هاي رهايش کنترول شده
دارو و
براي ترميم پوست
كاربرد دارد. شكل (1) برخي از وسايل و
ايمپلنت‌هاي پلي‌يورتاني مورد استفاده در پزشكي را نشان
مي‌دهد.
تاثير ساختار شيميايي
و مورفولوژي سطح روي خون سازگاري پلي
يورتان
در اواخر سال 1980 تعدادي از دانشمندان، شيمي، ساختار و
مورفولوژي سطح پلييورتانها را مورد بررسي قرار دادند و
به
تدريج روشهاي جديد پوشش دهي سطح به‌همراه پيوندهاي مواد ديگر
به سطح پلييورتانها، با
هدف بهبود خونسازگاري ابداع شد. در
سالهاي اخير، ترکيب شيميايي پلييورتانها جهت بهبود
خونسازگاري با تغييرات بسيار زيادي همراه شده است.
از جمله اين
موارد سنتز پلي‌يورتان يا پلي‌يورتان ِيورا با قسمت‌هاي
نرم
آبدوست است.
«Cooper»،
نيز در مورد ارتباط بين شيمي پلي‌ال‌ها و
خونسازگاري پلييورتانها، تحقيقاتي را برروي نمونه‌هاي
مختلف
پلييورتانها با پلي‌ال‌هاي متفاوت نظير
PEO،
PTMO،
PBD (پلي‌بوتادين)
و
PDMS
انجام داد.
اين پلييورتانها به روش
پليمريزاسيون دو مرحله‌اي تهيه شدند و بر روي لوله‌‌هاي
پلي‌اتيلني پوشش‌دهي شده و سپس درون بدن سگ قرار گرفتند تا
پاسخ لخته‌زايي آنها مشخص گردد.
پلي‌يورتان با پلي‌ال PDMS
کمترين لخته‌زايي را نسبت به نمونه‌هاي ديگر نشان داد.
طبيعت
آبگريز PDMS
باعث بهبود آبگريزي سطح پلي‌يورتان پايه
PDMS
و در
نتيجه توجيهي براي بهبود خون سازگاري آن نسبت به ساير
موارد
مي‌شود و ميزان چسبندگي اوليه پلاکتها با افزايش آبدوستي
پلي‌ال‌ها افزايش مي‌يابد. بنابراين بايد گفت که
خونسازگاري
پلييورتانها بستگي زيادي به ترکيبات سازنده آن و عوامل مختلف
نظير جداسازي ميکروفازها، ناهمگني سطح و آبدوستي سطح خواهد
داشت.
استفاده از سولفونات يا پوشش‌هايي نظير هپارين در تغيير
پاسخ
خون به اين مواد نقش بسيار عمده‌اي را ايفا مي‌کنند. محققي
به
نام
Santerre [55]،
پلي‌يورتان‌هايي را بر پايه سولفونات
سنتز نمود که داراي گروههاي مختلف سولفور(3.1 % - 1.4%)
بود. در نمونه‌هاي با گروههاي سولفونات بيشتر زمان
لخته‌زايي
افزايش يافت.
روشهاي بهبود خواص سطحي پلييورتانها
با توجه به اينکه خونسازگاري يک بيومتريال بستگي مستقيم به
شيمي سطح آن دارد، تغيير در وضعيت سطحي کمک بسيار زيادي در
حل
مشکلات خونسازگاري خواهد نمود. از جمله موادي که در اين مورد
نتايج و رضايت بخشي را در بهبود خونسازگاري نشان داده‌اند،
مي‌توان به سولفونات پلي‌اتر يورتان، پيوند سطح اکريل آميد و
دي اکريل آميد با پلي‌اتر يورتان، اتصال فسفوريل کولين به
سطح
پلي‌اتر يورتان با استفاده از
پرتو
UV
و پيوند پروپيل سولفات
–
پروپيلن اکسايد
(PEO-SO3)،
اشاره نمود.
در سالهاي اخير محققان زيادي براي افزايش بهبود خونسازگاري
بيومتريال‌ها از پيوند هپارين به سطح آنها استفاده
نموده‌اند
كه نتايج رضايت‌بخشي نيز به همراه داشته است. يکي از مهمترين
مشکلات در اين راه،
پيوند يوني هپارين (surfaces bearing ionically bound heparin )
به سطح پلي‌يورتان است. هپارين
مي‌تواند بصورت کووالاني با
گروههاي آمين يا هيدروکسيل آزاد
ايزوسيانات پيوند برقرار سازد.
در بين تمام روشهايي که باعث
تثبيت هپارين مي‌شود، موثرترين روش استفاده از تابش اکسيژن
پلاسماي يونيزه شده است که باعث پيوند با پليمر مي‌شود.
