آلژینات در درمان زخم

آلژینات در درمان زخم

الژینات یک بیوپلیمر است که در انواع کاربردهای زیست پزشکی به دلیل خواص مطلوب ان مانند سازگاری زیستی و عدم سمیت استفاده می شود. این به ویژه در برنامه های کاربردی بهبود زخم تا به امروز جذاب بوده است. الژینات برای اماده سازی اشکال مختلف مواد برای پانسمان زخم مانند هیدروژل ، پانسمان شفاف ، ویفر، پانسمان فوم ، نانوالیاف و فرمولاسیون موضعی استفاده شده است. پانسمان تهیه شده از الژینات میتواند مایع اضافی زخم را جذب کند و باعث حفظ یک محیط فیزیولوژیکی مرطوب شود و همچنین عفونت باکتریایی در محل زخم را به حداقل برساند.کارایی درمانی این پانسمان های زخم تحت تاثیر موارد زیر است:

 نسبت پلیمرهای دیگر مورد استفاده در ترکیب با الژینات، ماهیت اتصال دهنده های متقابل مورد استفاده، مدت زمان اتصال متقابل، ماهیت مواد افزودنی مورد استفاده، ترکیب نانوذرات و عوامل ضد باکتری

این بررسی یک مرور جامع از اشکال مختلف پانسمان زخم حاوی الژینات، در محیط بدن و نتایج در ازمایشگاه ارائه می دهد.

فهرست

کاربرد آلژینات در زخم

مدیریت زخم با وجود پیشرفت هایی که تاکنون در زمینه توسعه مواد پانسمان زخم و  یا تجربه در زمینه مدیریت زخم انجام شده است، همچنان یک چالش است. زخم ها را می توان بر اساس محل، علت، ماهیت اسیب، عمق و ظاهر انها دسته بندی کرد. به طور کلی، زخم ها را می توان به عنوان ضخامت کامل، ضخامت جزئی و سطحی طبقه بندی کرد. هزینه مدیریت زخم ها بالا است و افزایش اندازه جمعیت و شیوه زندگی شهری نشان دهنده نیاز جدی به توسعه پانسمان زخم است که موثر، مناسب و مقرون به صرفه است. در انگلستان، هزینه 1 میلیون پوند برای محصولات پانسمان زخم دریک سال صرف شد. در ایالات متحده امریکا (ایالات متحده امریکا)، هزینه سالانه 2 میلیارد دلار برای مدیریت زخم های مزمن صرف می شود. موانع درمان موثر زخم ها را می توان به عنوان اموزشی، سازمانی، بالینی و روانی اجتماعی طبقه بندی کرد. پانسمان زخم از بیوپلیمرها، پلیمرهای مصنوعی و مواد زیستی تهیه می شود. بیوپلیمرهایی مانند کیتوزان، الژینات، فوکویدان، اسید هیالورونیک و غیره غیر سمی، به راحتی در دسترس، زیست تخریب پذیر، زیست سازگار و غیر ایمنی هستند. کاربرد الژینات در پانسمان زخم به دلیل خواص منحصر به فرد ان مانندعدم سمیت، سازگاری زیستی، عدم ایمنی، مقرون به صرفه بودن و ظرفیت جذب بالا است. با این حال، بیوپلیمرها به طور کلی به واسطه خواص مکانیکی ضعیف انها محدود می شوند. انها با پلیمرهای مصنوعی به منظور افزایش خواص مکانیکی خود ترکیب می شوند و برای اصلاح الگوی تخریب انها طراحی شده اند.

پانسمان زخم به اشکال مختلف وجود دارند و مشکلات رایج مرتبط با برخی از پانسمان زخم که در حال حاضر استفاده می شود شامل عدم  حفظ یک محیط مرطوب؛ جذب ضعیف اگزودای زخم؛ تاخیر در فرایند بهبود زخم (به عنوان مثال، سنتز بافت پیوندی، مهاجرت اپیدرمی و رگ زایی)؛ تبادل گاز کم بین زخم و محیط زیست؛ عدم حفاظت در برابر عفونت باکتریایی؛ مشکل در برداشتن پانسمان زخم پس از بهبودی؛ و واکنش های غیر استریل و الرژیک خواص منحصر به فرد الژینات ان را به یک بیوپلیمر بالقوه تبدیل کرده است که می تواند با افزایش جذب اگزوداهای زخم و به حداقل رساندن عفونت های باکتریایی، کاهش اثرات نامطلوب الرژیک و بهبود زخم به دلیل سازگاری زیستی و غیره، بر مشکلات پانسمان زخم که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد، غلبه کند. همچنین خواص هموستاتیک را نشان می دهد که برای خونریزی زخم ها مفید است.

