Αντιβακτηριδιακή υδρογέλη που παράγεται αυθόρμητα

Αντιβακτηριδιακή υδρογέλη που παράγεται αυθόρμητα

Η αντοχή στα αντιβιοτικά είναι ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια για τη θεραπεία βακτηριακών ασθενειών. Επιπλέον, οι συχνές νοσοκομειακές λοιμώξεις προκαλούν αρκετά προβλήματα, ιδιαίτερα σε νοσηλευόμενους ασθενείς.

Το 2019, τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων αναφέρουν ότι περισσότεροι από 700 χιλιάδες άνθρωποι πεθαίνουν ετησίως από βακτηριακές ασθένειες σε όλο τον κόσμο. Αυτή η κατάσταση ώθησε τη δημιουργία εναλλακτικών επιλογών.

Τα αντιβακτηριακά υλικά είναι ίσως τα πιο πολλά υποσχόμενα από αυτές τις θεραπείες. Αντιβακτηριδιακό υδρογέλες, τα οποία συχνά διερευνώνται στην επιστημονική βιβλιογραφία, χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της διάθεσης απορριμμάτων, της επεξεργασίας νερού και της επιφανειακής επικάλυψης, ιδιαίτερα στη βιοϊατρική βιομηχανία.
Σε αυτή την εργασία, υποστηρίζεται ότι ένα αντιβακτηριδιακό υδρογέλη θα παραχθεί.

Πιστεύεται ότι το Ν-2-υδροξυπροπυλομεθακρυλαμίδιο (HPMA) που περιέχει θα του παρέχει καλή βιοσυμβατότητα, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογή σε διάφορες έρευνες μηχανικής ιστών, ιδιαίτερα στον επίδεσμο τραυμάτων.

Η τεταρτοταγοποιημένη 4-βινυλοπυριδίνη στη δομή της θα δώσει στο πολυμερές θετικό φορτίο. Έτσι, αναμένεται ότι η ουσία θα σκοτώσει τα βακτήρια με μια διεργασία ενεργητικής επαφής, αποσυνθέτοντας το αρνητικά φορτισμένο βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα. Χρησιμοποιώντας την κρυοπηκτοποίηση ως διαδικασία παραγωγής, ελπίζεται ότι το υδρογέλη σχηματίστηκε θα είχε μακροπορώδη δομή.

Επομένως, θα είναι ικανό να απορροφά και καταστρέφοντας τα βακτηριακά κύτταρα σαν σφουγγάρι. Σε αντίθεση με τις υδρογέλες που απελευθερώνουν αντιβακτηριακές ενώσεις (βιοκτόνα) στο περιβάλλον, πιστεύεται ότι η τοξικότητα των ιστών του αντιβακτηριακού μηχανισμού θα είναι ελάχιστη λόγω των θετικών φορτίων στη δομή του.

Το cryogel που προτείνεται σε αυτή την έρευνα στοχεύει στη μείωση των βακτηριακών λοιμώξεων, στην πρόληψη ασθενειών που μεταδίδονται μέσω της δημόσιας επαφής και στη διευκόλυνση της θεραπείας βακτηριακές λοιμώξεις ανθεκτικές στα αντιβιοτικά.

Εάν χρησιμοποιηθεί ως επίδεσμος πληγών, θα αποτρέψει δευτερογενείς λοιμώξεις παρέχοντας αντιβακτηριακή δράση γύρω από την περιοχή, επιταχύνοντας έτσι την επούλωση των ιστών.

Πιστεύεται ότι συμβάλλει στην καθαρισμός ή απολύμανση νερού όταν χρησιμοποιείται σε επεξεργασία ή απολύμανση νερού και όταν εφαρμόζεται ως υλικό επικάλυψης σε διαφορετικό ιατρικό εξοπλισμό, εμποδίζει την παραγωγή βακτηριακού βιοφίλμ και μειώνει τις νοσοκομειακές λοιμώξεις.

Η υδρογέλη είναι υδρόφιλη

Η υδρογέλη είναι υδρόφιλη, αδιάλυτη στο νερό πολυμερικό μακρομόριο με υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού. μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες βιοϊατρικές εφαρμογές. Είναι πορώδες, εύκαμπτο και διασταυρωμένο. και μπορεί να κατασκευαστεί με ένα ευρύ φάσμα χημικών και φυσικών χαρακτηριστικών.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό και τον καθαρισμό του νερού από βακτήρια, ως ικρίωμα ιστού και υλικό επίδεσης τραυμάτων στη μηχανική ιστών, στην απομάκρυνση ρύπων από το περιβάλλον, σε διαδικασίες καθαρισμού και ως αντιβακτηριακός παράγοντας στον ιατρικό τομέα.

Αντιβακτηριακές υδρογέλες

Οι ερευνητές έχουν παραγάγει αντιβακτηριακές υδρογέλες ως εναλλακτική στρατηγική κατά της αντοχής στα αντιβιοτικά.

Λόγω της απουσίας φαρμάκων όπως τα αντιβιοτικά στην ουσία, αποτρέπεται η αντίσταση και α έχει αναπτυχθεί αποτελεσματικός αντιβακτηριακός μηχανισμός.

Οι ασθένειες που προκαλούνται από ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια, των οποίων ο αριθμός αυξάνεται, σκοτώνουν περίπου 13 εκατομμύρια ανθρώπους κάθε χρόνο [5].

Η βαρύτητα της κατάστασης έχει αυξήσει τη σημασία της έρευνας αντιβακτηριακού υλικού.
Λόγω του θετικού τους φορτίου, ομάδες τεταρτοταγούς αμμωνίου χρησιμοποιούνται συνήθως σε αντιβακτηριακές υδρογέλες επειδή μπορεί να υποβαθμίσουν το αρνητικά φορτισμένο βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα.

Για την κατασκευή αυτο-αντιβακτηριακών υδρογελών, χρησιμοποιούνται πολυμερή τεταρτοταγούς αμμωνίου. Η θετική φόρτιση της ομάδας τριτοταγούς αμίνης της 4-βινυλοπυριδίνης με τεταρτοταγή προσδίδει αντιβακτηριακά χαρακτηριστικά.

Το πολυμερές Ν-2-υδροξυπροπυλομεθακρυλαμίδιο (HPMA) χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές χορήγησης φαρμάκων και αντιβακτηριακών υδρογέλης.

Προσφέρει σημαντικό όφελος λόγω του βιοσυμβατότητα . Σε αυτή την έρευνα, θα δημιουργηθούν συμπολυμερή με συνδυασμό δύο πολυμερών.

Έτσι, η προκύπτουσα υδρογέλη θα εμφανίσει τόσο αντιβακτηριακά όσο και βιοσυμβατότητα.

Για να παγιδευτούν βακτήρια μέσα στους πόρους του, η υδρογέλη, η οποία προορίζεται να έχει μηχανισμό ενεργού επαφής, πρέπει να είναι μακροπορώδης. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε η κρυοπηκτοποίηση ως τεχνική για την παραγωγή της γέλης.
Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, η κρυοπηκτοποίηση είναι η ταυτόχρονη διασύνδεση πολυμερούς σε διάλυμα.

Οι παγοκρύσταλλοι συμπεριφέρονται ως πορογόνο όταν παγώνουν στα κενά μεταξύ των πολυμερών

Μετά τη διαδικασία κρυοπηκτοποίησης, το κατεψυγμένο διάλυμα θα λιώσει και θα σχηματιστεί ένα μακροπορώδες κρυοπήγμα. Στην έρευνά μας, προοριζόταν να εξαλειφθεί το νερό από το παγωμένο τζελ στεγνώνοντάς το.
Ως αποτέλεσμα της έρευνας, τα προαναφερθέντα γεγονότα είναι αληθινά.
Αξιοποιώντας τα χαρακτηριστικά του, θα παραχθεί ένα κρυογέλη με ανώτερη βιοσυμβατότητα, μη τοξικότητα, μακροπορώδες, εγγενή αντιβακτηριακή δράση και αποτελεσματική μέθοδο.

Υπόθεση

Η αντοχή στα αντιβιοτικά είναι ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια για τη θεραπεία και την πρόληψη βακτηριακών ασθενειών.
Περίπου 13 εκατομμύρια άνθρωποι πεθαίνουν ετησίως από βακτηριακές ασθένειες.
Έτσι επιχειρούνται διαφορετικοί τρόποι για την πρόληψη ή τη θεραπεία της μόλυνσης.
Η έρευνα αντιβακτηριακού υλικού έχει δείξει πολλά υποσχόμενα ευρήματα σε αυτόν τον τομέα.

Σε αυτήν την εργασία, το μακροπορώδες τεταρτοταγές συμπολυμερές 4-βινυλοπυριδίνης (4-VP) και Ν-2-υδροξυπροπυλομεθακρυλαμιδίου (HPMA) προτείνεται για την κατασκευή μιας θετικά φορτισμένης κρυοπηκτής.

