چسب زیستی

چسب زیستی

چسب‌های زیستی پلیمرهای طبیعی هستند که به عنوان چسب عمل می‌کنند. طبق برخی دیگر از تعاریف چسب زیستی چسبی است که به طور مصنوعی از مونومرهای زیستی همانند شکر ساخته شده باشد یا ماده مصنوعی که برای چسبیدن به یک بافت زیستی طراحی شده است. چسب زیستی به عنوان یک پدیده رابط، به استثنای ویژگی‌های خاص ارگانیسم‌های زیستی و سطوح، بسیار مشابه چسب‌های معمولی است. چسبندگی زیستی به معنی استفاده از چسب‌های زیستی برای اتصال دو سطح به یکدیگر است که در دارورسانی، دندانپزشکی و پزشکی کاربردهای متعدد دارد. علاقه گسترده محققان به این حوزه به سبب کاربرد آن در گسترش ابزارهای زیستی، درمانی و محصولات تکنولوژیکی جدید مانند بیوسنسورها است. چند نمونه از کابردهای چسب زیستی در شکل (1) نشان داده شده است.

شکل 1 (a): رشد جهت‌دار سلول: چسبندگی سلول بر روی بستر میکروپیالر سیلیکون (b): نمونه‌ای از کاربرد پزشکی چسب‌های زیستی: چسب فیبرین برای چسباندن یک حفره جراحی پس از عمل جراحی الپاراسکوپی استفاده شده است. (c): شکستگی مینا و عاج دندان و اتصال دوباره تکه‌های دندان با استفاده از چسبِ عاج (d): چسبندگی یک صدف بر روی الم شیشه‌ای (e): رسوب چربی بر روی دیواره رگ خونی در آترواسکروز

چسب‌های زیستی ممکن است از مواد مختلفی تشکیل شده باشند، اما پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها از ویژگی‌های برجسته آن‌ها محسوب می‌شوند. پروتئین‌هایی همانند ژالتین و کربوهیدارت‌هایی مانند نشاسته سال‌ها توسط انسان در چسب‌ها استفاده می‌شدند، اما به علت عملکرد ضعیف با جایگزین‌های مصنوعی جایگزین شده‌اند. در حال حاضر چسب‌های بسیار موثر در طبیعت تحت بررسی هستند اما هنوز استفاده گسترده تجاری از آن‌ها به عمل نیامده است. به عنوان مثال چسب‌های ترشح شده توسط میکروبها، نرمتنان دریایی و سخت‌پوستان در دست بررسی است. تجارت چسب‌های زیستی به علت سازگاریشان با محیط‌زیست مورد توجه می‌باشد. برخی از آن‌ها در شرایط مرطوب و در زیر آب عمل می‌کنند، درحالی که سایرین می‌توانند به سطوح غیر قطبی با سطح انرژی پایین مانند پالستیک بچسبند. در سال‌های اخیر برخی از مشکلات زیست محیطی چسب‌های صنعتی مصنوعی به چالش کشیده شده است. اجزاء پرخطر این چسب‌ها، انتشار ترکیبات آلی فرار و مشکلات موجود بر سر راه بازیافت یا اصلاح چسب‌های مشتق شده از مواد خام اولیه پتروشیمی از جمله این مسائل و مشکلات هستند. افزایش قیمت نفت نیز ممکن است علاقه تجاری برای جایگزینیِ زیستیِ چسب‌های مصنوعی را افزایش دهد.

چسبندگی زیستی مواد می‌تواند مضر نیز باشد که از آن به عنوان گرفتگی بیولوژیکی (biofouling)یاد می‌شود. بیوفیلم‌ها تجمعی از میکروارگانیسم‌ها هستند که بر روی یک بستر جامد شکل می‌گیرند. در انسان و حیوانات، تشکیل بیوفیلم‌ها بر روی سطوح زنده (سلول‌ها) و غیر زنده (مانند استنت) عامل بیماری شناخته می‌شود. بیوفیلم‌های باکتریایی عامل بیماری‌هایی همچون اندوکاردیت، سیستیک فیبروز و سایر عفونت‌های مقاوم به آنتیبیوتیک می‌باشند. شکل (2) نمونه‌ای از کاربردهای اورولوژی، شکل‌گیری بیوفیلم بر روی یک استنت را نشان می‌دهد. پالک دندان نیز یک بیوفیلم است ممکن است حاوی بیش از 500 سویه باکتریایی باشد.

