Vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi môi trường [Lưu Trữ]

View Full Version : Vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi môi trường

Teppi

11-23-2008, 09:22 PM

Hydrogel là một trong những nguyên liệu dùng trong bào chế thuốc phóng thải có kiểm soát.
Thuốc phóng thải có kiểm soát là một trong những phát triển trong ngành bào chế dược. Có 5 dạng giải phóng thuốc:

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/cacdangphongthaithuoc.jpg

Sự phóng thải thuốc cần đáp ứng được hiệu quả trị liệu và tác dụng trong tổ chức sống theo như giản đồ minh họa:

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/dothinongdothaitheothoigian.jpg

Vậy các hydrogel này làm thế nào tạo được hiệu quả nói trên trong việc kiểm soát sự phóng thải thuốc?

Các hydrogel được phát triển như là vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi môi trường. Chúng có thể thay đổi thể tích đáp ứng theo sự thay đổi các thông số môi trường như niệt độ, pH, lực ion, v.v… ( hình 1). Những đặc tính độc đáo của hydrogel đem lại sự quan tâm đặc biệt đến kỹ thuật vận chuyển dược chất, bao bọc tế bào và mô. Polymer có tính chất đáp ứng môi trường đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các vật liệu hydrogel mới.

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/hydrogel-1.jpg

Vật liệu hydrogel có thể cấu thành từ:

Các polymer trộn hợp ( Polymer blends )

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/polymertronhop2tp.jpg

Sự trộn hợp các polymer ưa nước-kỵ nước tạo ra các composite hydrogel bị phân pha. Sự trộn hợp các polymer khác nhau và đem các tính chất riêng lẻ của từng polymer thành phần vào hỗn hợp là phương thức rẻ tiền và tiện lợi để xây dựng vật liệu mới. Các polymer trộn hợp cho các tính chất vượt trội khi so với tính chất riêng rẻ từng thành phần cộng gộp lại. Điều này có nghĩa là 1+ 1 >2. Ưu điểm của hệ polymer trộn hợp trong ứng dụng phát thải có kiểm soát là dễ sử dụng trong các thiết bị , dễ hiệu chỉnh các tính chất của thiết bị ( hydrat hóa, tốc độ giảm cấp, và độ bền cơ học), dễ nâng cao tính chất phát thải thuốc về yếu tố chứa thuốc và tạo các vùng chứa thuốc trong pha phân tán như các vi nang.

Interpolymer

Các phức hợp interpolymer là các cấu trúc đại phân tử hình thành bởi sự liên kết không đồng hóa trị của các mạch polymer với nhau. Phức hợp này tạo thành từ sự liên kết các đơn vị lặp lại trên các mạch khác nhau của các polymer hoặc các vùng ngay chính trên mạch polymer đó. Phân loại chủ yếu của các phức hợp polymer là phức lập thể, phức đa điện ly, và phức liên kết hydro.

Mạng polymer đan xuyên (Interpenetrating polymer networks)

Mạng polymer đan xuyên (IPN) là loại polymer tổ hợp có dạng mạng lưới đan xen lẫn nhau. Trong đó có ít nhất một thành phần được trùng hợp , khâu mạch trong thành phần khác. Các IPN này bao gồm hai hay nhiều polymer trong mạng, giữ nhau bởi các mắc mứu từ trên hai liên kết đồng hóa trị giữa các mạch của hai loại polymer. Các IPN mang tính chất vật lý tốt hơn nhiều so với các loại polymer tổ hợp thông thường.

Mạng polymer đan xuyên (IPN) được phân loại theo hóa học và cấu trúc:
- Hóa học: IPN hình thành tuần tự, IPN hình thành một lần.
- Cấu trúc: IPN thuần túy, IPN đơn nhất, IPN bán xuyên, IPN nhũ tương, IPN nhiệt dẻo

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/IPNtype.jpg

Một hình thái đặc biệt của mạng polymer đan xuyên là :
các bàn chải polymer

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/polymerbrush.jpg

và hạt nanopolymer

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/nanoparticle-drugdeliver.jpg

Copolymer khối (Block copolymers )

Copolymer khối lưỡng tính có chứa các phân đoạn ưa nước và kỵ nước liên kết hóa học với nhau. Chúng đem lại sự đa dạng hình thái trong trạng thái rắn và các dung môi. Polymer lưỡng điện kiểu Zwitter có ít nhất hai khối mang điện tích trái dấu tương tự như các protein hình thành họ copolymer khối có các tính chất độc đáo. Hiện nay, các kiểu copolymer khối kiểu ABA, ABC mang đặc tính hình thái dạng khối đã có thể cho ra các hydrogel nhạy nhiệt hiệu quả cho ứng dụng trong các hệ phân phối thuốc và liệu pháp tế bào.

