هيدروجيل مضاد للبكتيريا يتم إنتاجه تلقائيًا

هيدروجيل مضاد للبكتيريا يتم إنتاجه تلقائيًا

تعتبر مقاومة المضادات الحيوية من أكبر العقبات التي تعترض علاج الأمراض البكتيرية. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب عدوى المستشفيات المتكررة العديد من المشاكل ، خاصة في المرضى المقيمين في المستشفى.

في عام 2019 ، أشارت مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها إلى أن أكثر من 700 ألف شخص يموتون سنويًا بسبب الأمراض البكتيرية في جميع أنحاء العالم. دفع هذا الظرف إلى إنشاء خيارات بديلة.

ربما تكون المواد المضادة للبكتيريا هي أكثر العلاجات الواعدة. مضاد للجراثيم الهلاميات المائية، والتي غالبًا ما يتم استكشافها في الأدبيات العلمية ، يتم استخدامها في العديد من المجالات ، بما في ذلك التخلص من النفايات ومعالجة المياه وطلاء الأسطح ، لا سيما في الصناعة الطبية الحيوية.
في هذا العمل ، يُزعم أنه مضاد للجراثيم هيدروجيل سينتج.

من المعتقد أن N-2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) الذي يحتويه سيوفر له توافقًا حيويًا جيدًا ، مما يجعله مناسبًا للتطبيق في تحقيقات هندسة الأنسجة المختلفة ، لا سيما في تضميد الجروح.

سيعطي رباعي فينيل بيريدين في هيكله البوليمر شحنة موجبة. وبالتالي ، من المتوقع أن تقتل المادة البكتيريا من خلال عملية ملامسة نشطة عن طريق تفكيك جدار الخلية البكتيرية سالبة الشحنة. باستخدام cryogelation كعملية تصنيع ، من المأمول أن يكون هيدروجيل شكلت سيكون له هيكل كبير يسهل اختراقه.

لذلك ، ستكون قادرة على امتصاص و تدمير خلايا البكتيريا مثل الإسفنج. على عكس الهلاميات المائية التي تطلق مركبات مضادة للبكتيريا (مبيدات حيوية) في البيئة ، يُعتقد أن سمية أنسجة الآلية المضادة للبكتيريا ستكون ضئيلة بسبب الشحنات الإيجابية في بنيتها.

يهدف cryogel الموصى به في هذا البحث إلى تقليل الالتهابات البكتيرية ، ومنع الأمراض المنقولة عن طريق الاتصال العام ، وتسهيل علاج الالتهابات البكتيرية المقاومة للمضادات الحيوية.

إذا تم استخدامه كضمادة للجروح ، فإنه سيمنع العدوى الثانوية عن طريق توفير نشاط مضاد للجراثيم حول المنطقة ، وبالتالي تسريع التئام الأنسجة.

يعتقد أنه يساهم في تنقية المياه أو تطهيرها عند استخدامه في معالجة المياه أو تطهيرها ، وعند استخدامه كمواد طلاء لمعدات طبية مختلفة ، فإنه يمنع إنتاج البيوفيلم البكتيري ويقلل من التهابات المستشفيات.

هيدروجيل ماء

الهيدروجيل مادة محبة للماء وغير قابلة للذوبان في الماء الجزيء البوليمري مع قدرة عالية على امتصاص الماء ؛ يمكن استخدامها في عدد من التطبيقات الطبية الحيوية ؛ إنه مسامي ومرن ومتشابك ؛ ويمكن تصنيعها بمجموعة واسعة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية.

يمكن استخدامه في تطهير وتنقية المياه من البكتيريا ، كسقالة الأنسجة ومواد تضميد الجروح في هندسة الأنسجة ، وفي إزالة الملوثات من البيئة ، وفي عمليات التنقية ، وكمادة عامل مضاد للجراثيم في المجال الطبي.

الهلاميات المائية المضادة للبكتيريا

أنتج الباحثون الهلاميات المائية المضادة للبكتيريا كاستراتيجية بديلة ضد مقاومة المضادات الحيوية.

بسبب عدم وجود أدوية مثل المضادات الحيوية في المادة ، يتم منع المقاومة و تم تطوير آلية فعالة مضادة للجراثيم.

تقتل الأمراض التي تسببها البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ، والتي يتزايد عددها ، حوالي 13 مليون شخص سنويًا [5].

زادت خطورة الموقف من أهمية أبحاث المواد المضادة للبكتيريا.
بسبب شحنتها الإيجابية، يتم استخدام مجموعات الأمونيوم الرباعية بشكل شائع في الهلاميات المائية المضادة للبكتيريا لأنها قد تتحلل من جدار الخلية البكتيرية سالبة الشحنة.

لتصنيع الهلاميات المائية المضادة للبكتيريا ، يتم استخدام البوليمرات الرباعية المحتوية على الأمونيوم. إن الشحن الإيجابي لمجموعة الأمين العالي 4-فينيل بيريدين عن طريق التحويل الرباعي يمنح خصائص مضادة للجراثيم.

