Biomat a er e ia i alit i 1 Janne Raula 2010

Transkriptio

1 Biomateriaalit Janne Raula

2 /applications/drug_delivery/ MN patch for TD delivery Nature Clinical Practice Cardiovascular Medicine (2007) 4, /BI108_2005_Groups/08/index.html Biomaterials 29 (2008) ; Pharm. Res., 23 (2006), Wermeling D P et al. PNAS 2008;105:

3 Määritelmiä biomateriaalille Biomateriaali Biomateriaali on materiaali, jota käytetään lääketieteellisessä laitteessa tarkoituksena vuorovaikuttaa biologisten systeemien kanssa. Biomateriaaliksi sanotaan mitä tahansa vierasta materiaalia, jota käytetään apuna elävän kudoksen korjaamisessa tai hoitamisessa. Biomateriaalit ovat synteettisiä tai luonnollisia materiaaleja, joiden avulla voidaan tuottaa, korvata tai hoitaa elävää kudosta. Bioyhteensopivuus Bioyhteensopiva materiaali on jatkuvassa vuorovaikutuksessa elimistön solujen ja kudosten kanssa eikä aiheuta elimistön hylkimistä. Materiaalit, joita käytetään lääketieteellisessä sovelluksissa, pitää olla pääasiallisesti > myrkyttömiä > bioyhteensopivia 3

4 Yleisimmät biomateriaalit Silikonit -Käytetään monissa lääketieteellisissä sovelluksissa, joissa tarvitaan kumimaisia ominaisuuksia: letkut ja päällystykset Polyuretaanit (PU) -Pehmeitä ja kovia materiaaleja moniin biolääketieteellisiin sovelluksiin Teflon (polytetrafluoroeteeni) (PTFE) -Goretex huokoinen Teflon käytetään synteettisenä verisuonten tukina ja lukuisissa kirurgisissa ja bioteknologisissa sovelluksissa. Hydrogeelit -implanteissa, pehmeissä kontaktilinsseissä, jne Poly(etyleeniglykoli) (PEG) -PEG liitettynä entsyymeihin ja proteiineihin pidentävät viipymäaikaa in vivo -PEG-pintamodifiointi vastustaa proteiinien adherointia PHEMA 4

5 Yleisimmät biomateriaalit Poly(lactidi-co-glykolihappo) (PLGA) - PLGA kopolymeeria käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan hallittua hajoamisaikaa ja vahvuutta -> haavaompeleet, kontrolloitu lääkkeenvapautuminen, huokoiset kasvutuet kudosteknologiaan Lactic acid + Glycolic acid Hydroksiapatiitti (HA) -Eniten tutkittu luun paranemiseen Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Titaani (Ti) -Ti implantit esim. leukaluihin Ti Biolasi -Ensimmäinen täysin synteettinen materiaali, joka sitoo luun -BioGlass on erittäin reaktiivinen vedessä ja näin bioaktiivinen Sisältää SiO 2, Na 2 O, CaO ja P 2 O 5 5

6 Biomateriaalien käyttö sovelluksissa Monet lääketieteen sovellukset perustuvat metalliseoksiin ja luonnonpolymeereihin Metalli-implantit eivät poistu kehosta Luonnonpolymeerien koostumuksen laatu vaihtelee suuresti Synteettisten polymeerien ominaisuuksia voidaan räätälöidä halutunlaiseksi Mekaaniset ominaisuudet (kovuus, jäykkyys, venymä...) Liukoisuusominaisuudet (hydrofobisuus/-fiilisyys, ioniset ominaisuudet) Hajoamisominaisuudet (poistuminen kehosta paranemisen jälkeen tai sen yhteydessä) Lääkkeen kuljettaminen ja kiertoajan pidentäminen kehossa (hallittu lääkkeenvapautuminen) Lääkkeen ohjaaminen kohteeseen (kohdespesifinen kohdentaminen esim. syöpäsoluun) 6