Σε αυτήν την περίπτωση, Ανάλογα με την τιμή του pH του περιβάλλοντός του, το 4-VP μπορεί να παρουσιάζει ποικίλα χημικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά. Η ομάδα τριτοταγούς αμίνης του δακτυλίου πυριδίνης μπορεί να είναι θετικά φορτισμένη σε όξινο επίπεδα pH και επίσης με τεταρτοταγοποίηση με διαφορετικές ουσίες. Σε αυτή την εργασία, προβλέπεται ότι η τεταρτοταγή και η θετική φόρτιση του κρυοπήγματος θα του προσδώσει αντιβακτηριακές ικανότητες.
Στη βιοϊατρική έρευνα, το Ν-2-υδροξυπροπυλομεθακρυλαμίδιο (HPMA) είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υδρόφιλα πολυμερή.
Ευνοήθηκε στην έρευνα της διατριβής γιατί να τα σημαντικά χαρακτηριστικά του, όπως η υψηλή βιοσυμβατότητα, η μη τοξική δράση και η μειωμένη επιφανειακή προσρόφηση.

Δεδομένου ότι το 4-VP έχει επιβλαβή επίδραση όταν χρησιμοποιείται μόνο του, πιστεύεται ότι με τη σύνθεση του ως συμπολυμερούς με βιοσυμβατό HPMA, μπορεί να παραχθεί ένα υλικό με μειωμένη τοξικότητα.
Ο υδατοδιαλυτός παράγοντας διασύνδεσης υδροχλωρικό 1-αιθυλ-3-(3-διμεθυλαμινοπροπυλ)καρβοδιιμίδιο (EDC) ενεργοποιεί ομάδες καρβοξυλίου και αμίνης. Αποκρίνεται τόσο σε θερμοκρασία δωματίου όσο και σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν.

Η διασύνδεση αποτρέπει τη δημιουργία ανεπιθύμητων πλευρικών ομάδων αφού δεν υπάρχει ενδιάμεσος.

Το EDC θα επιτύχει διασύνδεση σε αυτήν την έρευνα συνδέοντας τις ομάδες -COOH στο τέλος του τεταρτοταγούς δακτυλίου πυριδίνης με τις αμινο ομάδες της αιθυλενοδιαμίνης στο μέσο. Επιπλέον, δεδομένου ότι η κρυοπηκτοποίηση θα χρησιμοποιηθεί ως διαδικασία κατασκευής, η Η θερμοκρασία λειτουργίας του EDC είναι αποδεκτή για αυτή τη θερμοκρασία αντίδρασης.
Ως τεχνική κατασκευής επιλέχθηκε η κρυοπηκτοποίηση.
Αυτό συμβαίνει επειδή η κρυοπηκτοποίηση παράγει υδρογέλες με μακροπορώδεις αρχιτεκτονικές.
Δεδομένου ότι η κρυογέλη που περιγράφεται στο άρθρο προορίζεται να σκοτώσει τα βακτήρια παγιδεύοντάς τα, οι πόροι του τζελ θα πρέπει να είναι μεγάλοι. Πιστεύεται ότι το επιθυμητό χαρακτηριστικό θα αποκτηθεί με αυτόν τον τρόπο.
Επιπλέον, χρησιμοποιώντας αυτή τη διαδικασία, η ικανότητα απορρόφησης υγρού του κρυοπήγματος θα είναι μεγαλύτερη από αυτή των υδρογέλης.

Τι είναι το Hydrogel;

Οι υδρογέλες είναι μακρομόρια που είναι υδρόφιλα και αδιάλυτα στο νερό.

Μερικές φορές αναφέρονται ως συστήματα ημι-ανοικτού δικτύου που αποτελούνται από μπερδεμένες ή μικρές αλυσίδες διαφορετικού μήκους που συνδέονται με διασταυρώσεις [1].
Με άλλα λόγια, οι υδρογέλες είναι ουσίες που σχηματίζονται με πολυμερισμό υδρόφιλων μονομερών παρουσία διασταυρούμενων δεσμών ή με διασύνδεση αλυσίδων πολυμερών με δομή που αγαπά το νερό.
Αναφέρθηκε αρχικά το 1960 από τους Wichterle και Lim. Για μια ουσία που ονομάζεται α υδρογέλη, Η περιεκτικότητά του σε νερό πρέπει να αντιστοιχεί τουλάχιστον σε 10% της συνολικής μάζας (ή όγκου).

