تحضير هايدروجيلات دوائية نانوية جديدة ذات شبكة ثلاثية الأبعاد واستخدامها لتوصيل الدواء

أ.د. محمد ناظم بهجت و مها مهدي عبيد
كلية التربية للعلوم الصرفة – قسم الكيمياء

على مدى العقود القليلة الماضية , حقق البوليمر الهايدروجيلي النانوي تنمية كبيرة بسبب التطور في المجال التقني , حيث أدى إلى استخدامه في العديد من التطبيقات الطبية الحيوية, بما في ذلك اطلاق الادوية المسيطر عليه , حيث إن هناك العديد من الأبحاث على البوليمرات الهايدروجيلية النانوية, والتي صممت على أساس توصيل البروتين , بسبب تزايد الاحتياجات الطبية والصيدلانية, حيث تلعب النمذجة الرياضية دوراً مهما في تسهيل تصميم شبكة البوليمر الهايدروجيلي من خلال تحديد المعايير الأساسية وآليات إطلاق الجزيء(1). الهايدروجيلات البوليمرية النانوية هي شبكة ثلاثية الابعاد لها القدرة على امتصاص الماء والسوائل البايلوجية استخدمت كعوامل علاجية مفيدة , وكمواد حاملة لمجموعة مختارة لجزيئات صغيرة من البروتينات او المواد الجينية او ادوية اخرى وتلعب دوراً حيويا في إيصال الادوية ,لذا اختيار البوليمرالنانوي دوراً هاما في تصنيع اوايصال الادوية(2 ). ان استخدام البوليمرات النانوية في الطب شهد تطوراً هاما في العقود الثلاثة الأخيرة, فالبوليمرات كمواد بايلوجية وجدت لها بعض التطبيقات المهمة كصناعة الأعضاء الاصطناعية وهندسة الأنسجة ومكونات المعدات الطبية وطب الأسنان , وكذلك استخدمت المواد البوليمرية الهايدروجيلية النانوية كعوامل توزيع لعلاج حالات مرضية مختلفة , وايضا استخدمت لإيصال الدواء الى مناطق او اهداف محددة لتقليل السمية وتعزيز الأنتقائية لعوامل محددة ضد الأورام ,و لتقييد الجزيئات والمكونات الجزيئية الدقيقة ذات الأوزان الجزيئية الواطئة في منطقة الامعاء مثل الحوامض الصفراء والفوسفات والحديد(3),ان سبب نجاح البوليمرات الهايدروجيلية النانوية في التطبيقات يعود الى توافقها مع الطرائق الحيوية وقوة طبيعتها الناعمة ,اقل سمية وذات انتقائية اكبر و لا يتم امتصاصها بشكل متماثل في منطقة الأمعاء فان ذلك جعل لها فوائد مرغوبة , اضافة الى تفاعلات ذراتها المتعددة التكافؤ ,تعمل الهيدروجيلات البوليمرية على تعزيزوصول الدواء الى الموقع المناسب في الوقت المناسب وبالجرعة المناسبة من خلال التحكم الزمني للدواء, ترمي الى توصيل الدواء في فترة زمنية معينة وخاصة غير مماطل بها, حيث تعطي هذه الخاصية استمرارية النفع العالي للدواء وبصورة سريعه ايضية ومزيلة لبقايا الدواء الغير مرغوب بها من الجسم الحي ,حيث تكون هذه العملية مرتبطة بحاجة الجسم للدواء وليس بأعطاء المريض دواء بشكل جرعات مستمرة للاستفادة منها بالحظة التي يتطلبها الجسم او الجزء المصاب(4). وهذه الهايدروجيلات النانوية قادره على حماية الدواء البروتيني من تأثير الدالة الحامضية للمعدة ومن ثم اطلاقة في الوسط القاعدي للامعاء من خلال تغليف الدواء البروتيني بالشبكة الهايدروجيلية النانوية حيث تعمل على ضغط البروتينات وجعلها اصغر حجما فتتمكن هذه من عبور الاغشية الخلوية بسرعه اكبر,وبعد ان تنجز هذه الحاملات الهايدروجيلية عملها في ايصال الدواء الى داخل الخلية حتى تتحطم وتسمح للبروتين بالارتداد الى شكله الاصلي ونشاطة الطبيعي وتكون غير مضادة للبروتين او الجسم المضيف,تتحلل بايلوجيا وبلامكان التخلص منها وطرحها خارج الجسم الحي(5). تحضر الهايدروجيلية الدوائية النانوية بعدة طرق من اهمها طريقة الخزن تتضمن تغليف الدواء أو المادة الفعالة داخل الشبكة البوليمرية النانوية ,او طريقة القالب المتضمنة مزج الدواء أو المادة الفعالة مع الشبكة البوليمرية النانوية, وتعتبر هذه الطرق هي الاكثر شيوعا في انظمة توصيل الدواء المبنية على البوليمر الهايدروجيلي النانوي (6), تتم طريقة الخزن لتحضير الهايدروجيلات الدوائية النانوية المشتركة الجديدة من خلال مزج انهيدريد الفثاليك مع مذيب ثنائي مثيل سلفوكسيد , و تسخين هذا المزيج الى درجة حرارة 70 درجة مئوية للحصول على محلول سائل صاف بعدها اضيفه الى المحلول كحول الكليسرول مع التسخين الى درجة حرارة 115 درجة مئوية واضافة الزايلين على شكل دفعات في كل دفعة ثلاثة قطرات لسحب الماء المتكون خلال عملية الاسترة ,تم التوقف عن التسخين بعد مرور 55 دقيقة عند 130درجة مئوية بعد سحب جميع جزيئات الماء وبذلك تم الحصول على المحلول المعلق للبوليمر الهايدروجيلي النانوي ترك المحلول حتى يترسب طوال الليل , ثم بعد ها تمت تصفيه وغسل الراسب بالماء المقطر وتركه حتى يجف وبهذا حصلنا على الهايدروجيل النانوي الدوائي . بعد ذلك اضيفه على التوالي ثلاثة مولات مختلفة من مونومير حامض الاكريليك الى الهايدروجيل النانوي المحضر حصلنا على ثلاثة هايدروجيلات نانوية دوائية تختلف باختلاف عدد المولات المضافة لها (7,(حملت هذه الهايدروجيلات النانوية ببروتين الكلوتاثايون في الوسطيين الحامضي والقاعدي (pH=2.2, pH=8.0) عند درجة حرارة ثابتة 310 كلفن. بعدها حررنا بروتين الكلوتاثايون من الهايدروجيلات النانوية المحمله به ايضا في الوسطيين الحامضي والقاعدي (pH=2.2 , pH=8) عند درجة حرارة 310 كلفن درجة حرارة جسم الانسان, تمت عملية التحرير من خلال الخروج او الانتشار الثابت لبروتين الكلوتاثايون من داخل الشبكة الهايدروجيلية النانوية عند اتصال الهايدروجيل النانوي بالماء يخترق الماء شبكة الهايدروجيل ودخوله ليقوم بدوره بأذابة بروتين الكلوتاثايون ,ليوفر تركيزا مساويا لتركيز المحلول المشبع (Saturation solubility of the drug Cs) , عند وصول تركيز بروتين الكلوتاثايون لتلك النقطة (Cs) ينتشر الكلوتاثايون من داخل شبكة الهايدروجيل النانوي للخارج وعندها يحدث انخفاض لتركيز الكلوتاثايون داخل الشبكة الهايدروجيلية النانوية,ليقوم الماء بإذابة المزيد من الكلوتاثايون ليصل لنقطة Cs , وهكذا حصلنا على تحرير ثابت بتركيز ثابت من بروتين الكلوتاثايون ,حيث ان الكلوتاثايون لن يخرج من شبكة الهايدروجيل النانوي إلا عند نقطة Cs الثابتة,بتحقيق التوازن بين خروج الكلوتاثايون من شبكة الهايدروجيل وإذابة المزيد من الكلوتاثايون داخل شبكة الهايدروجيل النانوي(8). ايضا بالإمكان تحرير بروتين الكلوتاثايون من الشبكة الهايدروجيلية النانوية من خلال الاستجابة لبعض التغيرات الموجودة في البيئة المحيطة للبوليمر الهايدروجيلي ,مثل التغير في الدالة الحامضية (pH) يمكن للبوليمر الهايدروجيلي الاستجابة لدالة حامضية معينة دون غيرها لنقل الدواء الى العضو المراد او المكان المطلوب من خلال تغير حجم البوليمر الهايدروجيلي مع تغيير الدالة الحامضية pH))(9),من هذا استنتجنا ان تحميل الكلوتاثايون في الوسط القاعدي اكثر فعالية من التحميل في الوسط الحامضي ويمكننا ملاحظة ذلك ايضا من خلال عملية تحرير بروتين الكلوتاثايون في الوسط القاعدي (pH =8.0) هو اكبر من عملية تحرير في الوسط الحامضي pH =2.2 هذا يدل على فعالية الهايدروجيل النانوي الدوائي المشترك في تحرير الكلوتاثايون في الوسط القاعدي اعلى من الوسط الحامضي(10).