7 Lyhyt katsaus biomateriaalien käyttöön lääketieteessä PMMA used in contact lenses 1958 First successful direct stimulation of heart In the beginning of the era: Gold in dentistry wooden teeth Glass eye 1860 s Aseptic surgery introduced 1900 s: Metal bone plates Used for breaks and fractures 1926 Used carpenter s screw for femoral neck fracture fixation 1930 s PMMA used in dentistry 1940 s PMMA used in Cornea replacement surgery 1938 First total hip replacement 1952 First blood vessel replacement made for cloth 1944 Hemodialyser, Cellulose acetate (cellophane) 1939 PVP as plasma expander 1958 First use of acrylic bone cement in total hip replacement 1953 Intraortic balloon pumping Beyong 2000 s Artificial skins from polymers Internal kidney dialysis machine Polymeric nanomedicine Personalized health care Etc First orthopedic fixation by PLA 600 BC Nose reconstruction Late 18th-19th century: Various metal devices to fix fractures; Wires and pins made of Fe, Au, Ag and Pt yrs ago Sutures Steel screws and plates for fracture fixation 1936 Vitallium (19 w/o Cr-9 w/o Ni stainless steel) 1912 Vanadium steel plate, first alloy developed exclusively for medical use; less stress concentration and corrosion 1931 Designed first femoral neck fracture fixation nail made originally from stainless steel, later chaged to Vitallium 1946 First biomechanically designed hip prothesis. First plastics used in joint replacement s Artificial heart (polyurethanes) and dialysis (cellophane) machines introduced 1953 DNA-model s Eye glass lens are made of PMMA, Contact lenses by PHEMA 1960 Heart valve Silicone and PMMA 1960 s Poly(lactic-glycolic acid) mechanical properties comparable to Dacron 1963 Biodegradable suture 1980 s Artificial heart 1966 First degradation and toleration demontration of PLA in animals 1969 Bioglass in orthopedic surgery 1980 s Intraocular lenses s More than half of biomaterial applications are made of or contain some polymer 7

8 Muutamia esimerkkejä polymeereistä lääketieteessä Lasitilan polymeerit Pehmeät muovit ja kumit 8

9 Muutamia esimerkkejä polymeereistä lääketieteessä Kiteiset muovit ja kuituja muodostavat polymeerit Vesiliukoiset ja vedessä turpoavat polymeerit ja hydrogeelit 9

10 Polymeerien yleisiä ominaisuuksia liuoksessa Erilaiset polymeerirakenteet liuoksessa Turvonnut vyyhti (hyvin liukoinen polymeeri on spagetti) Misellit, aggregaatit, verkkorakenteet (hydrofobinen vuorovaikutus) Ioniset ja muut kompleksit (ioninen vuorovaikutus ja vetysitoutuminen) Liuos määrää polymeerin käyttäytymisen Järjestyminen liuoksessa (faasierottuminen) Hiukkasmuoto, -koko ja kokojakauma (esim. Käänteinen emulsio) Lääkkeen lataaminen ja vapautuminen polymeerisestä systeemistä Turvonnut vyyhti Ioninen kompleksi Muu kompleksi Miselli, aggregaatti 10

11 Kiinteät polymeerit lääketieteessä 11

12 Polymeeri-lääke lääke liuoskombinaatiot lääketieteessä 12

13 Mitä makromolekyylit ovat Makromolekyylit muodostuvat toisiinsa kovalenttisesti liittyneistä yksiköistä, monomeereistä C C Monomeerejä N n O N n O n O NH C O C N O H * n * * R n * * O N H N n * O O * OCH 2 CH 2 O n * 13

14 Polymeerien syntetisointi Valmistetaan yleensä additio- tai kondensaatiopolymeroinnilla. Additiopolymeroinnissa liitetään vinyylifunktionaalisia monomeerejä toisiinsa: I-I I + I initiaattori n H 2 C CRH * R n * Joitakin polymeerejä additiopolymeroinnilla: Poly(eteeni), poly(propeeni), poly(vinyylikloridi), poly(styreeni), poly(metyylimetakrylaatti),poly(butadieeni), poly(tetrafluorietyleeni), poly(akryylihappo), poly(vinyylialkoholi) 14

