بکارگیری هیدروژل ها برای احیا غضروف ها، از پلی ساکارید ها تا هیدروژل های مخلوط

Hydrogels for Cartilage Regeneration, from Polysaccharides to Hybrids

چکیده
1- مقدمه : روش های فعلی بالینی و نیاز برای توسعه ی روش های جدید
2- هیدروژل ها در بازسازی های بالینی
2-1- چارچوب های هیدروژل بدون سلول
2-2- چارچوب های هیدروژل همراه با سلول
3- پلی ساکارید ها در مقایسه با هیدروژل های ترکیبی
3-1- تکنیک های تولید و تاثیر آن ها بر روی ویژگی های هیدروژل ها
3-2- جنبش شناسی تخریب، ویژگی های فیزیکی ( قابلیت کاربرد) و تاثیرات زیستی
3-3- ویژگی های هیدروژل های مبتنی بر پلی ساکارید ها
3-4- پاسخ های زیستی هیدروژل های مبتنی بر پلی ساکارید ها
4- گرایش های آتی : از ترکیب مواد تا هیدروژل های ترکیبی
5- نکات جمع بندی
منابع

چکیده

هدف این مقاله : 1) مرور کردن جدید ترین موضوعات در زمینه ی جایگزین کردن غضروف ها و بازسازی آن ها ؛ 2) ارزیابی کردن زیست مواد ثبت شده ی فعلی که در مرحله های پیش بالینی و بالینی مورد استفاده قرار می گیرد ؛ 3) ارزیابی کردن پتانسیل استفاده از هیدروژل های پلیمری برای این کاربرد ها و دلایل محدودیت موفقیت بالینی آن ها می باشد. مطالعه های دیگر در رابطه با هیدروژل هایی که از آن ها به عنوان مواد زیستی شده است، در این مرور مورد استفاده قرار می گیرند و در دو گرایش اصلی در مهندسی بافت تقسیم شده است : 1) استفاده از مواد زیستی بدون سلول ؛ و2) استفاده از مواد زیستی همراه با سلول های طبیعی داخل آن ها. تکنیک های آماده سازی و ویژگی های ایجاد شده در هیدروژل ها نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است . پیشنهاد های اخیر که بر اساس ترکیب پلیمر های مختلف و روند های ترکیبی هستند تا بتوانند موجب بهبود ویژگی این مواد شوند هم مورد بررسی قرار گرفته اند. ترکیب المان هایی مانند چهارچوب های سلولی ( قاب های سلولی) ، ماتریس ها ( قسمت های مبتنی بر هیدروژل ها)، عامل های رشد و تحریک های مکانیکی در این قسمت برای بهینه سازی کردن ویژگی مواد مورد نیاز برای تسهیل شکل گیری بافت، بازسازی غضروف و در نتیجه کاربرد نهایی مورد نیاز می باشند. ترکیب های پلیمر ها و مواد ترکیبی ، امید بخش ترین مواد برای این کاربرد هستند. چارچوب های ترکیبی می توانند منجر به حداکثر شدن رشد و ادغام محلی بافت با شکل گیری بافت های شبه غضروف با ویژگی های زیست تقلیدی بشوند.

5- نکات جمع بندی

در حال حاضر هیچ گونه راه حل مفید بالینی برای بازسازی غضروف وجود ندارد. به همین دلیل، ما باید روش های جدید و مواد جدیدی را ایجاد کنیم تا چارچوب های مناسب را طراحی کنیم که بتوان از آن ها برای بازسازی غضروف استفاده کرد. ارزیابی ها مبتنی بر چارچوب های هیدروژل بدون سلول بیشتر بر روی بهینه سازی کردن ویژگی های مکانیکی و شیمیایی – فیزیکی این ماتریس ها متمرکز بوده است. اما، مطالعه های چارچوب های هیدروژل همراه با سلول ها بیشتر بر روی این موضوع متمرکز بوده است که آیا این چارچوب ها می توانند محیط های زیست شیمی و زیست مکانیکی مورد نیاز برای بقای سلول ها و بازسازی کردن غضروف های هیالینی با ماندگاری بالا فراهم کند یا خیر. به دلیل این که بسیاری از این ترکیب ها نه ضریب اصطکاک پایینی دارند و نه می توانند چرخه های مختلف بار را تحمل کنند، بسیاری از ترکیب ها از پلی ساکارید ها و هیدروژل های ترکیبی در این قسمت ارزیابی شده اند تا بتوان ویژگی های زیستی و مکانیکی مورد نیاز را مشابه با بافت های طبیعی به دست آورد. اما ، بعضی از مسئله ها هنوز حل نشده باقی مانده است که منجر می شود کاربرد این مواد در زمینه ی بالینی محدود شود : 1) سمی شدن بعضی از عامل های اتصال بین مولکول ها ؛ 2) کمبود یکپارچگی مکانیکی ؛ 3) کنترل ضعیف جنبش شناسی ژلاتینی ؛ 4) جنبش شناسی تخریب نامناسب