Teppi

11-30-2008, 07:53 PM

Vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với thay đổi môi trường (tiếp theo)

Các công thức thuốc phóng thải có kiểm soát dùng qua da, đường miệng, … sử dụng hydrogel kiểm soát phân phối thuốc theo các cơ chế sau:

- Khuếch tán: khuếch tán qua màng bao, khuếch tán từ trong nền hydrogel
- Giảm cấp hóa học: nền hydrogel giảm cấp sinh học và bào mòn sinh học, thủy phân cắt liên kết thuốc-hydrogel nhờ men
- Kích hoạt bằng dung môi: thẩm thấu, trương nở
- Thải theo tác động kích thích của nhiệt độ, pH, điện từ trường,…

Hình dưới đây là tóm tắt ba cơ chế được ứng dụng phổ biến:

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/3cochethaithuoc.jpg

Như vậy, các polymer thành phần trong hydrogel cần được chọn lựa như thế nào để có thể đáp ứng một trong các cơ chế phóng thải thuốc nói trên?

1- Theo cơ chế khuếch tán:

Việc sử dụng polymer tổ hợp là phổ biến khi theo cơ chế này.

Polymer tổ hợp gồm PVA và chitosan cho màng bao thuốc thải theo kiểu khuếch tán qua màng. Đã có những kết quả ứng dụng của thuốc thải prostagladin E1, riboflavin
và insulin sử dụng kiểu cơ chế này.

Polymer tổ hợp Carbopol 934P và 971P được dùng làm hydrogel nền để giữ các phân tử thuốc nằm bên trong. Thuốc sẽ khuếch tán dần ra ngoài từ trong nên polymer tổ hợp này. Thuốc chứa biệt dược ibuprofen đã sử dụng loại nền này.

http://i290.photobucket.com/albums/ll270/ctnhan/hydrogel-khuechtan.jpg

Turion64

03-23-2009, 07:24 PM

2. Theo cơ chế trương nở
Sự phân tán dược phẩm theo cơ chế trương nở xuất hiện khi sự khuếch tán dược phẩm/protein nhanh hơn sự trương nở của polymer. Do đó sẽ có sự dịch chuyển của các phân tử giữa mặt phân cách của trạng thái cao su và trạng thái thủy tinh của polymer trương nở giống như sự di chuyển ra vùng biên.
3. cơ chế phân tán dược phẩm bằng phương pháp hóa học được dùng để mô hình hóa sự phân tán các phân tử, được xác định thông qua các phản úng xảy ngay trong phân tử chất mang. Phản ứng thuần túy nhất xảy ra trong chất mang là phản ứng thủy phân của chuổi polymer, theo con đường thủy phân, sự phân hủy bởi enzym hoặc là các phản ứng thuận nghịch, bất thuận nghịch xảy ra giữa mạng lưới polymer với dược phẩm. cơ chế giảm cấp hóa học này chịu sự chi phối bởi các phản ứng hóa học xảy trong xuốt quá trình phân tán dược phẩm. Thông thường sự giải phóng dược phẩm xuất hiện thông qua sự ăn mòn bề mặt hoặc thủy phân khối polymer.

Turion64

03-23-2009, 07:45 PM

Copolymer hydrogel nhạy cảm nhiệt độ
Copolymer nhạy cảm là nhóm vật liệu có khả năng tự thay đổi cấu trúc của chúng cho phù hợp với sự kích thích của môi trường. Có nhiều loại kích thích nhạy cảm khác nhau như nhạy cảm pH, nhiệt độ, điện trường…
Trong số các vật liệu nhạy cảm thì copolymer hydrogel nhạy cảm nhiệt cho thấy khả năng chuyển pha giữa sol-gel theo sự thay dổi của nhiệt độ đã đưa ra những ứng dụng trong Y sinh như hệ thống phân tán dược phẩm. Bởi vì sự chuyển pha giữa sol-gel của hydrogel này có thể kiểm soát dễ dàng bằng sự thay đổi nhiệt độ môi trường. Những cấu trúc kỵ nước của chúng tham gia vào liên kết của cấu trúc polymer làm cho dung dịch nước của polymer thay đổi từ trạng thái sol sang gel một cách dễ dàng dưới tác dụng của sự thay đổi nhiệt.
block copolymer dạng BAB là một trong những hydrogel nhạy cảm nhiệt độ đặc trưng, chúng chứa các block ưa nước ở tâm (core) và các block kỵ nước ở phần cuối cấu trúc của polymer. Những block kỵ nước này đóng vai trò như một phần nhạy cảm nhiệt, tính kỵ nước của chúng tỷ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ. Do đó chúng thể hiện được tính tan- không tan của block copolymer và chúng là phần phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ.
Cơ chế của sự chuyển pha sol-gel của copolymer này như sau
( file đính kèm) ( vì mình cách nào để đưa hình vào bài viết )

