پلی یورتان، کوپلیمری پرکاربرد

[سیندخت 18786]

الاستومرهای پلی یورتانی، خانواده ای از كوپلیمرهای توده ای بخش شده است كه كاربردهای مهمی در زمینه های گوناگون صنعتی و پزشكی پیدا كرده است. اولین پلی یورتان، از واكنش دی ایزوسیانات آلیفاتیك با دی آمین به دست آمد. اتو بایر و همكارانش اولین بار این پلی یورتان را معرفی نمودندکه به شدت آبدوست بود و بنابراین به عنوان پلاستیك یا فیبر نمی توانست مورد استفاده قرار گیرد. واكنش بین دی ایزوسیانات های آلیفاتیك و گلیكول ها منجر به تولید پلی یورتانی با خصوصیات پلاستیكی و فیبری گردید. به دنبال آن، با استفاده از دی ایزوسیانات آروماتیك و گلیكول های با وزن مولكولی بسیار بالا، پلی یورتانی به دست آمد كه خانواده مهمی از الاستومرهای ترموپلاستیك به شمار می رود.

خواص یورتانها از مواد ترموست بسیار سخت تا الاستومرهای نرم تغییر می كند. از پلی یورتانهای ترموپلاستیك، در ساخت وسایل قابل كاشت بسیار مهمی استفاده می شود، چرا كه دارای خواص مكانیكی خوب نظیر استحكام كششی، چقرمگی، مقاومت به سایش و مقاومت به تخریب شدن، به علاوه زیست سازگاری خوب می باشند كه آنها را در گروه مواد مناسب جهت كاربردهای پزشكی قرار می دهد.

 

 

 

● كاربردهای پلی یورتان ها

با استفاده از پلی اترها به عنوان پلی ال، در سنتز پلی یورتان می توان كاشتنی های طولانی مدت تهیه نمود، كه در قلب مصنوعی، کلیه مصنوعی، ریه مصنوعی، هموپرفیوژن، لوزالمعده مصنوعی، *****های خونی، کاتترها، عروق مصنوعی، بای پس سرخرگ ها یا سیاهرگ ها، کاشتنی های دندان و لثه، بیماریهای ادراری، ترمیم زخم، رساندن یا خارج كردن مایعات، نمایش فشار عروق، آنژیوپلاستی، مسدود کردن عروق، جراحی عروق آئورت و كرونری، دریچه های قلب سه لتی و دولتی كاربرد دارند.

در صورتی كه از پلی اترها به عنوان پلی ال، در سنتز پلی یورتان استفاده شود، پلی یورتان های زیست تخریب پذیر مدت تهیه می شود كه به طور مثال در کانال هدایت بازسازی عصب، ساختارهای قلبی –عروقی، بازسازی غضروف مفصل ومنیسک زانو، برای تعویض وجایگزینی استخوان اسفنجی، در سیستم های رهایش کنترول شده دارو و برای ترمیم پوست كاربرد دارد.

 

 

 

● تاثیر ساختار شیمیایی و مورفولوژی سطح روی خون سازگاری پلی یورتان

 

در اواخر سال ۱۹۸۰ تعدادی از دانشمندان، شیمی، ساختار و مورفولوژی سطح پلی یورتان ها را مورد بررسی قرار دادند و به تدریج روش های جدید پوشش دهی سطح به همراه پیوندهای مواد دیگر به سطح پلی یورتان ها، با هدف بهبود خونسازگاری ابداع شد. در سالهای اخیر، ترکیب شیمیایی پلی یورتان ها جهت بهبود خونسازگاری با تغییرات بسیار زیادی همراه شده است. از جمله این موارد سنتز پلی یورتان یا پلی یورتان ِیورا با قسمت های نرم آبدوست است.

 

«Cooper»، نیز در مورد ارتباط بین شیمی پلی ال ها و خون سازگاری پلی یورتانها، تحقیقاتی را برروی نمونه های مختلف پلی یورتانها با پلی ال های متفاوت نظیر PEO، PTMO، PBD (پلی بوتادین) و PDMS انجام داد. این پلی یورتان ها به روش پلیمریزاسیون دو مرحله ای تهیه شدند و بر روی لوله های پلی اتیلنی پوشش دهی شده و سپس درون بدن سگ قرار گرفتند تا پاسخ لخته زایی آنها مشخص گردد. پلی یورتان با پلی ال PDMS کمترین لخته زایی را نسبت به نمونه های دیگر نشان داد. طبیعت آبگریز PDMS باعث بهبود آبگریزی سطح پلی یورتان پایه PDMS و در نتیجه توجیهی برای بهبود خون سازگاری آن نسبت به سایر موارد می شود و میزان چسبندگی اولیه پلاکت ها بااستفاده از سولفونات یا پوشش هایی نظیر هپارین در تغییر پاسخ خون به این مواد نقش بسیار عمده ای را ایفا می کنند. محققی به نام Santerre [۵۵]، پلی یورتان هایی را بر پایه سولفونات سنتز نمود که دارای گروه های مختلف سولفور(۳.۱ % ۱.۴%) بود. در نمونه های با گروه های سولفونات بیشتر زمان لخته زایی افزایش یافت.