Abstract

The aims of this paper are: (1) to review the current state of the art in the field of cartilage substitution and regeneration; (2) to examine the patented biomaterials being used in preclinical and clinical stages; (3) to explore the potential of polymeric hydrogels for these applications and the reasons that hinder their clinical success. The studies about hydrogels used as potential biomaterials selected for this review are divided into the two major trends in tissue engineering: (1) the use of cell-free biomaterials; and (2) the use of cell seeded biomaterials. Preparation techniques and resulting hydrogel properties are also reviewed. More recent proposals, based on the combination of different polymers and the hybridization process to improve the properties of these materials, are also reviewed. The combination of elements such as scaffolds (cellular solids), matrices (hydrogel-based), growth factors and mechanical stimuli is needed to optimize properties of the required materials in order to facilitate tissue formation, cartilage regeneration and final clinical application. Polymer combinations and hybrids are the most promising materials for this application. Hybrid scaffolds may maximize cell growth and local tissue integration by forming cartilage-like tissue with biomimetic features.

5- Concluding Remarks

Currently, there are no clinical satisfactory solutions for cartilage tissue regeneration. From this problem, it raises the need for developing new types of materials and designing more suitable scaffolds which can be used for cartilage regeneration. Investigations based on cell-free hydrogel scaffolds have focused on the optimization of physical-chemical and mechanical properties of matrices. Whereas, cell-seeded hydrogel scaffold studies focus on whether or not they provide an appropriate biochemical and biomechanical environment for regenerating a long-lasting hyaline-type cartilage. Since many materials neither exhibit a low friction coefficient nor withstand several loading cycles, many combinations of polysaccharides and synthetic hydrogels have been assayed to obtain load-bearing and tribological properties similar to native cartilage tissue ones. However, some unsolved problems hinder the application of these materials to the clinic: (1) toxicity of some crosslinking agents; (2) lack of mechanical integrity; (3) poor control of gelation kinetics; (4) unsuitable degradation kinetics.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بکارگیری هیدروژل ها برای احیا غضروف ها، از پلی ساکارید ها تا هیدروژل های مخلوط

Hydrogels for Cartilage Regeneration, from Polysaccharides to Hybrids

سنسورهای نانوذرات مغناطیسی

Magnetic Nanoparticle Sensors

چکیده

1- مقدمه

2- تغییر آرامش مغناطیسی (MRSws)

2-1- مکانیزم MRSwها

2-2- ذرات مغناطیسی

2-3- ابزار دقیق

2-4- کاربردهای MRSwهای نوع اول و نوع دوم

3- حسگرها براساس آرامش ذارت مغناطیسی

3-1- تئوری

3-2- آزمایشات

4- حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی

5- نتیجه‌گیری

منابع

چکیده

انواع بسیار زیادی از زیست حسگرها از نانوذرات مغناطیسی (دارای قطر 5 الی 300 نانومتر) یا ذرات مغناطیسی (دارای قطر 300 الی 5000 نانومتر) استفاده می‌کنند که در این حالت برای تشخیص مولکول‌های هدف و ویژه، سطح دستکاری می‌شود. این پژوهش در مورد سه نوع زیست حسگر که در اصول زیست حسگرهای مختلف، مواد مغناطیسی و ابزار دقیق از آنها استفاده می‌شود، توضیحاتی را ارئه می‌دهد. نوع اول شامل حسگرهای آزمایشی تغییر آرامش مغناطیسی می‌باشد که بر روی اثرات ذارت مغناطیسی بر روی نرخ آرامش پروتون آب اعمال می‌گردد. حسگرهای آرامش ذرات مغناطیسی نوع دوم این حسگرها می‌باشد که آرامش حرکت مغناطیسی درون ذرات مغناطیسی را تعیین می‌کند. نوع سوم، حسگرهای دارای خاصیت مقاومت مغناطیسی می‌باشد که به‌منظور تشخیص حضور ذرات مغناطیسی بر روی سطح دستگاه‌های الکترونیکی که به تغییرات میدان‌های مغناطیسی بر روی سطح حساس هستند، از آنها استفاده می‌گردد. پیشرفت‌های اخیر در طراحی نانوذرات مغناطیسی (و ذارت مغناطیسی) همزمان با پیشرفت در ابزار دقیق باعث شده است که زیست حسگرهای دارای مواد مغناطیسی پیشنهاد شوند و شاید در آینده به‌طور وسیع از آنها استفاده شود.

4- حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی

حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی با استفاده از ذرات مغناطیسی به سطح یک حسگر متصل می‌شوند و میدان‌های مغناطیسی ذرات باعث تغییر میدان‌های مغناطیسی حسگر می‌شوند که باعث تغییر جریان الکتریکی درون حسگر می‌شوند. برای اتصال ذرات مغناطیسی به سطح حسگر دو مکانیزم وجود دارد: (i) نشانه‌گذاری مستقیم و (ii) نشانه‌گذاری غیر‌مستقیم (اتصال از نوع ساندویچی). میله‌های مغناطیسی به عاملیت سطح در نشانه‌گذاری مستقیم با استفاده از رابط استرپتاویدین- بیوتین یا تشخیص توالی DNA مکمل متصل می‌شوند. نشانه‌گذاری غیرمستقیم از اصول ایمنی‌سنج ساندویچی در ELISA استفاده می‌کند. برای مثال، پادتن‌های متصل شده به پروتئین هدف بر روی سطح بدون تحرک هستند. بعد از رفتار سطح با محلول نمونه که شامل پروتئین‌های هدف می‌باشد، پادتن‌های دوم بیوتین شده به سطح اضافه می‌شوند. در نهایت، ذرات مغناطیسی پوشش داده به‌وسیله‌ی استرپتاویدین برای پادتن‌های بیوتین شده به‌کار برده می‌شود.

Abstract

Many types of biosensors employ magnetic nanoparticles (diameter = 5–300 nm) or magnetic particles (diameter = 300–5,000 nm) which have been surface functionalized to recognize specific molecular targets. Here we cover three types of biosensors that employ different biosensing principles, magnetic materials, and instrumentation. The first type consists of magnetic relaxation switch assay-sensors, which are based on the effects magnetic particles exert on water proton relaxation rates. The second type consists of magnetic particle relaxation sensors, which determine the relaxation of the magnetic moment within the magnetic particle. The third type is magnetoresistive sensors, which detect the presence of magnetic particles on the surface of electronic devices that are sensitive to changes in magnetic fields on their surface. Recent improvements in the design of magnetic nanoparticles (and magnetic particles), together with improvements in instrumentation, suggest that magnetic material-based biosensors may become widely used in the future.

4- Magnetoresistive Sensors Magnetoresistive sensors

are based on the binding of magnetic particles to a sensor surface and the magnetic fields of the particles alter the magnetic fields of the sensor which result in electrical current changes within the sensor. There are two mechanisms through which magnetic particles bind to the sensor surface: (i) direct labeling and (ii) indirect labeling (a sandwich type binding). Magnetic probes bind to the surface functionality on the surface in direct labeling by using streptavidin-biotin interaction or complementary DNA sequence recognition. Indirect labeling uses the principle of sandwich immunoassay in ELISA. For example, antibodies that bind to the target protein are immobilized on the surface. After treatment of the surface with a sample solution containing the target proteins, second antibodies that are biotinylated are added to the system. Finally Streptavidin coated magnetic particles are applied for tagging the biotinylated antibodies.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنسورهای نانوذرات مغناطیسی

