Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Tính mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3 Tính mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tải bản đầy đủ - 0trang

6



mong muốn phát triển lĩnh vực này gặp rất nhiều khó khăn do chi phí ngun liệu,

máy móc đắt đỏ, điều kiện thí nghiệm khơng tốt,…

Hiện nay đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp thành công các khối

copolymer nhạy nhiệt, nhạy nhiệt/pH trên cơ sở PCL – PEG, PLGA – PEG,…gắn

với gốc nhạy pH như PAE, OSM,…nhưng chưa có nghiên cứu nào về tính nhạy

nhiệt/pH của copolymer trên cơ sở PLA – PEG. Đề tài này sẽ kết hợp PLA – PEG

với gốc nhạy pH mới là Oligomer Serine (OS) nhằm ứng dụng trong vận chuyển

thuốc.

Để đánh giá khả năng ứng dụng của loại pentablock copolymer trên thì luận

văn này sẽ tập trung nghiên cứu khảo sát q trình nhạy nhiệt/pH của các

pentablock copolymer có cấu trúc khác nhau, sau đó nghiên cứu thời gian phân hủy

của các pentablock copolymer này trong môi trường in vitro làm tiền đề cho việc

nghiên cứu quá trình dẫn thuốc trên cơ sở PLA – PEG phân hủy sinh học.

1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đánh giá chính xác vùng ứng dụng được của các pentablock copolymer có

cấu trúc khác nhau, khảo sát mức độ phân hủy của các pentablock copolymer này

trong môi trường in vitro làm tiền đề khảo sát trong mơi trường in vivo và tiến hành

thí nghiệm quá trình vận chuyển thuốc.

1.3.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Thực phẩm, môi trường ô nhiễm ngày nay đã gây phát sinh nhiều bệnh tật

cho con người, vì vậy nhu cầu sử dụng thuốc chữa trị càng lớn. Tuy nhiên nếu đưa

một lượng lớn thuốc vào cơ thể sẽ gây ra lãng phí thuốc hoặc tình trạng kháng thuốc

dẫn đến việc điều trị không hiệu quả. Do vậy mà hydrogel đã ra đời để cải thiện tình

trạng đó. Loại ngun liệu thì đã phù hợp vì mang tính chất tương thích sinh học và

tính chất phân hủy sinh học, nhưng để lựa chọn được cấu trúc tối ưu cho việc dẫn

thuốc thì rất cần sự đánh giá quá trình sol – gel và quá trình phân hủy được thực



7



hiện trong đề tài này sẽ góp phần mở ra chương mới, nâng cao khả năng ứng dụng

trong lĩnh vực vận chuyển thuốc.



8



CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN



9



2.1 Lý thuyết

2.1.1 Giới thiệu về Hydrogel

Hydrogel là mạng lưới polymer ưa nước có cấu trúc khơng gian ba chiều, có

khả năng chứa một lượng lớn nước hay một dạng chất lỏng sinh học. Hydrogel sẽ

duy trì ở trạng thái nửa rắn (semisolid) trong khoảng thời gian nhất định [2]. Sự hấp

thụ một lượng nước đáng kể của hydrogel là do sự có mặt của một số lượng lớn các

nhóm ưa nước trên các chuỗi polymer như –NH 2, –OH, –COOH, –SO3H,… theo

kèm với đó là nhờ hệ thống mao dẫn và áp suất thẩm thấu [7].

Các hydrogel phân hủy sinh học sử dụng theo phương thức tiêm được ứng

dụng rộng rãi y sinh và dược học như vận chuyển thuốc đến các tế bào hay các kĩ

thuật mơ nhờ tính chất ưa nước cao của chúng [4]. Thuốc sẽ kết hợp với hydrogel

tạo thành hệ phức gel (complex gel), sau đó được tiêm vào trong cơ thể sinh vật.

Ngồi ra nhờ tính ưa nước này mà hydrogel còn trở nên có ích trong việc làm kính

áp tròng, tách protein, xúc tác [1].

2.1.2 Phân loại Hydrogel

Hydrogel được phân loại dựa trên các yếu tố khác nhau như khả năng phân

hủy sinh học, cách thức liên kết ngang, nguồn gốc, điện tích ion, phương pháp

chuẩn bị, tính chất vật lý và khả năng phản ứng của hydrogel ảnh hưởng bởi các

kích thích từ bên ngồi [7].



10



11



Hình 2.1.2.1.1.1: Phân loại Hydrogel [7].