نتايج خونسازگاري حاصل از هپارينيزه شدن پلي‌يورتان،
نشانگر
فعاليت کمتر پلاکتها و پروتئين‌هاي پلاسما است که منجر به
کاهش
تشکيل لخته خون مي‌شود. همچنين چسبندگي سلولهاي تک هسته‌اي و
ترشح فاکتور نکروز تومور در تماس با پلي‌يورتان هپارينيزه
شده
کمتر گزارش شده است.
از ديگر راههايي که مي‌توان بدون استفاده
از پوشش‌هاي هپاريني به يک پلي‌يورتان خون سازگار دست يافت،
پوشش دهي يا تثبيت شيميايي داروهاي ضد لخته زا يا
مولکولهايي
نظير مشتقات
Urookinase
،
Prostacyclin،
ADPase،
Dipyridamol، Glucose
و اتمهاي نقره گزارش شده است.
پلي‌يورتان‌هاي
داراي گروههاي سولفونات، لخته زايي بسيار کمي
نسبت به پلي‌يورتان‌هاي معمولي داشت. پلي‌يورتان‌هاي
سولفونات
شده ترومبين (آنزيم مؤثر براي ايجاد لخته) را مصرف کرده و بر
پليمريزه شدن فيبرينوژن تأثير مستقيم مي‌گذارد.
ايجاد
پيوند کووانسي پپتيد
Arg-Gly-Asp (RGD)،
با ستون اصلي
پليمر نيز يکي ديگر از روشهاي بهبود خواص خونسازگاري
پلييورتانها است كه در نتيجه چسبندگي سلولهاي اندوتليال
به
سطح پليمر افزايش مي‌يابد.
تخريب پلي يورتانها
همه پليمرها امكان تخريب دارد و پلي يورتانها نيز از
اين
قاعده مستثني نيست جهت جلوگيري از تخريب پلي يورتانها
روشهاي مختلفي وجود دارد. كه شامل هيدروليز، فتوليز،
سلوليز،
توموليز، پيروليز (تجزيه در اثر حرارت) و تخريب بيولوژيك، ترك
بر اثر استرس محيطي،
اكسيد شدن و تخريب بوسيله ميكروب و
قارچها مي‌شود.
در حالت بيولوژيك تنش محيطي باعث ايجاد ترك مي‌شود كه در
نهايت
شكست ممكن است به‌وجود آيد و باعث ايجاد تخريب سطحي ويژه
در
پليمر شود. آنزيمها نيز مي‌توانند باعث تخريب پلي يورتانها
شود. تخريب ميكروبي، يك واكنش تجزيه شيميايي است كه
به‌وسيله
حمله ميكرو ارگانيسم‌ها صورت مي‌گيرد.
آنزيمها و قارچها نيز
ممكن است
پلي يورتانها را تخريب كند.
پيوندهاي مستعد براي تخريب هيدروليتيك در پلي يورتانها،
پيوندهاي استري و يورتاني است. استرها به اسيد و الكل
تجزيه
مي‌شود و پيوندهاي يورتاني در نتيجه تخريب شدن به كرباميك اسيد
و الكل هيدروليز مي‌شود.
تركيبات مسئول تخريب پليمرها در بدن شامل آب، نمك،
پراكسيدها و
آنزيمها است.
به‌طور كلي مولكولهايي مانند
ويتامين‌ها و
راديكالهاي آزاد باعث تسريع كردن تخريب مي‌شود. اگر پلي
يورتان
هيدروفوب باشد تخريب معمولاً در سطح مواد انجام مي‌شود.
اگر
پلي يورتانها هيدروفيل باشد، آب در توده پليمر وارد شده و
تخريب در سرتاسر ماده اتفاق مي‌افتد. تخريب پليمر در مايع
Media (
پلاسما و بافت ) به طوركلي شامل مراحل زير است.
1) جذب
مديا در سطح پليمر،
2) جذب
مديا به توده پليمر،
3) واكنشهاي
شيمايي با پيوندهاي ناپايدار در پليمر و
4) نقل
و انتقال توليدات تخريب از ماتريكس پليمر و جذب سطحي
محصولات تخريب از سطح پليمر.
تاثير آبدوستي بر
ميزان تخريب پلي يورتانهاي
يكي
از مشكلات اصلي كاشت پلي يورتانها در حالت
vivo in
تمايل آنها براي آهكي شدن و تخريب شدن است. اكثر
ايمپلنت‌هاي
پلي يورتاني در حالت
in vivoا از طريق هيدروليز تخريب مي‌شود.