 عوامل مهمی در طراحی پانسمان زخم  باید در نظر گرفته شود که شامل توانایی انها در کاهش عفونت ها، توقف خونریزی، جذب اگزودا، تسریع بهبودی ،استفاده اسان، تجزیه پذیری زیستی، استریل راحت، غیر سمی بودن،  نفوذ پذیری گاز. پانسمان زخم را می توان به عنوان پانسمان مصنوعی، سنتی و مبتنی بر مواد زیستی دسته بندی کرد. 

آلژینات در روند بهبود زخم

زخم ها را می توان به عنوان زخم های مزمن و حاد بر اساس روند بهبود زخم دسته بندی کرد . زخم های مزمن ناشی ازپیری، چاقی، اسیب  و شرایط مزمن یعنی بیماری هایی مانند دیابت، سرطان و غیره است. بهبود این زخم ها می تواند بیش از 12 هفته طول بکشد. زخم های حاد بین هفته های 8 تا 12 بهبود می یابند و ناشی از تروما یا اسیب فیزیکی مانند چاقو زدن، سوختگی و غیره است.  زمانی که زخم از طریق مراحل متوالی بهبودی پیشرفت نمی کند  زخم حاد می تواند مزمن شود، که می تواند به باکتری های بیوفیلم در زخم نسبت داده شود و در نتیجه زخم در مرحله التهابی در یک دوره طولانی باقی بماند. این باکتری تولید سیتوکین های پیش التهابی را تحریک می کند که باعث جذب نوتروفیل ها و ماکروفاژ ها را در  محل زخم میشود. سلول های التهابی سعی می کنند باکتری ها را با ترشح پروتئاز ها و گونه های اکسیژن واکنشی (ROS) از بین ببرند. با این حال، باکتری های بیوفیلم به انتی بیوتیک ها، ROS و غیره تحمل می کنند و در نتیجه سطح بالایی از ROS و پروتئازها ایجاد می شود که پروتئین های مفید برای بهبود زخم را از بین می برند. عوامل دیگری که زخم حاد را مزمن می کنند،   اسیب مکرر بافتی است که منجر به ایسکمی می شود، مانند زخم فشاری، زخم های وریدی پا، تغذیه ضعیف، بیماری زمینه ای، اصطکاک بیش از حد، وضعیت ایمنی، استفاده از پانسمان زخم نامناسب و عفونت های باکتریایی.

فرایند بهبود زخم در پنج مرحله یعنی هموستاز، التهاب، مهاجرت، تکثیر و بازسازی (شکل 1) . هنگامی که اسیب به پوست وجود دارد، هموستازی و التهاب رخ می دهد. یک جزء اصلی از بافت پیوندی پوست شناخته شده به عنوان فیبرینوژن که در انعقاد اگزودا و لخته شدن خون در زخم برای جلوگیری از خونریزی کمک میکند. فاز التهابی به طور همزمان با مرحله هموستازی رخ می دهد که در ان  از عفونت باکتریایی به عنوان یک نتیجه از انتشار پروتئازها و گونه های اکسیژن واکنشی توسط سلول های فاگوسیتیک محافظت می شود . مونوسیت های خون در محل زخم به ماکروفاژهای بافتی تمایز می یابند که فاکتور رشد را ازاد می کنند و سیتوکین ها فیبروبلاست ها، سلول های اندوتلیال و کراتینوسیت ها را برای ترمیم رگ های خونی اسیب دیده جذب میکنند. در مرحله مهاجرت، سلول های اپیتلیال به سمت محل زخم حرکت می کنند تا جایگزین سلول های مرده شوند. در مرحله تکثیر، زخم به طور کامل توسط اپیتلیوم با تشکیل بافت های دانه بندی پوشیده می شود. مرحله نهایی بازسازی بافت است که در ان فیبروبلاست ها سطح زخم را به طور کامل به عنوان یک لایه جدید پوست پوشش می دهند. در این مرحله هیچ شواهدی از زخم وجود ندارد و این مرحله نیز به عنوان مرحله بلوغ نامیده می شود.