Một số đặc điểm phân loại có thể nêu một cách cụ thể như sau:





Theo nguồn gốc



Hydrogel từ các polymer tự nhiên: polysaccharides, pectin, alginic acid,

chondroitin,…

Hydrogel từ các polymer tổng hợp: như polyester, polyamide hay các

polymer trùng hợp mang tính chất nhạy với mơi trường (nhiệt độ, pH, áp suất,…)

như polymethacrylic acid, poly-vinylpyridine,…

Trong tự nhiên, polymer rất phong phú, mang tính chất khơng độc hại, có

khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học và có giá thành rẻ. Tuy nhiên, độ

bền cơ học của hydrogel rất thấp. Mặt khác ở các hydrogel từ polymer tổng hợp lại

có độ bền cơ học tốt hơn nhưng giá thành cao, khơng có khả năng phân hủy sinh

học và dễ bị giảm cấp [7]. Do đó người ta kết hợp hai loại polymer này để cải thiện

tính chất, nhờ vậy có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của hydrogel.





Theo thành phần polymer



Homopolymer hydrogel: các hydrogel trong mạng lưới được cấu tạo từ một

loại monomer duy nhất. Các hydrogel này có cấu trúc liên kết chéo phụ thuộc vào

đặc điểm của monomer tự nhiên và phương pháp trùng hợp hoặc phương pháp trùng

ngưng [8]. Ví dụ: PEG là hydrogel có thể phản ứng với các điều kiện mơi trường,

được ứng dụng trong việc dẫn thuốc [6].

Copolymer hydrogel: các hydrogel cấu tạo từ hai hay nhiều loại monomer

khác nhau, trong đó có ít nhất một gốc ưa nước tự nhiên. Ví dụ: Tổng hợp triblock

PEG-PCL-PECE được phát triển để ứng dụng trong việc dẫn thuốc nhờ cơ chế

trùng hợp mở vòng của PCL [6].

Inter penetrating network (IPN) hay còn gọi là Multicopolymer. Đây là loại

hydrogel quan trọng, kết hợp từ hai loại polymer khác nhau. Tuy nhiên trong cấu



12



tạo phải có ít nhất một nhóm là polymer tổng hợp hoặc liên kết với nhau, đồng thời

có sự hiện diện của nhóm còn lại [6]. Ngồi ra còn một loại hydrogel mà khi đó một

loại polymer có thể thâm nhập vào mạng lưới liên kết mà khơng có bất kì liên kết

hóa học nào giữa chúng được gọi là semi-inter penetration network.

 Theo bản chất khâu mạng (cross linking)

Trong hydrogel, các polymer liên kết với nhau được qua hai phương thức:

liên kết vật lý và liên kết hóa học. Việc tạo liên kết giúp ngăn chặn hydrogel bị hòa

tan khi hấp thụ một lượng nước hay chất lỏng sinh lý đáng kể.

Trong quá trình gel vật lý, bản chất quá trình khâu mạng là liên kết vật lý.

Quá trình này được thể hiện qua sự liên kết giữa các nhóm kị nước, liên kết giữa các

chuỗi phân tử, sự kết tinh, tính chất của các chuỗi polymer và liên kết hydro [6].

Mặt khác ở q trình gel hóa học, liên kết chéo được hình thành bởi liên kết cộng

hóa trị từ các nhóm chức khác nhau trên chuỗi polymer (xảy ra đồng thời hoặc sau

quá trình phản ứng). Đối với liên kết hóa học có các phương thức liên kết như sau:

photocross-linking, phản ứng Click, phản ứng Michael Thiol-based, phản ứng

Schiff’s base và phản ứng enzyme [9]. Ngoài ra trong mạng lưới hydrogel có thể có

mặt của liên kết vật lý và liên kết hóa học nhờ vào lực tương tác tĩnh điện.



13



Hình 2.1.2.1.1.2:



Phân loại liên kết trong hydrogel [7].



(a) Mạng lưới hydrogel; (b) Liên kết vật lý; (c) Liên kết hóa học.

2.1.3 Điều kiện ứng dụng

Với các polymer sử dụng trong phương pháp tiêm hydrogel cần đáp ứng các

tiêu chí như sau [10]:

-



Độ nhớt của dung dịch polymer phải vừa đủ để tạo thuận lợi cho việc

tiêm cũng như bao bọc các phân tử hay tế bào có hoạt tính sinh học ở

nhiệt độ phòng.



-



Sau khi tiêm, trạng thái gel phải hình thành một cách nhanh chóng để

ngăn chặn sự hòa tan của polymer và các phần tử kết hợp.



-



Gel phải có khả năng phân hủy sinh học. Đặc tính phân hủy sinh học

rất cần thiết cho việc vận chuyển các tác nhân trị liệu, chất dinh

dưỡng, các yếu tố tăng trưởng, di chuyển tế bào và hình thành các mô

mới.



-



Polymer và các sản phẩm phân hủy của chúng phải tương thích sinh

học hoặc ít gây phản ứng đối với mô chủ.



14



-



Gel phải tạo thành chất nền phù hợp cho các tế bào. Sự tương thích

của polymer với tế bào rất quan trọng trong việc điều khiển kết nối

giữa hydrogel với tế bào tại điểm cấy ghép.



