Видео: "Чудо техники": нужны ли в офисах игры и где пациентам реанимации предлагают пиво (28.10.2018) 2024
Подражание стимул-отзывчивости натуральных полимеров
Ученые, изучающие природные полимеры, обнаруженные в живых организмах ( белки, углеводы и нуклеиновые кислоты ), узнали, как они ведут себя в биологических когда они выполняют свои структурные и физиологические роли. Эта информация используется для разработки подобных искусственных полимерных веществ со специфическими свойствами и способность реагировать на изменения в их среде.
Эти синтетические полимеры потенциально очень полезны для различных применений, в том числе в отношении биотехнологии и биомедицины.
Умные полимеры становятся все более распространенными, так как ученые узнают о химии и триггерах, которые вызывают конформационные изменения в полимерных структурах и разрабатывают способы использования и контроля над ними. Новые полимерные материалы химически формулируются с учетом специфических экологических изменений в биологических системах и приспосабливают предсказуемым образом , что делает их полезными инструментами для доставки лекарств или другими механизмами метаболического контроля.
нелинейный отклик интеллектуальных полимеров делает их настолько уникальными и эффективными. Значительное изменение структуры и свойств может быть вызвано очень небольшим стимулом . Как только это изменение происходит, дальнейших изменений не происходит, что означает предсказуемый ответ «все или ничего» с полной однородностью по всему полимеру. Умные полимеры могут изменять конформацию, адгезию или свойства удержания воды из-за небольших изменений рН, ионной силы, температуры или других триггеров.
Однако эти слабые ответы, составленные
сотни или тысячи раз , создают значительную силу для управления биологическими процессами. Классификация и химия
В настоящее время наиболее распространенным применением интеллектуальных полимеров в биомедицине является
специально нацеленная доставка лекарств . С момента появления фармацевтических препаратов с временным высвобождением у ученых возникла проблема поиска способов доставки лекарств на конкретный сайт в организме без их первого ухудшения в высококислом желудочная среда. Важным соображением также является профилактика неблагоприятного воздействия на здоровую кость и ткань. Исследователи разработали способы использования интеллектуальных полимеров для контроля выпуска лекарств до тех пор, пока система доставки не достигнет желаемой цели. Этот выпуск контролируется либо химическим, либо физиологическим триггером. Линейные и матричные
интеллектуальные полимеры существуют с множеством свойств в зависимости от реакционноспособных функциональных групп и боковых цепей. Эти группы могут реагировать на рН, температуру, ионную силу, электрические или магнитные поля и свет. Некоторые полимеры обратимо сшиваются нековалентными связями, которые могут разрушаться и реформироваться в зависимости от внешних условий. Нанотехнология была фундаментальной в разработке некоторых полимеров наночастиц, таких как дендримеры и фуллерены, которые применялись для доставки лекарств. Традиционная инкапсуляция наркотиков была проведена с использованием молочнокислых полимеров. Более поздние разработки привели к образованию решетчатых матриц, которые содержат интересный препарат, интегрированный или захваченный между полимерными нитями.
Интеллектуальные полимерные матрицы высвобождают лекарства посредством химической или физиологической реакции, изменяющей структуру, часто реакцию гидролиза, приводящую к расщеплению связей и высвобождению лекарственного средства, когда матрица разрушается в биоразлагаемые компоненты. Использование природных полимеров уступает место искусственно синтезированным полимерам, таким как полиангидриды, сложные полиэфиры, полиакриловые кислоты, поли (метилметакрилаты) и полиуретаны. Было обнаружено, что гидрильные, аморфные, низкомолекулярные полимеры, содержащие гетероатомы (то есть атомы, отличные от углерода), деградируют быстрее всего. Ученые контролируют скорость доставки лекарств путем изменения этих свойств, тем самым корректируя скорость деградации.
Сополимеры графт-и-блок
состоят из двух разных полимеров, привитых вместе. Ряд патентов уже существует для различных комбинаций полимеров с различными реакционноспособными группами. Продукт демонстрирует свойства обоих отдельных компонентов, которые добавляют новый размер к интеллектуальной структуре полимера и могут быть полезны для определенных применений. Сшивающие гидрофобные и гидрофильные полимеры приводят к образованию мицеллоподобных структур, которые могут защищать доставку лекарственного средства через водную среду до тех пор, пока условия в месте назначения не приведут к одновременному разрушению обоих полимеров. Метод трансплантата и блока может быть полезен для решения проблем, возникающих при использовании общего биоадгезивного полимера, полиакриловой кислоты (PAAc). PAAc прилипает к поверхностям слизистой оболочки, но быстро разбухает и быстро разлагается при рН 7. 4, что приводит к быстрому высвобождению лекарств, захваченных в его матрицу. Комбинация PAAc с другим полимером, который менее чувствителен к изменениям при нейтральном рН, может увеличить время пребывания и замедлить высвобождение лекарственного средства, таким образом улучшая биодоступность и эффективность.
Гидрогели
представляют собой полимерные сети, которые не растворяются в воде, но набухают или обрушиваются при изменении водных сред. Они полезны в биотехнологии для разделения фаз, поскольку они могут повторно использоваться или подлежат вторичной переработке. Исследуются новые способы контроля потока, или улавливания и выделения целевых соединений в гидрогелях. Были разработаны высокоспециализированные гидрогели для доставки и высвобождения лекарств в определенные ткани. Гидрогели, изготовленные из PAAc, особенно распространены из-за их биоадгезивных свойств и огромной впитывающей способности.