Các hydrogel nhạy cảm nhiệt như poly(ethylene oxide)-b-poly(l-lactide-co-glycolide) (PEO-P(LLA/GA)), poly(ethylene oxide)-b-poly((D,L-lactide-co-glycolide) (PEO-P(DLLA/GA)), và PEG-grafted chitosan.
Các triblock copolymer hydrogel nhạy cảm nhiệt độ khác đi từ loại cấu trúc ABA của poly(ehtylen glycol)-poly(L-lactide)-poly(thylen glicol) Triblock copolymer (PEG-PLLA-PEG).

lazyT

06-24-2010, 05:06 PM

lazyT

07-01-2010, 05:16 PM

Không biết có AE nào giúp mình giải đáp thắc mắc về vấn đề này được ko?
Cảm ơn!

Turion64

08-04-2010, 02:08 PM

Về vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với môi trường, mình vẫn đang thắc mắc một số vấn đề cụ thể sau:
1/ Vật liệu nhạy nhiệt: nếu đưa vào cơ thể có nhiệt độ ổn định từ 35 - 37.5 độ thì làm sao tác dụng nhạy nhiệt được phát huy?
2/ Vật liệu nhạy pH: nếu qua đường ruột thì mình không nói, vì dạ dày có độ acid cao, các đoạn ruột sau có pH cao hơn nên có thể khuếch tán, thay đổi trạng thái, etc.

Vật liệu nhạy cảm nhiệt độ or/ and pH thể hiện tác dụng nhạy cảm ở các trạng thái sau : khi VL ở nhiệt độ < 35 -37 độ ( vùng nhiệt cơ thể ) ( ví dụ ở 15độ , pH = 4) thông thường hoặc theo mục đích sử dụng thì nó sẽ ở trạng thái lỏng, nên chúng ta có thể tiêm vào cơ thể cách dễ dàng. khi VL được tiêm vào có thể, nhiệt độ môi trường lúc này là 35-37 độ, pH = 7. VL sẽ chuyển sang trạng thái gel. và nó sẽ tồn tại ở trạng thái này trong suốt quá trình phân hủy sinh học của VL.

nhưng nếu dùng qua cách tiêm qua da hay truyền trực tiếp vào máu thì cơ chế tác dụng của VL này mình chưa hiểu lắm? Theo mình biết thì VL này thường gel hóa ngay khi vào cơ thể, vậy làm sao vận chuyển được nhỉ?

Thực tế quá trình gel hóa của VL nhạy cảm môi trường nó không xảy ra tức thì , đột ngột mà nó xảy ra sau một khoảng thời gian nhất định. do đó, sau khi được tiêm vào cơ thể chúng được di chuyển theo đường máu trong động mạch or tĩnh mạch đến một vùng cần chữa trị ( ví dụ như khối u, tế bào ung thư ) thì tập trung lại và sau một khoãng thời gian chúng sẽ gel hóa và ở lại tại vùng đó. thực hiện quá trình phân hủy sinh học thải thuốc /protein để khống chế tế bào ung thư. cái này người ta gọi là thuốc tại đích.
Còn trường hợp tiêm vài dưới da, sau khi tiêm vào có thể một thời gian thì VL sẽ gel hóa và ở tại vị trí tiêm. tại đó VL ngậm thuốc sẽ thực hiện quá trình phân hủy sinh học để thải thuốc/protein. thuốc/protein sẽ theo đường máu đi đến các vùng cần chữa trị để thực hiện nhiệm vụ.