 

 

 

● روشهای بهبود خواص سطحی پلی یورتانها

با توجه به اینکه خونسازگاری یک بیومتریال بستگی مستقیم به شیمی سطح آن دارد، تغییر در وضعیت سطحی کمک بسیار زیادی در حل مشکلات خون سازگاری خواهد نمود. از جمله موادی که در این مورد نتایج و رضایت بخشی را در بهبود خونسازگاری نشان داده اند، می توان به سولفونات پلی اتر یورتان، پیوند سطح اکریل آمید و دی اکریل آمید با پلی اتر یورتان، اتصال فسفوریل کولین به سطح پلی اتر یورتان با استفاده از پرتو UV و پیوند پروپیل سولفات – پروپیلن اکساید (PEO SO۳)، اشاره نمود.

در سالهای اخیر محققان زیادی برای افزایش بهبود خونسازگاری بیومتریال ها از پیوند هپارین به سطح آنها استفاده نموده اند كه نتایج رضایت بخشی نیز به همراه داشته است. یکی از مهمترین مشکلات در این راه، پیوند یونی هپارین (surfaces bearing ionically bound heparin ) به سطح پلی یورتان است. هپارین می تواند بصورت کووالانی با گروههای آمین یا هیدروکسیل آزاد ایزوسیانات پیوند برقرار سازد. در بین تمام روشهایی که باعث تثبیت هپارین می شود، موثرترین روش استفاده از تابش اکسیژن پلاسمای یونیزه شده است که باعث پیوند با پلیمر می شود.

نتایج خونسازگاری حاصل از هپارینیزه شدن پلی یورتان، نشانگر فعالیت کمتر پلاکتها و پروتئین های پلاسما است که منجر به کاهش تشکیل لخته خون می شود. همچنین چسبندگی سلولهای تک هسته ای و ترشح فاکتور نکروز تومور در تماس با پلی یورتان هپارینیزه شده کمتر گزارش شده است. از دیگر راههایی که می توان بدون استفاده از پوشش های هپارینی به یک پلی یورتان خون سازگار دست یافت، پوشش دهی یا تثبیت شیمیایی داروهای ضد لخته زا یا مولکولهایی نظیر مشتقات Urookinase ، Prostacyclin، ADPase، Dipyridamol، Glucose و اتمهای نقره گزارش شده است.

پلی یورتان های دارای گروه های سولفونات، لخته زایی بسیار کمی نسبت به پلی یورتان های معمولی داشت. پلی یورتان های سولفونات شده ترومبین (آنزیم مؤثر برای ایجاد لخته) را مصرف کرده و بر پلیمریزه شدن فیبرینوژن تأثیر مستقیم می گذارد.

ایجاد پیوند کووانسی پپتید Arg Gly Asp (RGD)، با ستون اصلی پلیمر نیز یکی دیگر از روش های بهبود خواص خون سازگاری پلی یورتان ها است كه در نتیجه چسبندگی سلول های اندوتلیال به سطح پلیمر افزایش می یابد.

[سیندخت 18786]

● تخریب پلی یورتان ها

همه پلیمرها امكان تخریب دارد و پلی یورتان ها نیز از این قاعده مستثنی نیست جهت جلوگیری از تخریب پلی یورتان ها روش های مختلفی وجود دارد. كه شامل هیدرولیز، فتولیز، سلولیز، تومولیز، پیرولیز (تجزیه در اثر حرارت) وتخریب بیولوژیك، ترك بر اثر استرس محیطی، اكسید شدن و تخریب بوسیله میكروب و قارچها می شود.

در حالت بیولوژیك تنش محیطی باعث ایجاد ترك می شود كه در نهایت شكست ممكن است به وجود آید و باعث ایجاد تخریب سطحی ویژه در پلیمر شود. آنزیم ها نیز می توانند باعث تخریب پلی یورتان ها شود. تخریب میكروبی، یك واكنش تجزیه شیمیایی است كه به وسیله حمله میكرو ارگانیسم ها صورت می گیرد. آنزیم ها و قارچ ها نیز ممكن است پلی یورتان ها را تخریب كند.

پیوندهای مستعد برای تخریب هیدرولیتیك در پلی یورتان ها، پیوندهای استری و یورتانی است. استرها به اسید و الكل تجزیه می شود و پیوندهای یورتانی در نتیجه تخریب شدن به كربامیك اسید و الكل هیدرولیز می شود.

تركیبات مسئول تخریب پلیمرها در بدن شامل آب، نمك، پراكسیدها و آنزیمها است. به طور كلی مولكولهایی مانند ویتامین ها و رادیكالهای آزاد باعث تسریع كردن تخریب می شود. اگر پلی یورتان هیدروفوب باشد تخریب معمولاً در سطح مواد انجام می شود. اگر پلی یورتان ها هیدروفیل باشد، آب در توده پلیمر وارد شده و تخریب در سرتاسر ماده اتفاق می افتد.

▪ تخریب پلیمر در مایع Media ( پلاسما و بافت ) به طوركلی شامل مراحل زیر است.

۱) جذب مدیا در سطح پلیمر،

۲) جذب مدیا به توده پلیمر،

۳) واكنشهای شیمایی با پیوندهای ناپایدار در پلیمر و

۴) نقل و انتقال تولیدات تخریب از ماتریكس پلیمر و جذب سطحی محصولات تخریب از سطح پلیمر.

 

 

 

● تاثیر آبدوستی بر میزان تخریب پلی یورتان های

یكی از مشكلات اصلی كاشت پلی یورتان ها در حالت vivo in تمایل آنها برای آهكی شدن و تخریب شدن است. اكثر ایمپلنت های پلی یورتانی در حالت in vivoاز طریق هیدرولیز تخریب می شود.

الاستومرهای زیست تخریب پذیردر ایمپلنت های قلبی و عروقی، داربستها برای مهندسی بافت، ترمیم غضروف مفصل، پوست مصنوعی و درتعویض و جانشینی پیوند استخوان اسفنجی استفاده می شود.

مواد هیدروفیل مانند هیدروژل ها، به عنوان سدی برای چسبندگی بافت ها استفاده می شود. موادی با هیدروفیلی كم، باعث چسبندگی تكثیر سلول ها می شود كه برای داربستهای مهندسی بافت مناسب است.

 

 

 

● واكنش پلی یورتان زیست تخریب پذیر با استئوبلاست ها و كندروسیت ها و ماكروفاژها

كاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر به عنوان یكی از پیشرفت های عمده در تحقیقات مواد درپزشكی مطرح است. مواد زیست تخریب پذیركاربردهای بی شماری در پزشكی و جراحی دارند واین مواد طوری طراحی شده است كه در حالت in vivo تخریب شود.

تصور كلی از زیست سازگاری بر اساس واكنش میان یك ماده و محیط بیولوژیك است. واكنش بافت ها و سلول ها در خیلی از موارد بوسیله پاسخ التهابی مشخص می شود.

در مهندسی بافت از ماتریس ها و داربستهای زیست تخریب پذیر پلیمری به عنوان حامل سلول برای بازسازی بافت های معیوب استفاده می شود. به طور كلی، ایمپلنت ها نباید باعث پاسخ غیرعادی در بافت ها و باعث تولید مواد سمی یا تأثیرات سرطان زائی در بافت شوند. در تحقیقات جدید، پلی یورتان های زیست تخریب پذیر زیست سازگاری مطلوبی از خود نشان می دهد.

این پلی یورتان ها هر چند كه باعث فعال شدن ماكروفاژها می شود ولی تأثیرات سمی و سرطان زائی در بدن ندارد. در تحقیقات in vivo، فوم پلی یورتان زیست تخریب پذیر، زیست سازگاری مطلوبی را از خود نشان داده است.

در یك تحقیق جدید، جهت ارزیابی زیست سازگاری از فوم پلی استر پلی یورتان زیست تخریب پذیر با سایز سوراخها ۱۰۰ ۴۰۰ m استفاده شده و واكنش كندروسیت های و سلول های استئوبلاست موش [line Mc۳T۳ E۱] با فوم پلی یورتان زیست تخریب پذیر( Degrapol foam) مورد بررسی قرار گرفته شده است پاسخ سلولی که شامل: رشد، فعالیت سلول ها و پاسخ سلولی استئوبلاست ها و ماكروفاژها به محصولات تخریب در نظر گرفته شد. سلول های استئوبلاست ها و كندرویست ها از موش های صحرایی نر بالغ جدا شده بود.

جهت سنتز این كوپلیمر نیز مقدار برابر از PHB– دی ال و پلی کاپرولاکتون دی ال در ۱ و۲ دی كلرو اتیلن حل شده وبه صورت آزئوتروپیكالی به وسیله برگشت حلال تحت نیتروژن خشك، سنتز شد. این پلی استریورتان، یك بخش آمورف و یك بخش كریستالی دارد و همچنین دی ال با PHB تشكیل حوزه های كریستالی می دهد و دی ال با پلی كاپر.لاكتون تشكیل حوزه های آمورف می دهد.

پس از كشت سلولی، اسكن به وسیله میكروسكوپ الكترونی ( SEM) نشان می دهد كه سلول ها در سطح و داخل حفره های فوم رشد می كند و سلول هایی كه در سطح فوم دیده می شود و به صورت یك نمایش سلولی مسطح و چند لایه سلول متلاقی، دیده می شود.

نتایج به دست آمده نشانگر این مطلب است كه استئوبلاست ها و ماكروفاژها توانایی بیگانه خواری و فاگوسیتوز محصولات تخریب را دارندو محصولات تخریب در غلظت كم، تأثیری در رشد و عملكرد استئوبلاست ها نمی گذارد. به طور كلی كندروسیت ها و استئوبلاست ها در فوم زیست تخریب پذیر تكثیر یافت و فنوتیب شان را نگاه داشت. این مطلب نشان می دهد كه این داربستها برای مراحل ترمیم استخوان مفید است.