طبقه بندی پانسمان زخم

پانسمان زخم را می توان به عنوان پانسمان های سنتی، مبتنی بر مواد زیستی، تعاملی و فعال زیستی دسته بندی کرد(شکل 2) . پانسمان های سنتی نیز به عنوان پانسمان زخم منفعل شناخته می شوند و برای محافظت از زخم ها از تماس با محیط زیست و جلوگیری از خونریزی استفاده می شوند. نمونه هایی از پانسمان های سنتی، کامپوزیت های گاز و گاز پنبه ای هستند که با ظرفیت جذب بالا مشخص می شوند. با این حال، انها می توانند باعث خونریزی شوند، و به اپیتلیوم تازه تشکیل شده  اسیب برسانند. نشت اگزودا از این پانسمان ها همچنین می تواند منجر به عفونت های باکتریایی شود . پانسمان زخم مبتنی بر مواد زیستی را می توان بیشتر به عنوان الوگرافت، مشتقات بافت و زنوگرافت دسته بندی کرد . الوگرافت ها قطعات پوستی هستند که از اهدا کنندگان به دست می اورند که تازه یا یخ زده هستند و استفاده از انها با واکنش ایمنی محدود می شود و در نتیجه بدن رد می شود. همچنین خطر عفونت و انتقال بیماری ها وجود دارد. انها گران هستند با عمر مفید محدود . مشتقات بافت از کلاژن به دست می اید اما استفاده از انها با خطر عفونت در طول یک دوره طولانی استفاده محدود می شود. پانسمان مصنوعی، همچنین به عنوان پانسمان زخم تعاملی شناخته می شود، می تواند به عنوان ژل، فوم، فیلم، اسپری، کامپوزیت و غیره طبقه بندی شود. انها از بیوپلیمرها و پلیمرهای مصنوعی تهیه می شوند. رایج ترین بیوپلیمرهای مورد استفاده الژینات، کیتوزان، ژلاتین و غیره هستند. پانسمان زخم همچنین می تواند به عنوان پانسمان زخم فعال زیستی طبقه بندی شود و نمونه هایی از الژینات ها، کلاژن ها، هیدروفیبرها و هیدروکلوئیدها هستند. عوامل رشد و ضد میکروبی برای بهبود روند ترمیم زخم اضافه می شوند . انها همچنین از بیوپلیمرها تهیه می شوند.

خواص و ساختار الژینات

الژینات یک بیوپلیمر است که به طور طبیعی اتفاق می افتد، انیونی، واز جلبک دریایی قهوه ای به دست امده است که به راحتی در دسترس، زیست سازگار و غیر سمی است. پانسمان زخم تهیه شده از الژینات با یک محیط مرطوب و کاهش عفونت های باکتریایی مشخص می شود که عوامل مهمی برای بهبود زخم هستند. الژینات از جلبک های قهوه ای (Phaeophyceae)، Ascophyllum nodosum، Laminaria hyperborea، Laminaria japonica، Macrocystis pyrifera  Laminaria استخراج می شود. این از نسبت متنوعی از guluronate و mannuronate تشکیل شده است که وابسته به منبع است (شکل 3). این بلوک از مرتبط با β-d-mannuronate (M) و α-l-guluronate (G) تشکیل شده است. بلوک ها از باقی مانده های متوالی G (GGGGGG) و باقی مانده های M (MMMMMM) و باقی مانده های متناوب M و G (GMGMGM) تشکیل شده اند. الژینات ها حاوی نسبت های مختلف و توالی باقی مانده های M و G هستند که خواص فیزیکی و وزن مولکولی انها را تعیین می کنند . تشکیل ژل مبتنی بر الژینات می تواند در غیاب دما رخ دهد. تشکیل ژل های الژینات را می توان با اتصال یونی با کاتیون ها یا بارش اسیدی به دست اورد. ژلاسیون الژینات توسط اتصال  کاتیون های دو طرفه و مناطق بلوک G پلیمر توسط dimerization از باقی مانده G رخ می دهد. علاوه بر کاتیون های دو طرفه مانند یون های Ca و غیره به الژینات، اتصال زنجیره های G در طرف مقابل یک سوراخ الماس شکل را تشکیل می دهد که حاوی یک حفره هیدروفیل است که یون های Ca را با استفاده از اتم های اکسیژن از گروه های کربوکسیل با چند هماهنگی متصل می کند. این پیکربندی منجر به شکل منطقه اتصال جعبه تخم مرغ می شود و این پیکربندی را می توان با استفاده از انواع دیگر cations divalent به دست اورد. کاتیون ها می توانند به توالی بلوک های مختلف به غیر از بلوک های G در الژینات متصل شوند. تشکیل ژل های الژینات نیز می تواند در حضور یون های سه ظرفیتی مانند Al و Fe رخ دهد و اتصال کوتیون های سه ظرفیتی با الژینات بیشتر افزایش می یابد و در نتیجه یک شبکه ژل جمع و جور در مقایسه با کوتیون های دو ظرفیتی . تشکیل ژل الژینات می تواند توسط ژل خارجی یا داخلی رخ دهد. این دو روش فوق الذکر در نحوه معرفی یون های متقاطع به پلیمر الژینات متفاوت است. در ژلاسیون داخلی، قرار گرفتن در معرض الژینات به جیره ها کنترل می شود و در نتیجه توزیع همگن الژینات در هیدروژل انجام می شود. این به طور همزمان در تعدادی از سایت های پلیمر رخ می دهد. در روش ژلاسیون خارجی، انتشار کوتیون ها از یک منطقه با غلظت بالاتر به منطقه داخلی ذرات الژینات وجود دارد که منجر به توزیع ناهمگن الژینات در شبکه ماتریس ژل می شود.