المصادر
(1) Chae, J. H.; Kim, K. H. Choa, Y. H. Matsushita, J. I. Yoon, J. W. & Shim, K. B. Microstructural Evolution of Al2O3-SiCNanocomposites During Spark PlasmaSintering. Journal of Alloys and Compouds, Vol. 413, pp. 259-264, (2006)
(2) Giannazzo, F. et al. Advanced materials nanocharacterization. Nanoscale Research Letters, vol. 6,1, pp. 107,(2011)
(3) Kumari, L.; Zhang, T., Du, G. H., Li, W. Z., Wang, Q. W., Datye, A. & Wu, K. H. Synthesis, microstructure and electrical conductivity of carbon nanotube–alumina nanocomposites. Ceramics International, Vol. 35, No. 5, pp.1775–1781, (2009)
(4) Mayyadah J. Abd Ali and Mohammad N. Al-Baiati, Inter. J. Pharma. Res., 12(4), 841-849,(2020)
(5) Alonso, A., et al. Donnan-Exclusion-Driven distribution of catalytic ferromagnetic nanoparticles synthesized in polymeric fibers. Dalton Transactions, vol. 39, pp. 2579– 2586 ,(2010)
(6) Davies, G.-L., et al. NMR Relaxation of Water in Nanostructures: Analysis of Ferromagnetic Cobalt–Ferrite Polyelectrolyte Nanocomposites, ChemPhysChem, vol. 12, pp. 772-776,(2011)
(7) H. Liu et al., “A functional chitosan-based hydrogel as a wound dressing and drug delivery system in the treatment of wound healing,” RSC Adv., vol. 8, no. 14, pp. 7533–7549, (2018)
(8) R. Narayanaswamy and V. P. Torchilin, “Hydrogels and their applications in targeted drug delivery,” Molecules, vol. 24, no. 3, (2019)
(9) Mohammad AL-Baiati; Journal of Global Pharma Technology, 9(5):1-10, (2017)
(10)Abd Al-Aama Z.M and Mohammad N. Al-Baiati; J. Pharma. Sci. and Res., 10(4):723,(2018)