15 Polymeerien syntetisointi Kondensaatiopolymeroinnissa erilaiset bifunktionaaliset monomeerit reagoivat kondensaatioreaktiolla COOH NH HOOC + 2 H 2 N O H * O N H N n * + HOH 2 O 2 Poly(amidit), poly(esterit), poly(uretaanit), 15

16 Luonnon polymeerit Luonto on täynnä erilaisia polymeerejä, proteiinit, DNA polysakkaridit, jne. Kollageeni on esimerkiksi neljän aminohapon kopolymeeri O Glutaraldehydi Glutaraldehyde O HO H 2 N OH Selluloosa N H 2 O OH N H 2 O OH N H HO Glysiini Glycine Hydroksilysiini Hydroxylysine Proline Hydroksiproline Hydroxyproline O N H HO O Aminoacids of Collagen 16

17 Kopolymeerit Eri monomeerejä voidaan yhdistellä lähes rajattomasti, jolloin saadaan kopolymeerejä + Toluene 60 C AIBN Cl Cl Monomeerit voivat olla täysin satunnaisesti jakautuneita tai ne voivat olla erillisinä lohkoina. Erilaisia yhdistelmiä lähes ääretön määrä Esim. proteiinit ovat eri aminohappojen kopolymeerejä 17

18 Polymeerien arkkitehtuuri Polymeerien arkkitehtuuri vaikuttaa polymeerin käyttäytymiseen Eri osat voivat olla kemiallisesti erilaisia, jolloin saadaan esim. amfifiilisiä rakenteita Rakenteita: lineaarinen, lohkomainen, haaroittunut, verkkomainen,tähtimäinen, kampamainen 18

19 Polymeeri liuoksessa Pääketjun atomien rotaatio pakottaa ketjun vyyhdiksi liuoksessa Ketjun kokoon vaikuttaa mm. liuottimen termodynaaminen hyvyys, pääketjun jäykkyys, sivuryhmät Ketju on jatkuvassa liikkeessä itsensä ja ympäristön suhteen johtuen lämpöliikkeestä Turvonnut satunnaisvyyhti Kokoonpuristunut polymeeriketju 19

20 Polymeerigeelit Muodostuvat joko kovalenttisin sidoksin ristisilloitetuista ketjuista tai ns. fysikaalisten, heikkojen sidosten vaikutuksesta. Toisiinsa kietoutuneet erittäin suurimoolimassaiset polymeeriketjut hyvässä liuottimessa muistuttavat geelejä. Myös esim. Lohkopolymeerit voivat muodostaa geelin, PEO-PPO-PEO Turvonnut hydrogeeli 1 cm Polymeeriverkko 10 nm 20

21 Kiinteiden polymeerien ominaisuus lämpötilariippuvaista Polymeerien lasisiirtymälämpötiloja Semikiteinen Polymeeri Polyeteeni (LDPE) T g ( C) 125 tai 30 (refd) Vetojännitys Kumi Elastomeeri Polypropyleeni (atactic) 20 Polyvinyyliasetaatti (PVAc) 28 Polyetyleenitereftalaatti (PET) 79 Polyvinyylialkoholi (PVA) 85 Polyvinyylikloridi (PVC) 81 T g Lineaarinen amorfinen Temperature T m Polystyreeni 95 Polypropyleeni (isotactic) 0 Poly(metyylimetakrylaatti) (atactic) 105 Silica 1175 Materiaalin jäykkyys riippuu lämpötilasta 21

22 Polymeerit lääketieteessä Apuaineina Kalvomateriaaleina, viskositeetin säätäjänä, lujuuden säätäjänä, lääkkeen viipymäajan pidentäjänä, jne Lääkkeen vapauttajina Biohajoavat, liukenevat, turpoavat, vasteelliset Polymeeriset lääkejohdannaiset Prodrug-konsepti, polymeeri-proteiini -konjugaatit Lääkkeen kuljettajana Aktiivinen ja passiivinen Polymeeriset misellit, nanopartikkelit 22