الاستومرهاي زيست تخريب پذير در ايمپلنت‌هاي قلبي و عروقي،
داربستها براي مهندسي بافت، ترميم غضروف مفصل، پوست مصنوعي
و
درتعويض و جانشيني پيوند استخوان اسفنجي استفاده مي‌شود.
مواد هيدروفيل مانند هيدروژل‌ها، به عنوان سدي براي
چسبندگي بافت‌ها استفاده مي‌شود. موادي با هيدروفيلي كم،
باعث
چسبندگي تكثير سلول‌ها مي‌شود كه براي داربستهاي مهندسي بافت
مناسب است.
واكنش
پلي يورتان زيست تخريب پذير با استئوبلاست‌ها و
كندروسيت‌ها و ماكروفاژها
كاربرد
پليمرهاي زيست تخريب پذير به عنوان يكي از پيشرفت‌هاي
عمده در تحقيقات مواد درپزشكي مطرح است. مواد زيست تخريب
پذيركاربردهاي بي‌شماري در پزشكي و جراحي دارند واين
مواد
طوري طراحي شده است كه در حالت
in vivo تخريب شود.
تصور
كلي از زيست سازگاري بر اساس واكنش ميان يك ماده و محيط
بيولوژيك است. واكنش بافت‌ها و سلول‌ها در خيلي از موارد
بوسيله پاسخ التهابي مشخص مي‌شود.
در مهندسي بافت از ماتريس‌ها و داربستهاي زيست تخريب‌پذير
پليمري به عنوان حامل سلول براي بازسازي بافت‌هاي معيوب
استفاده مي‌شود.
به‌طور كلي،
ايمپلنت‌ها نبايد باعث پاسخ
غيرعادي در بافت‌ها و
باعث توليد مواد سمي يا تأثيرات سرطان
زائي در بافت شوند. در تحقيقات
جديد،
پلي يورتانهاي زيست
تخريب پذير زيست سازگاري مطلوبي از خود نشان مي‌دهد.
اين پلي يورتانها هر چند كه باعث فعال شدن ماكروفاژها
مي‌شود
ولي تأثيرات سمي و سرطان زائي در بدن ندارد. در تحقيقات
in vivo،
فوم پلي يورتان زيست تخريب پذير،زيست سازگاري مطلوبي را
از خود نشان داده است.
در
يك تحقيق جديد،
جهت ارزيابي
زيست سازگاري از
فوم پلي
استر پلي يورتان
زيست تخريب پذير
با
سايز
سوراخها
100-400 m
استفاده شده و واكنش كندروسيت‌هايm
و سلولهاي
استئوبلاست
موش
[line Mc3T3-E1] با فوم پلي يورتان زيست تخريب پذير
( Degrapol -foam)
مورد بررسي قرار گرفته شده است پاسخ سلولي
که
شامل: رشد، فعاليت سلول‌ها و پاسخ سلولي استئوبلاست‌ها و
ماكروفاژها به محصولات تخريب
در نظر گرفته شد. سلولهاي
استئوبلاست‌ها و كندرويست‌ها از موش‌هاي صحرايي نر بالغ
جدا
شده بود.
جهت سنتز اين كوپليمر نيز مقدار برابر از
PHB– دي‌ال و پلي
کاپرولاکتون دي‌ال در 1 و2 دي كلرو اتيلن حل شده
وبه صورت
آزئوتروپيكالي به‌وسيله برگشت حلال تحت نيتروژن خشك، سنتز
شد.
اين پلي استريورتان، يك بخش آمورف و يك بخش
كريستالي دارد و
همچنين دي ال با PHB
تشكيل حوزه‌هاي كريستالي
مي‌دهد و دي ال
با پلي كاپر. لاكتون تشكيل حوزه‌هاي آمورف مي‌دهد.
پس از كشت سلولي، اسكن به‌وسيله ميكروسكوپ الكتروني
( SEM)
نشان مي‌دهد كه سلول‌ها در سطح و داخل حفره‌هاي فوم رشد
مي‌كند
و سلول‌هايي كه در سطح فوم ديده مي‌شود و به صورت يك نمايش
سلولي مسطح و
چند لايه سلول متلاقي، ديده مي‌شود.
نتايج به‌دست آمده نشانگر اين مطلب است كه استئوبلاست‌ها و
ماكروفاژها
توانايي
بيگانه خواري و فاگوسيتوز محصولات تخريب
را
دارندو محصولات تخريب در غلظت كم، تأثيري در رشد و عملكرد
استئوبلاست‌ها نمي گذارد. به طور كلي كندروسيت‌ها و
استئوبلاست‌ها در فوم زيست تخريب پذير تكثير يافت و
فنوتيب‌شان
را
نگاه داشت.
اين مطلب نشان مي‌دهد
كه اين داربستها براي
مراحل ترميم استخوان مفيد است.
|
