Iατρικές Εφαρμογές της Υδρογέλης (medical applications of hydrogels) Ζαγοριανού Μαρία ΣΕΜΦΕ Υπ.καθηγητής: Πίσσης Πολύκαρπος

Λίγα λόγια για τα πολυμερή υλικά

Τι είναι η υδρογέλη; Δίκτυο πολυμερικών αλυσίδων αδιάλυτες στο νερο (IPNs) : π.χ PHEA (poly hydroxeythyl acrylate) Διαδοχικά πολυμερικά δίκτυα με ελεγχόμενο βαθμό υδροφιλικότητας έχουν δημιουργηθεί από πολυμερισμό του μονομερούς υδροξυ-αιθυλο ακρυλικό (hydroxyethyl acrylate)(HEA) με διαφορετικές συγκεντρώσεις αιθανόλης μέσα σε νωρίτερα πολυμερισμένο πολύ αιθυλο-ακριλικό.

Δημιουργία Υδρογέλης Υδρογέλη: Σύστημα φορτισμένο με νερό

Επίσης υπάρχουν… Οργανογέλες μη-κρυσταλλικά στερεά υλικά που αποτελούνται από ένα υγρό οργανικής φάσης παγιδευμένα σε μια διάρθρωση δικτύου. Το υγρό μπορεί να είναι π.χ. οργανικός διαλύτης, ένα ορυκτό πετρέλαιο ή φυτικά έλαια. Η διαλυτότητα και οι διαστάσεις τού είναι σημαντικά χαρακτηριστικά για τις ελαστικές τους ιδιότητες. Χρήση σε : φάρμακα, καλλυντικά, συντήρηση έργων τέχνης, καθώς και τρόφιμα.

Επίσης υπάρχουν… Ξηρογέλη (Xerogels) Το xerogel είναι ένα στερεό που σχηματίζεται από γέλη με ξήρανση με ανεμπόδιστη συρρίκνωση. Xerogels συνήθως διατηρούν υψηλό πορώδες (25%) και την τεράστια επιφάνεια (150-900 m2 / g), μαζί με πολύ μικρό μέγεθος πόρων (1-10 nm).* Η Θερμική επεξεργασία ενός xerogel σε υψηλές θερμοκρασίες μέσω πυροσυσσωμάτωσης (συρρίκνωση του xerogel οφείλεται σε μια μικρή ποσότητα ροής ιξώδους ) ουσιαστικά μετατρέπει την πορώδη γέλης σε ένα πυκνό γυαλί. Αερογέλη * Όταν γίνεται υπό την απομάκρυνση διαλυτών hypercritical (υπερκρίσιμων συνθηκών), το Δίκτυο δεν συρρικνώνεται και ένα εξαιρετικά πορώδες, χαμηλής πυκνότητας υλικό γνωστό ως αερογέλη παράγεται.

Χαρακτηριστικά και ιδιότητες υδρογέλης Συχνά συναντάται ως κολλοειδής(colloidal gel) γέλη. Υπεραπορροφητική (που μπορεί να περιέχει πάνω από 99%wt νερό) των φυσικών ή συνθετικών πολυμερών. Υδρόφιλη συμπεριφορά(λόγω δεσμών με –ΟΗ ,-COOH κ.α ) Διαθέτει ένα βαθμό ευελιξίας όμοιο με φυσικό ιστό Βιοσυμβατά Με άλλα υλικά συντίθενται δομές με ευρύ φάσμα μικρομορφολογιών και ιδιοτήτων. Μικρή μηχανική αντοχή ( μηχανικές ιδιότητες) Βελτίωση μηχανικών ιδιοτήτων: με εναλλαγή της υδρόφιλης και υδρόφοβης συμπεριφοράς

Βελτίωση μηχανικών ιδιοτήτων Με αύξηση της πυκνότητας των σταυροσυνδεδεμένων(cross linking) μονομερών Με συμπολυμερισμό με ένα πιο ανθεκτικό υδρόφοβο σύστημα Με κρυστάλλωση

Θεμελιώδεις νόμοι Υδρογέλη  σύστημα πολυμερών1  νερό 2 G= G (p ,T, ω1) (Gibbs) ω1 = m1/(m1+m2) p πίεση T θερμοκρασία ω1 κλάσμα μάζας

Πειραματικές παραδοχές w=f(αgel) με Τ= σταθερό w παράγοντας λειτουργικότητας του νερού μέσα στην υδρογέλη Τ θερμοκρασία αgel σχετική υγρασία

Πειραματικές παραδοχές Κρυσταλλικά πολυμερή  κρυσταλλική + άμορφη περιοχή, υφίσταται επίσης η έννοια της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης Tg, η οποία επηρεάζεται από τους ακόλουθους παράγοντες: • Από το βαθμό κρυστάλλωσης: Αύξηση του βαθμού κρυστάλλωσης οδηγεί σε αύξηση της Tg • Από την ευκαμψία της κύριας αλυσίδας: Αύξηση της ευκαμψίας της πολυμερικής αλυσίδας οδηγεί σε μείωση της Tg • Από της προστιθέμενες ομάδες (είδος και αριθμό) στην βασική αλυσίδα: Η προσθήκη έστω και μικρής ομάδας στη βασική αλυσίδα αυξάνει την Tg (Σχ. 15). ⇒⇒Αύξηση του μήκους πλευρικής διακλάδωσης οδηγεί σε μείωση της Tg

Ιατρική χρήση των Υδροπηκτωμάτων Βιο-υλικά(biomaterials) είναι φυσικά ή τεχνητά υλικά που μπορούν να εμφυτευθούν σε έμβιο οργανισμό και να επιδιορθώσουν ή να αντικαταστήσουν ιστό.=> μίμηση των ιδιοτήτων των ιστών Απαιτήσεις: μη τοξικά μη καρκινογόνα σταθερές χημικές ιδιότητες αδρανή να μπορεί να γίνει αποστείρωση

Πρωτοποριακή ανάπτυξη ‘’συνθετικού’’ ματιού Ρώσοι χημικοί κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα μοναδικό συνθετικό ανάλογο του υελώδους σώματος του ματιού Το υελώδες σώμα είναι μια διαφανής ζελατινώδης ουσία που καλύπτει την κοιλότητα του ματιού και επιτρέπει στο φως να φτάσει μέχρι τον αμφιβληστροειδή.

Η λύση…. Κατασκευή ενός νέου πολυμερούς ,ΥΔΡΟΓΕΛΗΣ με χαρακτηριστικά: μεγάλη ελαστικότητα Περιεκτικότητα σε νερό πάνω από 98% wt υδατοδιαλυτό πολυμερές πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP) ή από πολυακρυλαμίδιο. Βρήκαν τον τρόπο κατασκευής διαφανών ελαστικών σφαιρών διαμέτρου 22-25 mm για την αντικατάσταση του βολβού του ματιού. Βύθιση σφαιρών σε νερό :γίνονται αόρατες (λόγω δείκτη διάθλασης)με αποτέλεσμα να μην απορρίπτεται. Για την εισαγωγή του στην κοιλότητα του ματιού απαιτείται μόνο μια μικρή χειρουργική τομή.

Μπορούν τα Βλαστοκύτταρα και ένα ειδικό Gel να Θεραπεύσουν Μακροχρόνιες ΚΝΜ; βλαστοκύτταρα + υδρογέλη  Θεραπεία Κακώσεων Νωτιαίου Μυελού (ΚΝΜ). Πλεονεκτήματα υδρογέλης: σύστημα μέσα στο οποίο οι νευρώνες αναπτύσσονται εύκολα Υποστήριξη σε αδύναμα κύτταρα Μετάδοση χημικών ουσιών. Μειονέκτημα : Εφαρμογή προς το παρόν μόνο σε ζώα

Χάπι αδυνατίσματος από Υδρογέλη;;; Αίσθηση κορεσμού έως και 6 ώρες Το μικροσκοπικό χάπι είναι σε μορφή σκόνης όσο παραμένει ξηρό, ενώ όταν ληφθεί με ένα ποτήρι νερό μετατρέπεται μέσα στο στομάχι σε σφαίρα από ζελέ. Το χάπι παράγεται από κυτταρίνη και μπορεί να αποβληθεί από τον οργανισμό.