يستخدم البوليمر N-2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) أيضًا في توصيل الأدوية وتطبيقات الهيدروجيل المضادة للبكتيريا.

يقدم فائدة كبيرة بسبب التوافق الحيوي . في هذا البحث ، سيتم إنشاء البوليمرات المشتركة عن طريق الجمع بين اثنين من البوليمرات.

وبالتالي ، فإن الهيدروجيل الناتج سيظهر ميزات مضادة للبكتيريا والتوافق الحيوي.

لحبس البكتيريا داخل مسامها ، يجب أن يكون الهيدروجيل ، الذي يُقصد به أن يكون له آلية نشطة تلامسًا ، كبيرًا. لهذا السبب ، تم اختيار تقنية cryogelation لإنتاج الجل.
في درجات حرارة منخفضة جدًا ، يكون الارتباط بالتبريد هو الارتباط المتقاطع المتزامن للبوليمر في المحلول.

بلورات الجليد تتصرف مثل بوروجين عندما تتجمد في الفجوات بين البوليمرات

بعد عملية cryogelation ، سوف يذوب المحلول المجمد ويتشكل كريوجيل كبير المسام. في تحقيقنا ، كان القصد منه إزالة الماء من الجل المتجمد عن طريق تجفيفه.
نتيجة البحث ، الحقائق المذكورة أعلاه صحيحة.
باستخدام ميزاته ، سيتم إنتاج كريوجيل مع توافق حيوي فائق ، وعدم سمية ، ومسامحة كبيرة ، ونشاط مضاد للجراثيم جوهري ، وطريقة فعالة.

فرضية

تعتبر مقاومة المضادات الحيوية من أكبر العقبات التي تحول دون علاج الأمراض البكتيرية والوقاية منها.
يموت ما يقرب من 13 مليون شخص سنويًا من الأمراض البكتيرية.
وهكذا يتم محاولة طرق مختلفة لمنع أو علاج العدوى.
أظهرت أبحاث المواد المضادة للبكتيريا نتائج واعدة في هذا المجال.

في هذا العمل ، يُقترح البوليمر المشترك 4-فينيل بيريدين (4-VP) و N-2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) لصنع كريوجيل موجب الشحنة.

في هذه الحالة ؛ اعتمادًا على قيمة الرقم الهيدروجيني للمحيط ، قد يُظهر 4-VP خصائص كيميائية ومورفولوجية متنوعة. قد تكون مجموعة الأمين الثلاثية من حلقة بيريدين موجبة الشحنة عند الحمضية مستويات الأس الهيدروجيني وكذلك عن طريق الرباعية مع مواد مختلفة. في هذا العمل ، من المتوقع أن يؤدي تحويل الكريوجل الرباعي وشحنه بشكل إيجابي إلى إضفاء قدرات مضادة للبكتيريا.
في الأبحاث الطبية الحيوية ، يعد N-2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) أحد أكثر البوليمرات المحبة للماء استخدامًا على نطاق واسع.
تم تفضيله في بحث الأطروحة بسبب خصائصه الهامة ، مثل التوافق الحيوي العالي ، والتأثير غير السام ، وتقليل امتصاص السطح.

نظرًا لأن 4-VP له تأثير ضار عند استخدامه بمفرده ، فقد كان يُعتقد أنه من خلال توليفه كبوليمر مشترك مع HPMA متوافق حيويًا ، يمكن إنتاج مادة ذات سمية منخفضة.
ينشط عامل الربط المتشابك القابل للذوبان في الماء 1-إيثيل -3 (3-ثنائي ميثيل أمينوبروبيل) كربوديميد هيدروكلوريد (EDC) مجموعات الكربوكسيل والأمين. يستجيب عند درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة تحت الصفر.

يمنع التشابك إنشاء مجموعات جانبية غير مرغوب فيها نظرًا لعدم وجود وسيط.

سينجز EDC التشابك في هذا البحث عن طريق ربط مجموعات -COOH في نهاية حلقة بيريدين الرباعية بمجموعات أمين من إيثيلين ديامين في الوسط. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأنه سيتم استخدام تقنية cryogelation كعملية تصنيع ، فإن درجة حرارة تشغيل EDC مقبولة لدرجة حرارة التفاعل هذه.
تم اختيار الارتباط بالتبريد كأسلوب التصنيع.
وذلك لأن عملية cryogelation تنتج الهلاميات المائية ذات الأبنية الكبيرة.
بالنظر إلى أن كريوجيل الموصوف في المقالة يهدف إلى قتل البكتيريا عن طريق حصرها ، يجب أن تكون مسام الهلام كبيرة. يُعتقد أنه سيتم اكتساب الخاصية المطلوبة بهذه الطريقة.
علاوة على ذلك ، باستخدام هذا الإجراء ، ستكون قدرة امتصاص سائل كريوجيل أكبر من تلك الموجودة في الهلاميات المائية.

ما هو هيدروجيل؟

الهلاميات المائية هي جزيئات كبيرة محبة للماء وغير قابلة للذوبان في الماء.

يشار إليها أحيانًا على أنها أنظمة شبكة شبه مفتوحة تتكون من سلاسل متشابكة أو قصيرة ذات أطوال مختلفة مرتبطة بوصلات متقاطعة [1].
بعبارة أخرى ، الهلاميات المائية هي مواد تتشكل عن طريق بلمرة المونومرات المحبة للماء في وجود روابط متقاطعة أو عن طريق ربط سلاسل البوليمر ببنية محبة للماء.
تم الإبلاغ عنه في البداية في عام 1960 من قبل Wichterle and Lim. لمادة تسمى أ هيدروجيل, يجب أن يمثل محتواها المائي 10% على الأقل من إجمالي كتلتها (أو حجمها).

بسبب محتواها المائي العالي ، تمتلك الهلاميات المائية درجة مماثلة من المرونة مثل الأنسجة الطبيعية.

كما تحدث الهلاميات المائية بشكل طبيعي.

على سبيل المثال ، الأغشية الحيوية البكتيرية والهياكل النباتية منتشرة في الطبيعة وتحتوي على كميات كبيرة من الماء.
تم استخدام الجيلاتين والأجار في العصور القديمة [4] كمكونات أساسية.
عندما تتعرض ل مذيب مناسب ديناميكيًا حراريًا (ماء أو سائل بيولوجي آخر)، هذه المواد ، التي يمكن أن تحتوي على كمية كبيرة من المذيبات في مسامها أو الفراغات الخلالية ، قد تتوسع إلى حجمها الأقصى.

استجابةً لبعض المحفزات الفيزيائية والكيميائية ، تخضع الهلاميات المائية لتغيير ملحوظ في طور الحجم أو انتقال هلام-سول.

تشمل المحفزات الفيزيائية درجة الحرارة ، والمجال الكهربائي والمغناطيسي ، ومحتوى المذيبات ، وشدة الضوء وشدته ، بينما تشمل المنبهات الكيميائية (أو البيولوجية) الأس الهيدروجيني ووجود الأيونات ومواد كيميائية معينة.

في معظم الحالات ، تكون التغييرات التوافقية للهيدروجيل قابلة للعكس.

بمعنى آخر ، قد تعود مادة الهيدروجيل إلى حالتها الأصلية بعد الاستجابة التي يتم فيها سحب المنبه.
يتم تحديد رد الفعل على المنبهات الخارجية من خلال نوع مونومر المادة ، وكثافة الشحنة ، ووجود السلاسل ، ودرجة الارتباط المتبادل.

يتم تحديد قابلية الماء في الهيدروجيل ، والقدرة على امتصاص الماء ، والصلابة من خلال وجود مجموعات جانبية محبة للماء في سلسلتها الرئيسية (العمود الفقري).
يمكن تقديم مجموعات مثل الكحول وحمض الكربوكسيل (-COOH) والأميد (-CONH2) والأمينو (-NH2) وحمض السلفونيك (-SO3H) كأمثلة. 

الخصائص المميزة للهلاميات المائية

صفات هيدروجيل ، مثل الوظيفة المرغوبة ، وقابلية الانعكاس ، والتعقيم ، والتوافق الحيوي ، تلبي المعايير البيولوجية والمادية لمعالجة الأنسجة / الأعضاء والتفاعل مع الأنظمة البيولوجية.

نظرًا لهذه الميزات ، يمكن أيضًا استخدام الهلاميات المائية في مجالات تنقية المياه ، وكروماتوجرافيا التبادل الأيوني ، واستعادة الزيت ، وصناعة المستشعرات ، وصناعة الإنزيمات المجمدة ، والزراعة ، وتغليف المواد الغذائية ، والصيدلة ، والطب الحيوي.

على الرغم من امتلاكها خصائص مفيدة مثل الماء ، والقدرة على التورم ، والجيل ، والقوة الميكانيكية ، والمسامية ، والتوافق الحيوي ، فإن الهلاميات المائية لها أيضًا خصائص غير مرغوب فيها.

يشمل الحد من استخدام الهلاميات المائية قابلية محدودة للذوبان ، والتبلور المفرط ، وبعض الخصائص الميكانيكية والحرارية غير المواتية ، ووجود مونومرات غير متفاعلة ، و توظيف الخطورة المتشابكة.
يتم تحديد قابلية التحلل البيولوجي للهيدروجيل بواسطة المونومر ونوع الرابطة. وبالتالي ، فإن قابلية التحلل البيولوجي للهلاميات المائية تختلف باختلاف استخدامها المقصود

إنتاج كريوجل طبيعي مضاد للبكتيريا

مصدر :https://steelstandart.com/production-of-spontaneous-antibacterial-cryogels/