شکل 2

مثال‌هایی از چسب‌های زیستی در طبیعت

ارگانیسم‌ها ممکن است چسب‌های زیستی را در ساخت و ساز، انسداد و همچنین شکار و دفاع ترشح نمایند. مثال‌هایی از موارد استفاده آنها:

  • کلونیزاسیون سطوح (باکتری‌ها، قارچ‌ها، جلبک‌ها، بارناکل‌ها)
  • صدف‌ها نوع خاصی از رشته‌ها را افزایش می‌دهند که آن‌ها را قادر می‌سازد محکم‌تر به لایه‌های ایجاد شده توسط مواد حمل شده توسط آب بچسبند.
  • ساختمان لوله‌ای کرم‌های پرتار که در تپه‌های زیر آب زندگی می‌کنند.
  • اتصال تخم حشرات، لارو و شفیره به سطوح (پوشش گیاهی، سنگ‌ها).
  • اتصال کنه‌های تغذیه کننده از خون به میزبان
  • لانه‌سازی توسط برخی از حشرات و ماهی‌ها
  • دفاع خیار دریایی و قورباغه نوتادِن
  • لانه‌سازی برخی از حشرات و ماهی‌ها (مانند ماهی آبنوس )
  • صید شکار در تار عنکبوت و کرم مخملی

مخاط چسبی (mucoadhesion)

یکی از اصطلاحات بسیار رایج “مخاط چسبی” است. بیشتر سطوح مخاطی همانند داخل گلو یا بینی توسط یک لایه موکوس پوشیده شده است. چسبندگی یک جسم به این لایه موکوسی، مخاط چسبی نامیده می‌شود. فاکتورهای مخاط چسبی معمولا پلیمرهایی حاوی پیوند هیدروژنی هستند که می‌توانند در فرموالسیون مرطوب یا در پودرهای خشک برای اهداف دارویی استفاده شوند. مکانیسم مخاط چسبی هنوز کاملا مشخص نشده است، اما به طور کلی این نظریه پذیرفته شده است که ابتدا بایستی میان عوامل مخاط چسبی و مخاط تماس نزدیک برقرار شود، سپس تقابل پلیمر مخاط چسبی و موسین صورت پذیرد و با تشکیل پیوندهای شیمیایی بین ماکرومولکول‌ها پایان یابد. در مورد پودر پلیمری خشک، چسبندگی ابتدایی به احتمال زیاد با حرکت آب از موکوس به فرمولاسیون انجام می‌شود، که منجر به کم آبی بدن و تقویت لایه مخاطی می‌شود. شکل گیری متعاقب پیوندهای واندروالس، هیدروژنی و الکترواستاتیک میان موسین و پلیمرهای هیدراته، چسبندگی طولانی مدت را موجب می‌گردد.

کاربردهای تجاری

لاک ناخن از اولین نمونه‌های چسب زیستی بود که مورد استفاده قرار گرفت. مثال‌های دیگری از کاربرد تجاری چسب‌های زیستی:

  • در آزمایشگاه سلولی و آزمایش‌های کشت بافت، پروتئینِ چسبناک صدف‌های دوکفه‌ای می‌تواند به اتصال سلول‌ها به سطوح پلاستیکی کمک کند.
  • پرونکتین اولین پلی‌مر پروتئینی مهندسی شده است که به شکل تجاری معرفی شد. از آن به عنوان پوشش چسبی در کشت سلولی عروق استفاده می‌شود. این پلی‌مر دو بلوک پپتیدی متمایز دارد: یک بلوک خواص ساختاری مستحکم ابریشم را دارد؛ دیگری خواص اتصال سلولی پروتئین فیبرونکتین انسانی را دارد. پرونکتین F چسبندگی عالی به سطوح پلاستیکی همانند پلی‌استیرن دارد. بنابراین می‌تواند سلول‌های پستانداران را به بسترهای مصنوعی بچسباند.
  • کاربردهای زیست پزشکی چسب قورباغه نوتادِن (Notaden Frog) در ارتوپدی و به عنوان هموستات. این چسب توسط دو گونه از قورباغه‌های زیرزمینی استرالیایی از جنس نوتادن که یک متر زیر زمین زندگی می‌کنند ترشح می‌شود. این قورباغه‌ها تنها در شرایط باران سیل آسا به سطح زمین می‌آیند. در این زمان آن‌ها آسیب پذیر هستند و از سوی حشرات مورد هجوم قرار می‌گیرند. برای محافظت از خودشان چسبی را ترشح می‌کنند که فک حشرات نیش زن را به هم می‌چسباند و آنها را گیر انداخته و بعدا قورباغه آنها را می‌خورد. از این چسب در ترمیم اتصاالت زانو استفاده میشود.
  • چسب چوب برپایه اگزوپلی ساکارید باکتریایی
  • سیستم دارورسانی مخاط چسب (mucoadhesion drug delivery) سیستم دارورسانی از چسب‌های زیستی برای چسبیدن به سطوح موکوسی یا لایه‌ی موسین پوشاننده‌ی این سطوح استفاده می‌کند. بسیاری از نواحی مورد هدف در دارورسانی، پوششی از موکوس دارند و پلی‌مرهای زیست چسب که به این پوشش موکوسی اتصال می‌یابند معمولا “مخاط چسب” نامیده می‌شوند. زمان اقامت آن‌ها بر روی سطوح بستگی به حلالیت یا عدم حلالیت چسب زیست‌ها در آب دارد. در رابطه با چسب‌های زیستی محلول در آب، زمان ارتباط بسته به چسب و جریان مایع زیستی در محل پذیرش دارو معمولا تنها چند ساعت است. برعکس پلی‌مرهای نامحلول در آب، در محل تا زمانی که موسین یا بافت خود را جایگزین کند باقی می‌ماند، معمولا4-72 ساعت. ارتباط میان چسب و غشای موکوسی یا پوشش آن دو مرحله‌ای است: (1) ارتباط اولیه میان چسب زیستی و سطح (2) تشکیل پیوند میان دو سطح. موفقیت اتصال اولیه به میزان شباهت خصوصیات فیزیکی شیمیایی میان چسب و سطح بستگی دارد. اخیرا محققان چسبندگی زیستی را با اندازه‌گیری تفاوت ویسکومتری در مخلوطی از پلی‌مر و موسین معده بررسی کردند. پروتئین چسبناکِ صدفِ دو کفه‌ای، مخاط چسبِ قابل قیاسی را به پلی کربوفیل می‌بخشد؛ هیدروژل مصنوعی مورد استفاده برای دستیابی به دارورسانی موثر در دوز پایین دارو. اتصال طولانی مدت دارو به سطوح موکوسی، همانند داخل چشم یا بینی منجر به بهبود جذب دارو می‌گردد. فاکتورهای دخیل در دارورسانی چسب مخاط: (1) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی چسب زیستی سطح موسین- اپیتلیوم) و دارو (2) پارامترهای فیزیولوژیکی بافت هدف
  • سیستم دارورسانی زیست چسب Bioadhesive drug delivery این اصطلاح در سال 1947 ،با مخلوط کردن کتیرا با پودر چسب دندان توسط محققان معرفی گردید. هدف رساندن پنیسیلین به مخاط دهان بود. بعدها با نام تجاری اورابِیس به بازار عرضه گردید. این محصول خمیری به سطح مرطوب دهان می‌چسبد و غشای محافظی را بر روی زخم دهان ایجاد می‌کند. خمیر اورابیس حاوی پلی‌مرهایی همچون ژالتین، پکتین و کربوکسی متیل سلولوز است.
  • صمغ اقاقیا: نوعی پلی‌مر خشک طبیعی است که از ساقه و شاخه‌های درخت اقاقیای سنگال به دست می‌آید. در داروسازی از آن به عنوان قوام دهنده استفاده می‌شود.
  • آلجینیک اسید: نوعی پیلمر طبیعی در دیواره سلولی جلبک قهوه‌ای موجود است و در تولید نمک‌های آلژینات همانند سدیم آلژینات کاربرد دارد.
  • کربومرها: پلی‌مرهای پلی‌آکریلیک اسیدی هستند که به طور گسترده در صنایع دارویی و آرایشی به عنوان عامل سفت کننده استفاده می‌شود. کربومرها مزیت قابل توجهی دارند زیرا آن‌ها بدون ایجاد سوزش به سختی به غشای موکوسی می‌چسبند. آنها سمیت کمی داشته و با بسیاری از داروها سازگار هستند.
  • هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC): این پلی‌مر در ژل‌های خوراکی موجود است.
  • هیالورونات سدیم: پلیمری با وزن مولکولی بالا است که از تکرار واحدهای دی ساکاریدِ اسید گلوکورونیک و -Nاستیل- D-گلوکزآمین ساخته شده است. این پلیمر در حین عمل جراحی داخل چشم برای محافظت از قرنیه استفاده می‌شود. همچنین در درمان خشکی چشم به عنوان یک جایگزین اشک آور عمل می‌کند.

برخی از روش‌های تولیدِ صنعتی چسب‌های زیستی که در دست تحقیق می‌باشند:

  • کاشت ارگانیسم‌های طبیعی که مواد چسبی را ترشح می‌کنند.
  • تکثیر باکتری‌های تراریخته یا مخمرهایی که ژن‌های پروتئین مخاط چسب را بیان می‌کنند.
  • سنتز شیمیایی مستقیم، مانند اتصال گروه‌های Dopa-L در پلی‌مرهای مصنوعی

/http://biotechsupportbase.com/2014/02/06/bioadhesives

تهیه کننده : سعید کارگر

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید