Hidrocentralet dhe aftësitë e tyre për shpëtimin e jetës

Mirësevini në botën e hidrogelave - materiale me madhësi nano që mund të ndikojnë në miliarda në të gjithë botën!

Që kur ishim fëmijë, jemi mësuar që ekzistojnë çështje në tre shtete: të ngurta, të lëngshme dhe të gazit. Por natyra është në të vërtetë më e ndërlikuar se ajo, kur ekzistojnë disa materiale midis shteteve. Për shembull, mendoni xhelatinë, përbërësin që i bën ëmbëlsirat të shkulen. Nuk është as i ngurtë, as i lëngshëm dhe as gaz; është një hidrogel!

Hidrocentralet janë rrjete të patretshme, të kryqëzuara, tre-dimensionale të zinxhirëve polimer, të shoqëruar me ujin që mbush boshllëqet midis zinxhirëve polimer. Ndërlidhja e kryqëzuar midis zinxhirëve polimer shkakton forcën mekanike dhe integritetin fizik të strukturës. Hidrocentralet janë shumë absorbues, që përmbajnë së paku 90% ujë. Kjo është edhe një përqindje më e lartë e ujit që trupi i njeriut mund të mbajë!

Për më tepër, hidrogel është një material lehtësisht i programueshëm, që do të thotë se ne mund të krijojmë reaksione kimike për të kombinuar hidrogel me molekula të tjera për një qëllim specifik.

Që nga vitet '60, shkencëtarët kanë parashikuar hidrogel si një kandidat premtues për aplikime kontakti të përhershëm, ato që futen në trup përgjithmonë pa refuzim nga sistemi imunitar i trupit.

Këtu keni pjesën më të lezetshme: Hidrocentralet janë materiale të zgjuara! Ata ndryshojnë disa veti, të tilla si forma, si përgjigje ndaj ndryshimeve të ndryshme në mjedis. Disa stimuj të zakonshëm për hidrogelët e zgjuar në aplikimet biologjike janë pH, temperatura dhe forca jonike. Kjo mundëson që hidrocentralet të jenë kandidatë të përsosur kur hyjnë në mjediset e lokalizuara të trupit. Ne gjithashtu mund të ndryshojmë mjedisin e jashtëm nga jashtë për të manipuluar aktivitetin e hidrocentralit brenda trupit.

Makesfarë i bën hidrocentralet kaq "të zgjuar"?

Ka shumë grupe funksionale që janë ngjitur në shtyllën kurrizore të polimerit, një shembull i spikatur janë grupet e acidit karboksilik, ose RCOOH. Kur një grup acidi karboksilik shtohet në ujë, hidrogjeni i grupit të acidit mund të shkëputet. Rezultati është një jon karboksilat (RCOO-) me ngarkesë negative dhe jon hidrogjeni (H +). Nëse mjedisi favorizon ndarjen e hidrogjenit, atëherë zinxhiri polimer ka shumë ngarkesa negative përgjatë shtyllës kurrizore të tij. Akuzat negative të zinxhirëve polimer zmbrapsin njëra-tjetrën, duke bërë që hidrocentrali të zhvishet (hapet). Akuzat negative gjithashtu rrisin tërheqjen e polimerit në ujë duke tërhequr dipolin e hidrogjenit pozitiv të ujit.

Gjithashtu, reagimi i RCOOH ndaj RCOO- është i kthyeshëm, dhe ambienti kimik do të përcaktojë nëse ndodh reagimi përpara. Meqenëse shtylla kurrizore e polimerit duhet të jetë më negativ në krahasim me molekulat kimike në mjedisin e tij, një mjedis i pasur me acid / acid (pH i ulët) me H + do të favorizojë një shtyllë kurrizore ROOH - ose neutrale. Nga ana tjetër, më shumë alkali (pH më i lartë) favorizon një ngarkesë negative. Bum, ky është një shembull se si një ndryshim i vogël në nivelin e pH mund të ndikojë dukshëm në shkallën e ënjtjes së hidrogelave!

Dorëzimi i drogës

Një nga aplikimet më interesante klinike që testohet është në shpërndarjen e drogës. Njerëzit me diabet tip 1 duhet të injektojnë vazhdimisht veten me insulinë në mënyrë që të kontrollojnë nivelin e sheqerit në gjak.

Hydrogels mund të ndihmojë pacientët të shpërndahen me atë nevojë. Në fakt, studiuesit po përdorin pol (β-amino ester) (PAE) për të sintetizuar hidrogelet që mund të injektohen nën lëkurë, gjë që krijon një depozitë të insulinës në trup. Insulina shpërndahet natyrshëm nga mjedisi me përqendrim më të lartë të insulinës për të ulur përqendrimin e insulinës, duke çuar në çlirimin e ngadaltë të hormonit nga brendësia e hidrogelës në qarkullimin e gjakut.

Në këtë mënyrë, injeksione të shumta të insulinës mund të zëvendësohen me një injeksion të vetëm hidrogel!

Gjak i freskët për indet e dëmtuara

Jo vetëm që hidrocentralet mund të zëvendësojnë të shtënat në insulinë, ai është një alternativë premtuese për ilaçet për hollimin e gjakut dhe kirurgjitë angioplastike dhe anashkaluese - metodat aktuale të trajtimit për isheminë.

Një demonstrim i ishemisë cerebrale - një lloj goditje që ndodh kur ndërpritet rrjedhja e gjakut në tru

Iskemia është një gjendje e rëndë mjekësore, në të cilën qarkullimi i gjakut dhe dërgimi i oksigjenit në inde është i kufizuar, duke rezultuar kështu në dhimbje, dobësi, dhe më seriozisht, dëmtim të indeve dhe organeve. Kur ndodh në indin e muskujve, veçanërisht në formën e aterosklerozës, ishemia mund të rezultojë në sëmundje fatale siç janë sëmundja e arterieve koronare dhe goditja në tru - të cilat aktualisht janë shkaku kryesor i vdekjes sipas Organizatës Botërore të Shëndetit.

Shkencëtarët kanë gjetur një qasje shumë interesante për trajtimin e ishemisë: Rritja e enëve të reja të gjakut në mënyrë që të rrisë rrjedhjen e gjakut në vendin ishemik përmes shpërndarjes së faktorëve të rritjes angiogjenike si Faktori i Rritjes Endoteliale Vaskulare (VEGF) dhe Insulinës-Rritja Faktori-1 (IGF) !

Pas injektimit me VEGF dhe IGF, hidrocentralet alginate mund të dorëzohen në trup duke përdorur mikrone.

Hidrocentrali i modifikuar peptidik që çon në formimin e enëve të reja të gjakut. (Chen et al. (2015). Laminin peptid mimetik SIKVAV- chitosan hidrogel duke promovuar shërimin e plagëve duke rritur angiogenesis, ri-epitelizimin dhe depozitimin e kolagjenit. J. Mater. Chem. B. 3. 10.1039 / C5TB00842E)

Të grupuar në mënyrë tipike së bashku në një numër të madh, mikrononat janë krijuar për tu aplikuar në lëkurë si një copë toke. Kur shtypen në sipërfaqen e lëkurës, gjilpërat janë në gjendje të kapërcejnë shtresën shumë të jashtme të lëkurës ("stratum corneum") e cila më pas krijon pore mikroskopike, duke lejuar që faktorët e rritjes të hyjnë në trup dhe të stimulojnë rritjen e enëve të reja të gjakut pa shkaktuar çdo dëmtim i atyre ekzistuese.

Një demonstrim i mikroneve që lëshojnë kimikate

Vrasja e Superbugs

Studiuesit e Institutit të Bioengineering dhe Nanoteknologjisë (IBN) dhe IBM Research zhvilluan hidrocentralin e parë antimikrobial që mund të shpërthejë biofilmat dhe të shkatërrojë superbugët rezistentë ndaj shumëfishtë, gjatë kontaktit duke përdorur hidrogels në 2013. Dhe është vërtet mahnitëse!

Qelizat normale të baktereve Acinetobacter baumannii para (majtas) dhe pas (trajtimit të djathtë) me polimeret [Kredia: Instituti i Bioengineering dhe Nanoteknologjia]

Ekziston një problem themelor themelor me mënyrën se si ne trajtojmë bakteret sot: antibiotikët janë se ata janë një avionarësh që zhvishen dhe shkatërrojnë komunitetin mikrobial të zorrëve.

Ajo që është me të vërtetë e rëndësishme për të kuptuar është se nëse vazhdojmë të përdorim antibiotikë deri në vitin 2050, 10 milion njerëz do të vdesin në vit për shkak të infeksioneve bakteriale. Kjo është edhe më shumë vdekje sesa të kombinuara të gjitha llojet e kancereve.

Hidrocentralet mund të ngarkohen me nanopartikuj metalikë si një mënyrë e re për të luftuar mikrobet. Për shembull, Ag + i lëshuar nga nanoparticles Ag bashkëvepron me cisteinë në rajone të caktuara të proteinave në membranat bakteriale, duke shkaktuar humbjen e K + nga brenda dhe prishjen e sistemeve të transportit qelizor, gjë që përfundimisht çon në vdekjen e qelizave bakteriale.

Një diagramë e mekanizmit të vrasjes me katër hapa të polimerit kundër superbugs rezistent ndaj ilaçeve (Hapi 1) Lidhja e polimerit të ngarkuar pozitivisht në sipërfaqen e qelizave të baktereve, (Hapi 2) Neutralizimi i akuzave pozitive të polimerit për të hyrë në membranën qelizore bakteriale , (Hapi 3) Përshkallëzimi në citotoplazmën bakteriale, një lëng që mbush qelizën, dhe (Hapi 4) Riparimi i substancave citoplazmatike për të vrarë bakterin. (Kredia: Instituti i Bioengineering dhe Nanoteknologjia)

Studime të tjera gjithashtu kanë treguar që Ag + bashkëvepron me proteinat e murit të qelizës dhe membranën plazmatike të baktereve. Kombinimi i Ag + me membranë të ngarkuar negativisht shpon membranën, duke lejuar kështu që përmbajtja citoplazmatike të rrjedhë jashtë qelizës, duke shpërndarë gradientin H + nëpër membranë dhe ndonjëherë duke shkaktuar vdekjen e qelizave.

Me natyrën e tij të gjithanshëm dhe të programueshëm, hidrocentralet janë një nga materialet më të thjeshta por më intriguese dhe më të fuqishme në botën tonë sot!

Para se të shkoni,

Përplasni këtë artikull nëse keni mësuar diçka të re.
Ndani me kolegët, familjen dhe miqtë!
Ndiqni faqen time të mesme për të qëndruar e azhurnuar me sipërmarrjen time në nanoteknologji, inxhinieri gjenetike, plakje dhe mësim makinerie!