Magnetic Nanoparticle Sensors

نانوکامپوزیت های پلیمری شامل نانو لوله های کربن

Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes

چکیده

مقدمه

نانو لوله های کربنی

تعلیق های نانو لوله

عامل دار کردن نانو لوله

کامپوزیت های نانو لوله / پلیمر

ساخت کامپوزیت های نانو لوله ای / پلیمری

ترکیب محلول

ترکیب گدازه

روش های دیگر

هم ترازی نانو لوله ها در کامپوزیت ها

ویژگی های مکانیکی

رسانایی الکتریکی

ویژگی های رئولوژیکی

رسانایی گرمایی

ثبات گرمایی و اشتعال پذیری

نتایج

چکیده

ما حالت فعلی تحقیق نانوکامپوزیت پلیمری را بررسی می کنیم که در آن پرکننده ها نانو لوله های کربنی تک جداره یا چند جداره هستند. از طریق پس زمینه ما خلاصه موجزی در مورد مواد نانو نوارهای کربنی و تعلیق های آن ها ارائه می کنیم. ما روش های تولید ترکیب نانو نوار / پلیمر مختلف را خلاصه کرده و آن ها را مورد انتقاد قرار می دهیم که شامل ترکیب حلال، ترکیب گدازه، و پلیمری کردن در محل طبیعی با تأکید خاص روی ارزیابی حالت انتشار نانو نوارها می باشند. ما در مورد ویژگی های مکانیکی، الکتریکی، رئولوژیکی (دگردیسی)، حرارتی، و احتراق پذیری بصورت مجزا صحبت می کنیم و می گوییم که چگونه این ویژگی های فیزیکی به اندازه، نسبت ظاهری (طول به عرض)، بارگیری، حالت انتشار، و تخصیص نانو نوارها در نانو کامپوزیت های پلیمری بستگی دارند. در نهایت، چالش های فعلی و مجال های موجود برای ارائه کارامد ویژگی های فوق العاده نانو نوارهای کربتنی در ماتریس های پلیمری را خلاصه می کنیم که امیدواریم فرایند را در این حوزه نوظهور تسهیل نمایند.

11- نتایج

در این بررسی، ما تحقیقات موجود در مورد کامپوزیت های نانو لوله / پلیمر را ارزیابی کرده و بینش هایی که در مورد عواملی وجود دارند که در نهایت ویژگی های آن ها را کنترل خواهد کرد بررسی کرده ایم. به دلیل موجز بودن این مورد یک بررسی جامع نیست. بخصوص این بررسی سعی در ارزیابی مقالات ابداعی ندارد ، چون به دلیل طبیعت خاص اختراع ها، دریافت اطلاعات کامل مشکل می باشد. با توجه به اینکه بسیاری از تحقیقات انجام شده در مورد کامپوزیت های نانو لوله / پلیمر مرتبط با کاربرد است و اختراعات بخش کوچکی از این میدان تحقیقاتی هستند، غفلت از اختراع ها قابل توجه است. نکات زیر در مورد کامپوزیت های نانو لوله / پلیمر بارز و مشهودند: (1) ویژگی های کاکپوزیت های نانو لوله / پیلرم بسته به گروه بسیاری از عوامل هستند که شامل نوع (SWNT، DWNT، MWNT)، کایرالیتی، خالص بودن، چگالی نقص، و ابعاد (طول و قطر) نانو لوله ها، بارگیری نانو لوله ها، حالت انتشار و تخصیص نانو لوله ها در ماتریس پلیمری، و چسبندگی میان سطحی میان ماتریس نانو لوله و پلیمر می باشد. این عوامل باید به هنگام گزارش، تفسیر، و مقایسه نتایج حاصله از کامپوزیت های نانو لوله / پلیمر در نظر گرفته شوند.

Abstract

We review the present state of polymer nanocomposites research in which the fillers are singlewall or multiwall carbon nanotubes. By way of background we provide a brief synopsis about carbon nanotube materials and their suspensions. We summarize and critique various nanotube/polymer composite fabrication methods including solution mixing, melt mixing, and in situ polymerization with a particular emphasis on evaluating the dispersion state of the nanotubes. We discuss mechanical, electrical, rheological, thermal, and flammability properties separately and how these physical properties depend on the size, aspect ratio, loading, dispersion state, and alignment of nanotubes within polymer nanocomposites. Finally, we summarize the current challenges to and opportunities for efficiently translating the extraordinary properties of carbon nanotubes to polymer matrices in hopes of facilitating progress in this emerging area.

11- Conclusions

In this review, we provide an overview of the research in nanotube/polymer composites and insights to the factors that will ultimately control their properties. In the interest of brevity this is not a comprehensive review. In particular, this review does not attempt to review the patent literature because due to the proprietary nature of patents, it is difficult to get complete information. Given that much of the research on nanotube/ polymer composites is application driven and patents are an integral part of this research arena, the omission of patents is notable. The following points are evident about nanotube/ polymer composites: (1) The properties of nanotube/polymer composites depend on a multitude of factors that include the type (SWNT, DWNT, MWNT), chirality, purity, defect density, and dimensions (length and diameter) of the nanotubes, nanotube loading, dispersion state and alignment of nanotubes in the polymer matrix, and the interfacial adhesion between the nanotube and the polymer matrix. These factors should be taken into account when reporting, interpreting, and comparing results from nanotube/ polymer composites.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نانوکامپوزیت های پلیمری شامل نانو لوله های کربن

Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes