بهبود استحکام، کشش و چسبندگی در هیدروژل های ترمیم زخم

صدف های  سیاه دریایی مدلی برای بهبود استحکام، کشش و چسبندگی در هیدروژل های ترمیم زخم

هیدروژل ها همه جا هستند.آنها پلیمرهای آب دوستی هستند که می توانند آب را جذب و در خود نگه دارند و می توان آنها را در محصولات مصرفی روزمره مانند لنزهای تماسی نرم، پوشک ها ، غذاهای خاص و حتی در کاربردهای کشاورزی یافت. آنها همچنین درکاربرد پزشکی به دلیل زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری و جذب مجدد در بدن بسیار مفید هستند.

این ویژگی ها به هیدروژل ها اجازه می دهد تا بافت زنده ای را برای جایگزینی یا بازسازی بافت شبیه سازی کنند.

یکی از مفیدترین این کاربردها برای ترمیم زخم است.

هیدروژل ها با قابلیت هیدراته شدن و ایجاد یک محیط مرطوب و حمایت کننده برای این منظور ایده آل هستند که مراحل بهبود زخم را تسهیل می‌کند، مانند تشکیل رگ‌های خونی، تجزیه بافت‌های مرده، فعال‌سازی سلول‌های ایمنی، جلوگیری از مرگ سلول‌ها و بافت‌های زنده و حتی کاهش درد.

 هیدروژل های طبیعی، به ویژه هیدروژل های ژلاتین متاکریلویل (GelMA)، به دلیل ایمنی زیستی و زیست سازگاری استثنایی برای بهبود زخم مورد علاقه هستند.

اما استفاده از آنها به دلیل خواص مکانیکی ذاتا ضعیف آنها مانند کشش محدود، شکنندگی نسبی و انعطاف ناپذیری، و ناتوانی آنها در چسبیدن به سطوح بافتی محدود می شود. به منظور بهبود این ویژگی ها، تغییراتی در روش ها و اجزای آماده سازی انجام شده است.

برای تهیه هیدروژل GelMA، محلول ژلاتین با مخلوط و حل کردن ژلاتین در آب ساخته می شود، که این رویداد باعث پخش و دیسپرس شدن زنجیره های پلیمری در آب می شود.

سپس ماده شیمیایی آغازگر نوری به محلول اضافه می شود که با تابش اشعه UV،آغازگرهای نوری زنجیره های پلیمری را به یکدیگر متصل می کند(کراس لینک) تا شبکه تشکیل دهند.

مولکول های آب وارد این شبکه می شوند و باعث کشیده شدن زنجیره ها می شود همچنین مولکول های آب درون آنها گیر می افتند، این اتفاق قدرت جذب هیدروژل ها را نشان می دهد و نقطه ای است که ژل شدن یا انجماد رخ می دهد. این ژل را می‌توان با افزودن مواد شیمیایی قبل از قرار گرفتن در معرض اشعه UV اصلاح کرد یا اینکه پارامترهای مربوط به UV را برای تنظیم خواص ژل تغییر داد.هیدروژل های کانجوگیت شیمیایی، بهبود جزئی در چسبندگی بافت را نشان می دهد.

اما چالش‌ها با بهبود سه ویژگی مکانیکی چقرمگی، کشش و استحکام چسبندگی به طور همزمان در هیدروژل‌های GelMA باقی می‌ماند.

یک تیم مشترک از موسسه تراساکی برای نوآوری‌های زیست‌پزشکی (TIBI) روش‌هایی را برای بهبود هر سه ویژگی در هیدروژل‌های GelMA در یک روش ساده با پارامترهای ساخت قابل تنظیم توسعه داده‌اند.

محققان ابتدا در رویکرد خود به بهبود چسبندگی در هیدروژل ها به نمونه ای که در طبیعت یافت می شود، روی آوردند.صدف های سیاه  دریایی  نخ های قوی ترشح می کنند که به عنوان چسب و طناب کشیدن بر روی سنگ ها و سایر سطوح نامنظم استفاده می شود. برای تشکیل این رشته‌ها، صدف‌ها پروتئین‌های چسبنده را در یک محیط اسیدی تولید می‌کنند. با قرار گرفتن در معرض آب کمی قلیایی اقیانوس، پروتئین ها دچار یک تغییر شیمیایی می شوند که باعث تشکیل نخ می شود. به روشی مشابه، تیم TIBI مقادیر زیادی دوپامین، یک آنالوگ شیمیایی پروتئین چسبنده صدف، به GelMA اضافه کرد تا استحکام، کشش و خواص چسبندگی آن را افزایش دهد. آنها همچنین مخلوط را در شرایط قلیایی قرار دادند تا قدرت چسبندگی GelMA را بیشتر کنند. نتایج نشان داد که افزودن مقادیر زیادی دوپامین به محلول GelMA می‌تواند کشش هیدروژل حاصل را تقریباً شش برابر و استحکام آن را بیش از سه برابر افزایش دهد. آزمایش‌های دیگر نشان داد که وقتی دوپامین قبل از مرحله اتصال عرضی تحت شرایط قلیایی قرار می‌گیرد، استحکام چسب را می‌توان تا چهار برابر و مقاومت آن را در برابر نیروهای برشی تقریباً هفت برابر افزایش داد.

دکتر حسین منتظریان، نویسنده اول این پروژه، گفت: آزمایش‌هایی که ما انجام داده‌ایم بینش ارزشمندی در مورد روش‌های فعال‌سازی چقرمگی و چسبندگی در هیدروژل‌های مبتنی بر GelMA ارائه می‌دهد.

محققان به آزمایش سایر مواد شیمیایی برای بهینه سازی اثرات آنها بر خواص مکانیکی GelMA ادامه خواهند داد. این می تواند منجر به بهبود در کاربردهایی مانند دستگاه های پوشیدنی قابل اتصال به پوست یا ایمپلنت های داخلی ترمیم کننده و باسازی شود.

علی خادمحسینی، دکتری، مدیر و مدیرعامل TIBI، گفت: دانش به دست آمده در اینجا در مورد خواص مکانیکی اساسی هیدروژل ها می تواند تأثیرات گسترده ای بر کاربردهای زیست پزشکی داشته باشد. “این یکی از نمونه های متعدد تحقیقات تاثیرگذار از پلت فرم بیومواد ما است.”

منبع