-



Gel phải thể hiện tính chất cơ lý và ứng dụng vật lý phù hợp. Ví dụ,

gel cứng mong muốn để tái tạo xương trong khi gel mềm phù hợp cho

ứng

dụng mô mềm.



Các hydrogel nhạy nhiệt đang được nghiên cứu hiện nay có tiềm năng ứng

dụng lớn. Tuy nhiên phạm vi ứng dụng của nó lại bị hạn chế bởi nhiều yếu tố mơi

trường. Vì thế việc kết hợp nhiều yếu tố nhằm tăng khả năng ứng dụng luôn được

đầu tư chú ý.

Đối với lĩnh vực tiêm hydrogel vào cơ thể thì nhiệt độ và pH là hai đối tượng

cần quan tâm. Theo nhiệt độ sẽ có hydrogel nhạy nhiệt, theo pH sẽ có hydrogel

nhạy pH. Nếu kết hợp nhiệt độ và pH sẽ có hydrogel nhạy nhiệt/pH.

2.2 Hydrogel nhạy nhiệt

Nhiệt độ là thơng số cơ bản, được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực. Nhờ vào

việc dễ dàng kiểm soát nhiệt độ mà hydrogel nhạy nhiệt được nghiên cứu trong môi

trường in vitro và in vivo. Các hydrogel này tồn tại ở dạng dung dịch ở nhiệt độ

thấp và chuyển từ trạng thái sol sang trạng thái gel ở nhiệt độ cao [10].

Trong các khối cầu copolymer (Amphiphilic) sẽ có gốc ưu nước, điển hình là

polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO) và gốc kị nước như

polypropylene oxide (PPO), polyglycolide (PGA), poly lactide (PLA), poly εcaprolactone (PCL),…Các hydrogel nhạy nhiệt được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh

vực vận chuyển thuốc và kĩ thuật mô tế bào [10].



15



Hình 2.2.1.1.1.1: Cơ chế chuyển pha sol – gel của hydrogel nhạy nhiệt [2].

Hydrophilic block (A) là gốc ưa nước và hydrophobic block (B) là gốc kị

nước.

Hydrogel nhạy nhiệt có hai dạng: ABA và BAB. Ở nhiệt độ thấp, gốc ưa

nước sẽ liên kết với các phân tử nước xung quanh, giúp polymer hòa tan, khi đó gọi

là trạng thái sol. Hình 2.3A hydrogel có dạng ABA. Khi tăng nhiệt độ, mạch

polymer dao động, các gốc kị nước trong mạch polymer kết hợp với nhau nhờ

tương tác kị nước mạnh lên, trong khi liên kết hidro trở nên yếu đi dẫn đến việc tạo

thành quả cầu micelle. Tuy nhiên, do gốc kị nước ở giữa mạch polymer, hai đầu

mạch polymer là gốc ưa nước nên các quả cầu micelle khơng thể liên kết với nhau.

Ngược lại ở hình 2.3B, hydrogel có dạng BAB. Điều này có nghĩa hai đầu mạch là

gốc kị nước, các gốc kị nước trong một mạch có thể kết hợp với nhau ở cùng một

quả cầu micelle hoặc chúng sẽ kết hợp với gốc kị nước của mạch polymer khác và



16



hình thành hai quả cầu micelle khác nhau. Nhờ gốc ưa nước ở giữa mạch mà tạo ra

cầu nối micelle, nối các quả cầu micelle với nhau thành mạng lưới không gian dày

đặc, tăng độ bền và giúp duy trì ổn định trạng thái gel.



Hình 2.2.1.1.1.2: Quá trình chuyển pha sol – gel của triblock PEG – PLGA –

PEG [10].

Với nồng độ thấp, để dung dịch polymer chuyển từ sol sang gel thì chỉ cần

cung cấp lượng nhiệt nhỏ cho dung dịch polymer. Tuy nhiên, nếu tăng nhiệt độ lên

quá cao sẽ gây nên sự phá vỡ cấu trúc hydrogel. Mặt khác, ở nồng độ cao đòi hỏi

nhiệt độ cung cấp cho sự chuyển pha sol – gel cũng cần tăng cao nhằm giúp cho các

phân tử có thể dao động và liên kết với nhau dễ dàng. Mật độ phân tử lớn sẽ tạo

mạng lưới khơng gian dày đặc và bền vững nên có thể thấy vùng gel ở nồng độ cao

rộng hơn so với nồng độ thấp.

Q trình gel hóa của hydrogel nhạy nhiệt phụ thuộc vào tỉ lệ gốc kị

nước/gốc ưa nước, chiều dài của các gốc, khả năng kị nước và độ đồng đều của các

khối kị nước. Ngoài ra các nhóm cuối của copolmer nhạy nhiệt cũng ảnh hưởng lớn

đến q trình gel hóa (ví dụ tổng hợp PLGA – PEG – PLGA xuất hiện nhóm

hydroxyl, acetyl, propionyl và butanoyl) [4], [10].



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Tính mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×