Τέλος στις ρυτίδες .. ένα ενέσιμο εμφύτευμα για την αποκατάσταση  των ρυτίδων και των εμβαθύνσεων του δέρματος. Αποτελείται από : εύκαμπτα μικροσωματίδια ακρυλικής υδρογέλης και  υαλουρονικού οξέος μη ζωϊκής προέλευσης. Το ενέσιμο υλικό εμφυτεύεται στο δέρμα για να το ανασηκώσει με τη βοήθεια της υδρογέλης. Τα μικροσωματίδια της υδρογέλης είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα μέσα στο υαλουρονικό οξύ και παραμένουν στο σημείο  της εμφύτευσης   Αποτέλεσμα: το 40 % του υλικού που θα εμφυτευθεί παραμένει στο δέρμα. Το υαλουρονικό οξύ απορροφάται σε λίγες εβδομάδες ενώ τα σωματίδια της υδρογέλης εγκαθίστανται στο δέρμα και διεγείρουν τον οργανισμό ώστε να παράγει δικό του κολλαγόνο.

Τέλος και στις ενέσεις ινσουλίνης; Το πρωτοποριακό χάπι ινσουλίνης είναι φτιαγμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μεταφέρει με ασφάλεια την ορμόνη στο έντερο όπου και θα απορροφάται από τον οργανισμό. με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας οι επιστήμονες δημιούργησαν μια υδρογέλη – ένα ειδικό πολυμερές υλικό το οποίο περιβάλλει την ινσουλίνη – η οποία προστατεύει την ορμόνη μέχρι να φτάσει στο στομάχι του ασθενούς. Η υδρογέλη αποτελείται από μοριακές αλυσίδες που κατά την ολοκλήρωση του «ταξιδιού» ανοίγουν και επιτρέπουν τη σωστή αποδέσμευσή της ινσουλίνης. το πολυμερές υλικό αποβάλλεται από τον οργανισμό.

HYDROGEL ACTIVE ΑΥΤΟΚΟΛΛΗΤΑ ΕΠΙΘΕΜΑΤΑ Η ενεργή δράση του Heltha hydrogel active επιτυγχάνει • μείωση πόνου • ταχεία επούλωση • χωρίς ουλές/σημάδια • στείρο περιβάλλον (εμποδίζει τη μόλυνση) • στεγανή προστασία της πληγής

Ζελέ προς αποκατάσταση φθαρμένων χιαστών αποτελεσματική μέθοδο αποκατάστασης χιαστών συνδέσμων στο γόνατο το πρόβλημα ίσως τώρα λυθεί φαίνεται ότι η νέα μέθοδος δίνει τη δυνατότητα στο σύνδεσμο που έχει υποστεί ρίξη να συγκολληθεί ξανά. ζελέ,που μπορεί να υποκαταστήσει την έλλειψη υποστρώματος. Το ζελέ αποτελείται απο κολλαγόνο-τη βασική πρωτείνη του συνδετικού ιστού-πλάσμα αίματος πλούσιο σε αιμοπετάλια και απο την λεγόμενη υδρογέλη

Θεραπεία έλκους H γέλη και η υδρογέλη φτιάχνεται από ένα"γελοειδές" πολυμερές με προπυλική γλυκόλη. Περιέχουν περίπου 80% νερό, είναι ειδικά για τη θεραπεία νεκρωτικών ιστών και προάγουν τον αυτολυτικό καθαρισμό.

Φακοί επαφής Φακοί σιλικόνης-υδρογέλης (SiH) οι οποίοι επιτρέπουν 5-8 φορές περισσότερη διέλευση οξυγόνου στον κερατοειδή σε σχέση με τους συμβατικούς φακούς. ιδανικοί για όσους αντιμετωπίζουν προβλήματα ξηρότητας στο περιβάλλον εργασίας ή λόγω εποχιακών αλλεργιών. Διόρθωση μυωπικών σφαλμάτων έως 25D

Βιβλιογραφία Gloria Gallero Ferrer ; Valencia,2001 “Structures and properties of polymer hydrogels based on interpenetration of a hydrophilic and a hydrophobic network” vita.gr  http://www.sugarfree.gr/ www.iatrikionline.gr http://search.medscape.com/all-search?queryText=hydrogel http://www.dermaline.gr/articles.php?articleId=196 http://optical-house.blogspot.com/ http://www.derma-gel.com/pdf/dggrec.pdf http://www.iator.gr/ http://www.stivoz.com/