23 Polymeeriformulaatiot lääketieteessä Liuos Viskoottisuuden ja limakalvoadhesiivisyyden lisääminen esim. silmätipoissa Emulsio, voide, tahna Riippuen sovelluskohteesta, esim. lääkesalvat Hydrogeelit Kemiallinen tai fysikaalinen geeli Kietoutumat muodostavat solmukohtia Kovalenttiset sidokset muodostavat solmukohtia Kuivajauheet Esim. Tabletit ja inhaloitavat kuivajauheet Fys. geeli Kem. geeli 23

24 Esimerkkejä erilaisista polymeeriformulaateista Tabletit ja kapselit Hydrogeelit Limakalvoadhesiiviset polymeeriseokset Kudosteknologiset sovellukset Polymeeriset lääkejohdannaiset Nanolääketiede - lääkenanopartikkelit 24

25 Tabletit ja kapselit 70% kaikista lääkeformulaateista on kiinteitä lääkemuotoja Potilaalle mukavin annostelutapa Hyvät valmistusperinteet ja tavat Kustannustehokasta Kaksi pääsääntöistä lääkkeenvapautumismenetelmää Välitön vapautuminen Muokattu vapautuminen 25

26 Ihmisen ruoansuolistoelimet Kiinteä annosmuoto saman fysiologisen prosessin kuin ruoka: Erittyminen, kulkeutuminen, ruoansulatus, imeytyminen ja erittyminen (kuona) ph:ta, painetta ja suolistobakteereita voidaan käyttää hyväksi lääkkeenvapauttamisessa 26

27 Lääkemuodot, joissa välitön vapautuminen Tabletit Polymeerit auttavat prosesoinnissa tai suojaavat lääkettä hajoamiselta säilymisen aikana Lääkkeen imeytyminen ja tehokkuus voidaan hallita polymeerilla Polymeerisilla kalvoilla peitetään pahanmakuinen lääke Yleisesti käytettyjä polymeerejä Tärkkelys ja selluloosa Mikrokiteinen selluloosa Hydroksipropyyli selluloosa (HPMC) Polyvinyylipyrrolidoni (PVP) Cellulose HPMC PVP Each tablet contains the active ingredient : Paracetamol Ph Eur 500mg Also contains : Starch, Polyvidone, Potassium Sorbate (E202), Talc and Stearic Acid. The film coating contains Hydroxypropyl Methylcellulose and Triacetin Ketorin 25 mg tablettien vaikuttava aine on ketoprofeeni, jota on 25 milligrammaa yhdessä tabletissa. Apuaineet ovat mannitoli, maissitärkkelys, mikrokiteinen selluloosa, natriumtärkkelysglykolaatti (tyyppi A), povidoni ja magnesiumstearaatti. Active ingredient: Isosorbide-5- mononitrate 60 mg Excipients: Hydroxypropyl methyl cellulose, lactose, methyl cellulose, polyethylene glycol, copolividone, precipitated silica, magnesium stearate. 27

28 Lääkemuodot, joissa välitön vapautuminen Kapselit Lääke kapseloidaan polymeerikalvolla Lääkkeen vapautuminen kaplesista polymeerin liukenemisen kautta Gelatiini (luonnon polymeeri) Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (synteettinen) Pehmeitä yksiosaisia gelatiini kapseleita Kovia kaksiosaisia HPMC kapseleita 28

29 Lääkemuodot, joissa muokattu vapautuminen Lääkkeenvapautumista pidentävät muodot Vapauttaa lääkkeen tasaisesti ruoansulatuskanavassa Pitävät lääkeannoksen terapeuttisella tasolla Polymeerit Ammoniummethakrylaatti polymeerit (Eudragit RS and RL) Selluloosa johdannaiset Polyvinyyliasetaatti Lateksit, emulsiot, dispersiot Parasetamolin vapautuminen HPMCkapselista, joka on päällystetty Eudragit L30D-55 ja FS30D ph 6.8 ph 7.4 ph

