هیدروژل ها

هیدروژل ها به دلایل اساسی و همچنین به دلیل پتانسیل آنها برای طیف گسترده ای از کاربردها در دهه های اخیر توجه تحقیقاتی فوق العاده ای را به نمایش گذاشته اند. هیدروژل ها به دلیل محتوای بالای آب و در نتیجه زیست سازگاری با موفقیت در زمینه های زیست پزشکی مورد استفاده قرار گرفته اند. موادی که مقادیر قابل توجهی آب را جذب می کنند ژل یا هیدروژل نامیده می شوند. مواد طبیعی با این خصوصیات نقش بسیار مهمی در همه اشکال حیات دارند. هیدروژل به عنوان یک ساختار شبکه پلیمری سه بعدی متقابل تعریف می شود که می تواند مقادیر قابل توجهی آب را جذب و حفظ کند. ظرفیت نگهداری آب هیدروژل ها عمدتاً به دلیل وجود گروه های آبدوست، گروه های آمینه، کربوکسیل و هیدروکسیل در زنجیره های پلیمری به وجود می آید.

هیدروژل ها شبکه های ماکرومولکولی هستند که متورم می شوند، اما در آب حل نمی شوند. توانایی هیدروژل ها برای جذب آب از گروه های عاملی آبدوست متصل به ستون فقرات پلیمری ناشی می شود، در حالی که مقاومت آنها در برابر انحلال از پیوندهای عرضی بین زنجیره های شبکه ناشی می شود. هیدروژل ها در چهار یا پنج دهه اخیر به دلیل طیف گسترده ای از کاربردها توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده اند. آنها همچنین دارای درجه ای از انعطاف پذیری بسیار شبیه به بافت های طبیعی به دلیل محتوای آب زیادی هستند.

آنها نسبت به انواع دیگر داربست های پلیمری مزایایی مانند کنترل آسان پارامترهای ساختاری، محتوای آب بالا، زیست سازگاری امیدوارکننده و معماری داربست قابل تنظیم دارند. به طور کلی هیدروژل ها دارای خصوصیات بیولوژیکی هستند، مانند محتوای آب بافت مانند بالا و نفوذپذیری برای نفوذ مواد مغذی و دفع متابولیت ها. سلول های محبوس شده در محیط هیدروژل های سه بعدی توسط یک ماتریس ژلی احاطه شده اند که چسبندگی یا تمایز فنوتیپ بالقوه را تقویت نمی کند، بنابراین هیدروژل ها را به ویژه برای داربست در مهندسی بافت مناسب می کند. این ترتیبات ترکیبی آبدوست برای تقلید از انتقال و خواص مکانیکی بافت نرم طبیعی در نظر گرفته شده است.

هیدروژل ها می توانند به طور همگن سلول ها و همچنین فاکتورهای رشد و دیگر معرف های زیست فعال را ترکیب و معلق کنند و در عین حال امکان انتشار سریع مواد مغذی و متابولیت های آبدوست را به سلول های ترکیب شده یا بافت اطراف فراهم کنند. یکی از پیش نیازهای یک داربست بافتی موثر این است که به شیوه ای کنترل شده تخریب شود به طوری که وقتی جایگزینی زیستی کامل و عملکردی در داخل بدن انجام می شود هیچ یک از مواد داربست باقی نمی ماند.

داربست برای مهندسی بافت باید شرایط زیر را برآورده کند:

• این باید دارای خواص مکانیکی مناسب متناسب با بافتی باشد که به طور رضایت بخشی در آن کاشته می شود تا از سلول ها در برابر نیروهای فشاری یا کششی مضر یا منفی بدون تغییر نشانه های بیومکانیکی مناسب محافظت کند.

• دارای گزارش زیست سازگاری و سمیت قابل قبولی است.

• باید از ECM مقیم تقلید کند که به عنوان یک ساختار سیگنال دهی برای کمک به اتصال به بافت ها، رشد سلولی و مورفوژنز عمل می کند.

• باید چسبندگی بینابینی کافی داشته باشد تا سلول ها یا پروتئین ها بتوانند با بهبود تماس سلول-سلول و مهاجرت سلولی روی سطح داربست بچسبند.

• باید سرعت تخریب مطلوبی داشته باشد که جذب سطحی بیولوژیکی را تسهیل کند و تمایل به جایگزینی با بافت در حال رشد را داشته باشد.

پلیمر طبیعی مورد استفاده برای رشد محصول اولیه زنده و مهندسی بافت پوست، یک هیدروژل کلاژن بود. حتی اگر دستاورد مهندسی بافت پوست خوشحال کننده است، تلاش ها برای ساخت سایر بافت های نرم موفقیت قابل مقایسه ای را نشان نداده است. پیشرفت در مقیاس بزرگ به دلیل خواص نامناسب مواد زیستی موجود محدود شده است. ویژگی‌های اصلی هیدروژل‌ها که بر استفاده از آن‌ها در مهندسی بافت تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

• پایداری شیمیایی و بیوشیمیایی؛

• ثبات و نرمی شکل؛

• عدم وجود مواد فعال قابل استخراج؛

• نفوذپذیری بالا برای مواد مغذی و متابولیت های محلول در آب در سطح رابط زیست ماده-بافت.

• خواص رئولوژیکی مناسب؛

• سازگاری خوب بافت؛

• راحتی در جابجایی؛

• سهولت کاربرد؛

• زیست سازگاری عالی به دلیل محتوای آب بالا.