Иммобилизация ферментов в гидрогелях - довольно хорошо налаженный процесс. Реверсивно сшитые полимерные сети и гидрогели могут быть аналогичным образом применены к биологической системе, где реакция и высвобождение лекарственного средства инициируется самой молекулой-мишенью.
В качестве альтернативы ответ может быть включен или выключен продуктом ферментной реакции. Это часто делается путем включения фермента, рецептора или антитела, которое связывается с молекулой, представляющей интерес, в гидрогель. После связывания происходит химическая реакция, которая вызывает реакцию с гидрогелем. Триггер может быть кислородом, чувствительным с использованием ферментов оксидоредуктазы или чувствительностью к рН. Примером последнего является комбинированное улавливание глюкозооксидазы и инсулина в гидрогеле, чувствительном к рН. В присутствии глюкозы образование глюконовой кислоты ферментом вызывает высвобождение инсулина из гидрогеля.
Два критерия эффективной работы этой технологии:
стабильность фермента и быстрая кинетика (быстрая реакция на триггер и восстановление после удаления триггера). В ходе исследования диабета типа 1 было проведено несколько стратегий, в которых использовались аналогичные типы интеллектуальных полимеров, которые могут обнаруживать изменения уровня глюкозы в крови и запускать производство или высвобождение инсулина. Аналогично, существует множество возможных применений подобных гидрогелей, таких как средства доставки лекарств для других состояний и заболеваний. Умные полимеры предназначены не только для доставки лекарств. Их свойства делают их особенно подходящими для
биосепараций . Время и затраты, связанные с очисткой белков, могут быть значительно уменьшены за счет использования интеллектуальных полимеров, которые подвергаются быстрым обратимым изменениям в ответ на изменение свойств среды. Конъюгированные системы использовались в течение многих лет в физическом и аффинном разделении и иммунологических анализах. Микроскопические изменения в полимерной структуре проявляются в виде образования осадков, которые могут быть использованы для содействия отделению захваченных белков от раствора.
Эти системы работают, когда белок или другая молекула, которая должна быть отделена от смеси, образует биоконъюгат с полимером и выпадает в осадок с полимером, когда его среда претерпевает изменения. Осадок удаляют из среды, таким образом отделяя желаемый компонент конъюгата от остальной части смеси. Удаление этого компонента из конъюгата зависит от восстановления полимера и возврата его в исходное состояние, поэтому гидрогели очень полезны для таких процессов.
Другим подходом к контролю биологических реакций с использованием интеллектуальных полимеров является получение рекомбинантных белков со встроенными сайтами связывания полимеров, близкими к сайтам связывания лигандов или клеток. Этот метод был использован для контроля активности лиганда и связывания клеток на основе множества триггеров, включая температуру и свет.
Будущие приложения
Было высказано предположение о том, что могут быть разработаны полимеры, которые с течением времени могут
учиться и самостоятельно корректировать поведение .Хотя это может быть далекой возможностью, есть и другие, более доступные приложения, которые, похоже, будут в ближайшем будущем. Одна из них - идея умных туалетов, которые анализируют мочу и помогают выявить проблемы со здоровьем. В экологической биотехнологии также были предложены интеллектуальные системы орошения. Было бы невероятно полезно иметь систему, которая включается и выключается, и контролирует концентрации удобрений на основе влажности почвы, уровня рН и уровня питательных веществ. Также исследуются многие творческие подходы к целенаправленным системам доставки лекарств, которые саморегулируются на основе их уникальной клеточной среды. Существуют очевидные возможные проблемы, связанные с использованием интеллектуальных полимеров в биомедицине. Наиболее тревожным является возможность токсичности или несовместимости искусственных веществ в организме, включая продукты деградации и побочные продукты. Однако интеллектуальные полимеры обладают огромным потенциалом в биотехнологии и биомедицинских приложениях, если эти препятствия могут быть преодолены.
Источники
Yuk SH et al. pH / реагирующий с температурой полимер, состоящий из поли ((N, N-диметиламино) этилметанрилат-со-этилакриламида). Макромолекулы 30 (22), 1997: 6856-6859.
Patil NV. Smart Polymers находятся в будущем Biotech. Bioprocess International 4 (8) 2006: 42-46.
Stayton PS, Ding Z, Hoffman AS. Конъюгаты Smart Polymer-Streptavidin. Методы Мол. Biol. 283 2004: 37-44.
Varshosaz J. Системы доставки инсулина для контроля диабета. Недавние патенты на открытие эндокринной, метаболической и иммунной лекарств. 1 2007: 25-40.
Как предоставить ссылки с помощью приложения-приложения
Работодатели могут попросить список ссылок с заданием заявление. Вот кто должен использовать и как предоставить справочный список компании при подаче заявления.
Каков коэффициент P / E? Как вы можете использовать его для интеллектуальных инвестиций?
Можете ли вы использовать коэффициент P / E для определения переоценки рынка? Может быть, но только если вы примените его вместе со здоровой дозой здравого смысла.
, Кто финансирует биомедицинские исследования?
Частная промышленность является крупнейшим источником финансирования фармацевтических исследований, за ней следуют правительство, фонды, благотворительные организации и отдельные доноры.