30 Hydrogeelit Hydrogeelit ovat viskoottisia ja turpoavia 3D-rakenteita Voivat turvota 1000-kertaisestikin vedessä Turpoamista ja lääkkeevapautumista voidaan säädellä esim. Lämpötilalla, ph:lla, ionivahvuudella, jne Kemiallinen geeli Fysikaalinen geeli kietoutumat 30

31 Hydrogeelit Ympäristövasteelliset hydrogeelit Vaste (turpoaminen/kutistuminen) valon, lämpötilan, ph:n, ionivahvuuden jne. avulla Turpoamissuhde R s = (W s W d ) / W d W s =turvonneen tilan paino W d =kuivan tilan paino Poly(N-isopropyyli acrylamide) pohjaiset geelit 31 31

32 Hydrogeelit Joitakin vasteellisia hydrogeelejä 32

33 Limakalvoadhesiiviset polymeerisysteemit Limakalvot: silmä, suu, vagina, ruoansulatuskanava, nenä, keuhkot ja peräsuoli Limakalvojen yhtenä tehtävänä on poistaa tehokkaasti vierasaineita kehosta Jotta lääke pysyisi tarpeeksi kauan kohteessa, lääkeliuokseen lisätään polymeeriä lisäämään adheesiota Ns. Bioadhesiiviset materiaalit ovat luonnon tai synteettisiä materiaaleja, jotka voivat kiinnittyä biologisiin pintoihin ja pysyä siinä pidemmän aikaa 33

34 Limakalvoadhesiiviset polymeerisysteemit Keskimääräinen liuoksien poistumisaika eri limakalvoilta Limakalvo Ilman bioadhesiivia Polycarbophiliin kanssa Silmä 1-2 min tuntia Nenä 2-60 min 6-12 tuntia Suu 2-30 min 6-12 tuntia Suoli 1-3 tuntia 6-10 tuntia Vagina min 3-4 päivää 34

35 Bioadhesiivien ominaisuudet Adheesiovuorovaikutus Van der Waals -voimat Vetysidosvoimat (pääasiallinen adheesiomekanismi) Hydrofobiset vuorovaikutukset Sähköstaattiset vuorovaikutukset Polymeerien hydrofiilisyys Karboksyyli-, hydroksyyli-, amidi- and sulfaattiryhmät Polymeerin varaus Anioniset polymeerit kiinnittyvät limaan vetysidoksin Kationiset polymeerit kiinnittyvät sähköstaattisin voimin (ph 7.4) Limakalvon glukoproteiinit Oligosakkaridi-sivuketjuja, joissa siaalihappoja Proteiinirunko Siaalihappo 35

36 Bioadhesiivien ominaisuudet Hydrogeeleissä verkon tiheys Mitä suurempi on geelin solmukohtien (crosslink) tiheys, sitä vähemmän geeli turpoaa Polymeerin molekyylipaino Optimimolekyylipaino riippuu polymeerista Polyakryylihappo ~ 750 kda Polyethyleenioksidi ~ kda Dextran ~ kda Polymeeriketjun joustavuus ja liukenemisnopeus Kietoutumien määrän lisääminen Adheesiovoimakkuus Muuta Lähes nollakulman kontaktikulma Alhainen viskositeetti 36

37 Yleisimpiä bioadhesiivisia polymeereja 37

38 Kudosteknologia Kudosteknologiassa käytetään implantteja Inerttejä (ei reagoi ympäristön kanssa) Biohajoavia (hajoaa entsymaattisesti ja/tai hydrolyyttisesti) Implanttimateriaalit Metallit (TiAlV, CoCrMb, teräs) Keraamit (Alumiinioksidi (Al 2 O 3 ), Zirkoniumoksidi (ZrO 2 ) Hydroksiapatiitti (HA), Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Polymeerit o Inertit: esim. polyeetterieetteriketoni (PEEK), polyeteeni (UHMWPE), polymetyylimetakrylaatti (PMMA) o Biohajoavat: esim. polylaktidi (PLA), polylaktidiglykolidi - kopolymeeri (PLGA) Implanttien käyttökohteet Lonkka, nivelet, luun korjaus, hampaat, jne Ihoimplantit Injektoivat implantit 38