Hiện tại ở VN đã có một số báo cáo về VL nhạy cảm môi trường, nếu Bạn quan tâm có thể liên hệ ở Phòng TN trọng điểm Quốc Gia Polymer & Composite, Đại học BK HCM.

Teppi

08-09-2010, 01:20 PM

Về vật liệu nhạy cảm và đáp ứng với môi trường, mình vẫn đang thắc mắc một số vấn đề cụ thể sau:
1/ Vật liệu nhạy nhiệt: nếu đưa vào cơ thể có nhiệt độ ổn định từ 35 - 37.5 độ thì làm sao tác dụng nhạy nhiệt được phát huy?
2/ Vật liệu nhạy pH: nếu qua đường ruột thì mình không nói, vì dạ dày có độ acid cao, các đoạn ruột sau có pH cao hơn nên có thể khuếch tán, thay đổi trạng thái, etc. nhưng nếu dùng qua cách tiêm qua da hay truyền trực tiếp vào máu thì cơ chế tác dụng của VL này mình chưa hiểu lắm? Theo mình biết thì VL này thường gel hóa ngay khi vào cơ thể, vậy làm sao vận chuyển được nhỉ?
3/ Cái này chỉ là thắc mắc ngoài lề, mình thấy VL nhạy cảm với mtruong còn có thể đc ứng dụng làm sensor (tất nhiên là biosensor), ko biết nước mình có ai nghiên cứu về vấn đề này không?
Vài câu hỏi lảm nhảm, nhưng mong các AE chỉ giáo. Cảm ơn nhiều!

Bạn lazy thân mến,

Câu hỏi của bạn đã được bạn Turion giải đáp một phần, tôi bổ sung thêm để bạn nắm rõ hơn.

2/ Vật liệu nhạy pH: nếu qua đường ruột thì mình không nói, vì dạ dày có độ acid cao, các đoạn ruột sau có pH cao hơn nên có thể khuếch tán, thay đổi trạng thái, etc. nhưng nếu dùng qua cách tiêm qua da hay truyền trực tiếp vào máu thì cơ chế tác dụng của VL này mình chưa hiểu lắm? Theo mình biết thì VL này thường gel hóa ngay khi vào cơ thể, vậy làm sao vận chuyển được nhỉ?

Nếu dùng vật liệu nhạy pH cho thuốc tiêm qua da s9it theo đường máu thì nó phải đáp ứng theo cơ chế lỏng ở pH trung tính, gel ở pH thấp nếu theo tới vùng thận, phổi. Thuật từ gel ở đây chỉ là một phần, chứ đúng ra là "bám lên " mô hoặc tế bào bệnh. Trường hợp này, vật liệu nhạy pH đóng vai trò như chất liệu tăng bám chứ không phải là tải thuốc hoàn toàn.

Trường hợp này dùng trong chiến thuật "gây đói" tế bào bình bằng cách bao vây bằng màng phủ gel, không cho chúng tiếp xúc với các phân tử đường...

Một số cách khác như thực hiện lớp 2-3 màng vật liệu nhạy pH cao kết hợp nhạy pH thấp. Lớp thứ nhất, phủ ngoài bị gel trong pH cao. Khi vật liệu tới vùng pH thấp, lớp phủ ngoài tan để lộ lớp trong nhạy pH thấp. Như vậy thuốc chứa trong nền 2 lớp này được rải đều từ vùng pH cao tới thấp.

1-Vật liệu nhạy nhiệt: nếu đưa vào cơ thể có nhiệt độ ổn định từ 35 - 37.5 độ thì làm sao tác dụng nhạy nhiệt được phát huy?

Vật liệu nhạy nhiệt không nhất thiết chỉ nhạy ở vùng nhiệt 35-37 độ C. Ví dụ, vật liệu nhạy nhiệt nội sinh dùng trong trường hợp chiếu sóng vi ba cường độ thấp lên tế bào bệnh. Vật liệu này là sản phẩm polymer gắn các gốc đường và gốc nhạy sóng vi ba. Tế bào bệnh hấp thụ nó ở dạng lỏng trong điều kiện nhiệt độ cơ thể. Khi bị chiếu bức xạ vi ba, bào tương tế bào nóng lên, chất liệu phân hủy giải phóng các gốc tiêu diệt tế bào bệnh ( hoặc gel hóa gây ức chế trao đổi chất bên trong tế bào bệnh) và chuyển sang trung tính khi tiếp xúc tế bào lành.

Thân,

Teppi