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε νερό, οι υδρογέλες έχουν συγκρίσιμο βαθμό ελαστικότητας με τον φυσικό ιστό.

Οι υδρογέλες υπάρχουν επίσης στη φύση.

Για παράδειγμα, τα βακτηριακά βιοφίλμ και οι φυτικές δομές είναι διαδεδομένα στη φύση και συγκρατούν μεγάλες ποσότητες νερού.
Η ζελατίνη και το άγαρ χρησιμοποιούνταν στην αρχαιότητα [4] ως βασικά συστατικά.
Όταν εκτίθεται σε α θερμοδυναμικά επαρκής διαλύτης (νερό ή άλλο βιολογικό υγρό), αυτά τα υλικά, τα οποία μπορεί να περιέχουν σημαντική ποσότητα διαλύτη στους πόρους ή τους ενδιάμεσους χώρους τους, μπορεί να επεκταθούν στο μέγιστο μέγεθος τους.

Σε απόκριση σε ορισμένα φυσικά και χημικά ερεθίσματα, οι υδρογέλες υφίστανται μια αξιοσημείωτη αλλαγή φάσης όγκου ή μετάβαση γέλης-διαλύματος.

Τα φυσικά ερεθίσματα περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο, την περιεκτικότητα σε διαλύτη, την ένταση και την ένταση του φωτός, ενώ τα χημικά (ή βιολογικά) ερεθίσματα περιλαμβάνουν το pH, την παρουσία ιόντων και συγκεκριμένες χημικές ουσίες.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι αλλαγές στη διαμόρφωση της υδρογέλης είναι αναστρέψιμες.

Με άλλα λόγια, η ουσία υδρογέλης μπορεί να επανέλθει στην αρχική της κατάσταση μετά από μια απόκριση στην οποία το ερέθισμα αποσύρεται.
Η αντίδραση σε εξωτερικά ερεθίσματα καθορίζεται από τον τύπο του μονομερούς του υλικού, την πυκνότητα φορτίου, την ύπαρξη αλυσίδων και τον βαθμό διασύνδεσης.

Η υδροφιλία, η ικανότητα απορρόφησης νερού και η ακαμψία των υδρογελών καθορίζονται από την παρουσία υδρόφιλων πλευρικών ομάδων στην κύρια αλυσίδα τους (ραχοκοκαλιά).
Ομάδες όπως αλκοόλη, καρβοξυλικό οξύ (-COOH), αμίδιο (-CONH2), αμινο (-ΝΗ2) και σουλφονικό οξύ (-SO3H) μπορούν να παρέχονται ως παραδείγματα. 

Τα καθοριστικά χαρακτηριστικά των υδρογελών

Οι ιδιότητες υδρογέλης, όπως η επιθυμητή λειτουργικότητα, η αναστρεψιμότητα, η αποστείρωση και η βιοσυμβατότητα, ικανοποιούν βιολογικά και υλικά κριτήρια για την επεξεργασία ιστών/οργάνων και την αλληλεπίδραση με βιολογικά συστήματα.

Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, οι υδρογέλες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στους τομείς του καθαρισμού νερού, της ιοντοανταλλακτικής χρωματογραφίας, της ανάκτησης λαδιού, της βιομηχανίας αισθητήρων, της βιομηχανίας ακινητοποιημένων ενζύμων, της γεωργίας, της συσκευασίας τροφίμων, της φαρμακευτικής και της βιοϊατρικής.

Παρά το γεγονός ότι διαθέτουν ευεργετικά χαρακτηριστικά όπως η υδροφιλία, η ικανότητα διόγκωσης, η δυνατότητα πηκτωματοποίησης, η μηχανική αντοχή, το πορώδες και η βιοσυμβατότητα, οι υδρογέλες έχουν επίσης ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά.

Ο περιορισμός της χρήσης υδρογέλης περιλαμβάνει περιορισμένη διαλυτότητα, υπερβολική κρυστάλλωση, ορισμένα δυσμενή μηχανικά και θερμικά χαρακτηριστικά, την ύπαρξη μονομερών που δεν αντέδρασαν και η χρήση επικίνδυνων διασυνδέσεων.
Η βιοαποδομησιμότητα της υδρογέλης καθορίζεται από το μονομερές και τον τύπο του δεσμού. Κατά συνέπεια, η βιοαποδομησιμότητα των υδρογελών ποικίλλει ανάλογα με την προβλεπόμενη χρήση τους

Παραγωγή Φυσικών Αντιβακτηριακών Κρυοτζελών

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