39 Keskitytään biohajoaviin polymeereihin Kaikki polymeerit hajoavat Banaanin kuori Puuvillarätti Paperi Hamppuköysi Appelsiinin kuori Villasukka Tupakan tumppi Styrox muki Maitotölkki Muovikassi Nahkakenkä Nylon kangas Six-päkin muovirengas Lastenvaippa 2 10 päivää 1 5 kk 2 5 kk 3 14 kk 6 kk 1 5 vuotta 1 12 vuotta vuotta 5 vuotta vuotta vuotta vuotta 450 vuotta vuotta 39

40 Biohajoavat polyesterit PGA hajoaa yleensä PLA:ta nopeammin johtuen PLA:n metyyliryhmästä, joka suojaa steerisesti esterisidoksen hiiltä hydrolyyttiseltä hajoamiselta Polyglykolihapon (PGA), polymaitohapon (PLA) ja niiden kopolymeerin (PLGA) rakennekaavat 40

41 Biohajoavat polyesterit Polyglykolihapon (PGA), polymaitohapon (PLA) ja polylaktidi-koglykolihapon (PLGA) ominaisuudet ja sovellukset 41

42 Biohajoavat polyesterit Biohajoavien polyesterien mekaaniset ominaisuudet Polymer Melting Point ( C) Glass-Transition Temp ( C) Modulus (Gpa) a Degradation Time (months) b PGA to 12 LPLA >24 DLPLA Amorphous to 16 PCL ( 65) ( 60) 0.4 >24 85/15 DLPLG Amorphous to 6 75/25 DLPLG Amorphous to 5 65/35 DLPLG Amorphous to 4 50/50 DLPLG Amorphous to 2 a Tensile or flexural modulus. b Time to complete mass loss. Rate also depends on part geometry. 42

43 Pinta-eroosio vs. bulk-eroosio Biohajoavat polymeerit hajoavat kahdella eri mekanismilla Pintaerodoituvan ja bulk-erodoituvan polymeerimatriisin eroosio vedessä Eroosion mekanismilla suuri vaikutus lääkeaineen vapautumiseen matriisista 43

44 Biohajoavat polyesterit häviävät elimistöstä sitruunahappokierron kautta Polymaitohapon ja polyglykolihapon kopolymeeri (PLGA) hajoaa elimistössä passiivisen hydrolyysin seurauksena laktidi- ja glykolihapoksi, jotka hajoavat edelleen sitruunahappokierrossa vedeksi ja hiilidioksidiksi 44

45 Pintaerodoituvia polymeerejä Pintaeroosion avulla hajoavia polymeerejä puolestaan ovat esimerkiksi polyortoesterit ja polyanhydridit 45

46 Erilaisia kovia implantteja, jotka voivat olla inerttejä tai biohajoavia Inion Oy, Tampere, Finland 46

47 Erilaisia pehmeitä implantteja, jotka voivat olla inerttejä tai biohajoavia Haavapäällysteet Ihon korvikkeet OpSite Esim. Polyuretaani Haavaliimat Esim. Kollageeni, silikooni, nylon, polyuretaani, poly(laktidi-co-glykolidi) Ompeleet ja teipit 47 Esim. Polysyanoakrylaatit Esim. Kollageeni, biohajoavat polymeerit 47

48 Hallittu lääkkeenkuljetus ja vapautuminen polymeerimatriiseista (kiinteä, hydrogeeli) Lääkkeen vapautuminen Diffuusio, liukeneminen, osmoosi, ioninvaihto, vasteellinen, biohajoava Säiliö Matriisi Biohajoava Lääkkeenvapautumisprofiileja A: Ideaalinen sigmuidal vapautuminen B ja C: Viivästetty vapautuminen 48

49 Esimerkkitutkimus hallitusta lääkkeen vapautumisesta Nanoparticles Containing Ketoprofen and Acrylic Polymers Prepared by an Aerosol Flow Reactor Method Hannele Eerikäinen, Leena Peltonen, Janne Raula, Jouni Hirvonen, Esko I. Kauppinen Polymeeriset nanopartikkelit vapauttavat lääkkeen eri tavoin: välitön, hidastunut ja vasteellinen välitön hidastunut vasteellinen ph muutos happamasta ->

50 Lääkkeen vapautuminen liuoksessa Misellimäiset lääkekuljettimet 40 % potentiaalisista lääkeainemolekyyleistä hylätään huonon liukoisuuden takia Nanopartikkelit ja misellit voivat auttaa Parempi liukoisuus Ehkäisevät sivureaktioita Minimoivat ennenaikaista hajoamista Mahdollisuus kohdentamiseen Erilaisia lähestymistapoja Detergenttimisellit Liposomit Polymeeriset misellit 50

51 Misellimäiset lääkekuljettimet 51

52 Lääkkeen vapautuminen liuoksessa Polymeeriset lääkejohdannaiset Polymeeriset lääkkeet Polymeeri-proteiini konjugaatti Protein Polypleksi = polymeeri-dna kompleksi Hydrofiilinen lohko DNA Kationinen lohko Mw = Da ~ 20 nm nm Polymeeri-lääke lääke konjugaatti Targeting molecule Polymeeriset misellit Hydrofiilinen lohko Lääke Linker Drug Hydrofobinen lohko 5-15 nm nm 52

53 Polymeeriset lääkejohdannaiset Lääkemolekyyli kovalenttisesti kiinni kantajapolymeerissä Polymeerin pääketju on poly(2-hydroksipropyyliakryyliamidi) Lääke, Doxorubicin, on liitetty biohajoavan ryhmän kautta pääketjuun Tämä yhdistelmä on tällä hetkellä kliinisissä tutkimuksissa Ruth Duncan, Nature,

54 Polymeeriset nanopartikkelit - nanolääketiede Polymeeriset nanopartikkelit geeniterapiassa Polymeeri kondensoi DNA:n (polypleksit) Polymeeri kapseloi DNA:n -> matriisi tai säiliö DNA kiinnittyy polymeeristen nanopartikkelien pintaan Polyetyleeni imiini Poly-L-lysiini Polyamidoamiini Poly(β-aminoesterit) Kationiset dentrimeerit Kitosaani Polylaktidihappo Polylaktidi-co-glykoli happo Poly(β-aminoesterit) Kitosaani Poly(alkyylisyanoakrylaatti) Polylaktidihappo Polylaktidi-co-glykoli happo Kitosaani

55 Polymeeriset nanopartikkelit geeniterapiassa 55

56 Lämpöherkät nanopartikkelit nm Rh / nm Tilavuuden muutos ja lääkkeenvapautuminen tapahtuu ulkoisen ärsykkeen vaikutuksesta Turvonnut mikrogeeli Kokoonpuristunut mikrogeeli T / C Älykkäät mikrogeelit Pallomainen hydrogeelikappale Palautuva tilavuuden muutos Nopea vaste lämpöön 10 nm N n O Poly(N-vinyylikaprolaktaami) Poly(N-isopropyyli akryyliamidi) 56

57 Yhteenveto biomateriaaleista Biomateriaalit ovat monenlaisia Epäorgaanisista aineista polymeereihin Luonnon materiaaleista synteettisiin materiaaleihin Bioinerteistä biohajoaviin Kovista pehmeisiin Kiinteistä liuoksiin Biomateriaalien sovelluskohteet ovat moninaiset Tabletit, kapselit, hydrogeelit oraalisessa annostelussa Kovat implantit esim. luun korvikkeina Pehmeät implantit esim. ihon korvikkeina Kudosalustoina Lääkkeenkuljettimina nanopartikkeleissa 57