پانسمان آلژینات توسط اتصال متقابل یونی محلول خود با کلسیم، منیزیم، باریم، سرب، کادمیوم، کبالت، روی، نیکل، منگنز، یون استرانسیوم و غیره اماده می شود تا ژل را تشکیل دهد، یا می توان ان را بیشتر پردازش کرد تا ورق های متخلخل خشک شده را به شکل فوم یا پانسمان فیبری تشکیل دهد . پانسمان آلژینات می تواند مایع زخم را به شکل خشک جذب کند و ژل هایی را تشکیل دهد که می تواند یک زخم خشک را با یک محیط فیزیولوژیکی مرطوب فراهم کند و عفونت های باکتریایی را به حداقل برساند، در نتیجه تسریع اپیتلیالیزاسیون و تشکیل بافت دانه بندی می شود. اثر ایمونوژنیک الژینات تحت تاثیر مقدار بلوک M است. الژینات حاوی یک بلوک M بالا باعث تولید سیتوکین در مقایسه با الژینات با یک بلوک G بالا می شود . تصفیه مناسب نیز ضروری است زیرا وجود ناخالصی ها همچنین می تواند پاسخ  ایمونوژنیک را القا کند. برخی از پانسمان های الژینات تجاری موجود و ترکیبات انها در نشان داده شده است.

پانسمان زخم مبتنی بر الژینات

درمان زخم های حاد و مزمن یک نیاز مبرم است و پانسمان زخم مبتنی بر الژینات در مقایسه با پانسمان زخم سنتی مزایای متعددی را ارائه می دهد. پانسمان زخم مبتنی بر الژینات به شکل هیدروژل، فیلم، فوم، نانوالیاف، غشا و اسفنج و غیره وجود دارد. پانسمان آلژینات مایع زخم را جذب می کند و منجر به ژل هایی می شود که یک محیط فیزیولوژیکی مرطوب را حفظ می کنند و عفونت های باکتریایی را در محل زخم به حداقل می رساند. چندین محقق اثربخشی این پانسمان های زخم را گزارش کرده اند.

نتیجه گیری آلژینات در درمان زخم

پانسمان های مبتنی بر الژینات در اشکال مختلف مانند هیدروژل ها، فیلم ها، فوم ها، نانوالیاف ها و فرمولاسیون های موضعی وجود دارد. استفاده از انها در این پانسمان زخم با جذب اب بالا، افزایش تخلخل، انتشار پایدار دارو و اثرات غیر ایمنی مشخص شده است. خواص فوق الذکر باعث افزایش اپیتلیالیزاسیون مجدد سریع، تشکیل بافت گرانوله و بهبود زخم می شود. در هیدروژل های حاوی الژینات سدیم، ظرفیت تورم انها تحت تاثیر ماهیت کراس لینکر، نسبت پلیمرهای مورد استفاده بر اندازه منافذ شبکه ماتریس و اضافه کردن نانوذرات تاثیر گذاشت. نانوذرات، مانند اکسید روی و نانو نقره، همچنین الگوی تخریب هیدروژل ها را تغییر دادند، فعالیت ضد باکتری هیدروژل ها را افزایش دادند و تکثیر و مهاجرت سلول های کراتینوسیت را به منطقه زخم افزایش دادند. افزودن عوامل فعال زیستی به هیدروژل ها نیز روند بهبود زخم را افزایش داد. خواص مکانیکی هیدروژل ها با ترکیب الژینات سدیم با پلیمرهای مصنوعی یا با استفاده از پلاستیسایزرها افزایش یافت. از سوی دیگر، فیلم ها و نانوالیاف ها نیز به عنوان پانسمان زخم بالقوه برای درمان سوختگی موثر بودند.