KORSZERŰ POLIMEREK GYÓGYÁSZATI ALKALMAZÁSA

Átírás

1 KORSZERŰ POLIMEREK GYÓGYÁSZATI ALKALMAZÁSA Gyarmati Benjámin, Pukánszky Béla Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék XXIV. Magyarországi Egészségügyi Napok, Debrecen, október 4-6.

2 Tartalom Bevezetés Követelmények, főbb polimer családok Innováció, kutatás-fejlesztés Kontakt lencsék Intraokuláris lencsék Protézisek, implantátumok Embolizáló anyagok Vázanyagok, scaffoldok Szabályozott hatóanyag-leadás Célzott hatóanyag-leadás Összefoglalás 2

3 Bevezetés Hétköznapi felhasználás Egyszerhasználatos eszközök Csomagoló anyagok Orvosi eszközök szerkezeti anyagai Innovatív termékek, eszközök Funkcionalitás Kölcsönhatás a biológiai környezettel Tömegtermelés, gazdaságosság Nagy hozzáadott érték, csekély árérzékenység 3

4 Követelmények Megfelelő mechanikai tulajdonságok Termikus és hidrolitikus stabilitás Sterilizálhatóság Biokompatibilitás Biofunkcionalitás Biológiai lebonthatóság (biodegradálhatóság) 4

5 Biokompatibilitás, biofunkcionalitás Biokompatibilitás: összeférhetőség az érintkező szövetekkel és a szervezettel (hemokompatibilitás is) Szerkezeti összeférhetőség (forma, mechanika, pórusos szerkezet stb.). Sem az idegen anyag, sem esetleges bomlástermékei nem lehetnek toxikusak! Felületi összeférhetőség (hidrofób jelleg, adhézió, fehérjemegkötődés, immunválasz). Sejtnövekedés, induktív (növekedést serkentő) hatás (nem mindig szükséges!). Biofunkcionalitás: a szervezet funkcióját átveszi az idegen anyag Mechanikai teher hordása (megfelelő merevség, szilárdság, szívósság) Ízületi funkció (általában kemény anyag és polimer kombinációja, jó súrlódás) Optikai leképezés (kontaktlencse, szemlencse) 5

6 Biológiai lebonthatóság (biodegradálhatóság) Definíció: biológiai (sejtes) környezetben kismolekulákig történő lebomlás. Nem mindig szükséges feltétele az alkalmazásnak: Hosszú távú implantátumok, protézisek A nem tervezett degradáció ronthatja a mechanikai tulajdonságokat, kompatibilitás, funkcionalitás csökkenhet! Bizonyos esetekben előnyös lehet (lenne): Tablettabevonatok, elhasznált kontaktlencsék (hulladék) Szervezeten belüli (bio)degradáció: Felszívódó implantátumok Scaffoldok (vázanyagok): in vitro és in vivo lebonthatóság is lehet cél, kulcskérdés a degradáció és a sejtnövekedés sebességének viszonya 6

7 Orvosi célra használt polimerek Általános alkalmazások Polietilén (PE), polipropilén (PP) Fecskendők, csomagolóanyag, protézisek Polvinilklorid (PVC) Csomagolóanyag, katéter Polisztirol (PS) Csomagolóanyag, gyógyszerkiszerelés Poli(etilén-tereftalát) (PET) Érprotézis Akrilnitril-butadién-sztirol kopolimer (ABS) Orvosi műszerek, sebészeti eszközök Polikarbonát (PC) Laboratóriumi eszközök Poliamidok Varróanyagok Poli(metil-metakrilát) PMMA, poliakrilátok Csontcement, szemlencse, kontaktlencse Szilikonok Implantátumok Tömegműanyagok: gazdaságos előállítás Új polimerek Biofunkcionalitás Biodegradálhatóság Megújuló nyersanyagforrások 7

8 Szemészeti alkalmazás: kontaktlencsék Alapanyagok Kemény lencsék: PMMA (ma már nem használják) Lágy lencsék: Akrilát alapú lencsék Szilikon lencsék Monomerelegy Előállítási technológiák Rúdpolimerizáció (akrilát hulladék) Formapolimerizáció (formából keletkezik hulladék, esetlegesen más területen újrahasznosítható) polim. Hidrogél rúd vágás formázás 8

9 Szemészeti alkalmazás: kontaktlencsék Követelmények Jó megmunkálhatóság, pontos optika Megfelelő víztartalom (~38 %), nedvesíthetőség Mechanikai stabilitás Megfelelő tapadás (kényelmes legyen) Hidrolitikai stabilitás, sterilizálás tűrése Kihívások, jövőkép Jó oxigénáteresztés szilikon lencsék Tapadás szabályozása: felületi textúra létrehozása Hatóanyag-leadás kontakt lencséből Okos lencsék: vércukorszint mérése szemen 9

10 Szemészeti alkalmazás: szemlencsék Alapanyagok és előállítási technológia: kémiailag hasonlóak a kontaktlencsékhez, de általában kisebb (akár 0 %) víztartalom. Alkalmazás: a szemlencse pótlása (szürkehályog), biofunkcionalitás szükséges. Jelen és jövő: ma már rutinszerű műtéti beavatkozás (emberi, néha állati szemben is), óriási piac, prémium lencsetípusokkal (a látási aberrációk kiküszöbölésére): aszférikus tórikus akkomodatív multifokális 10

11 Protézisek és implantátumok Az idegen test elsősorban szerkezeti anyagként tekintendő. Fő követelmény: mechanikai stabilitás és kompatibilitás. Rövid távú: gégecső, scaffold Hosszú távú: csípő-, térd-, sípcsontprotézis, mellimplantátum, fogászati implantátum stb. Alapanyagok (protézisek): Fém (főleg Ti, Cr, Mo) ötvözetek Ultranagy molekulatömegű PE (UHMWPE) PMMA (csontcement) Jövőkép: nemfémes protézisek (CT, MRI!), poli-éter-éter-keton (PEEK), szénszál erősítés 11

12 Protézisek és implantátumok Csigolyák közötti PEEK távtartó CAGE PLLA csavarok PLLA/hidroxiapatit kompozit csavarok 12

13 Tissue engineering Definíció: olyan regeneratív gyógyászat, aminek célja a beteg saját őssejtjeinek differenciáltatása és tenyésztése egy vázanyagon (scaffold) amit aztán a betegbe ültetnek. Kulcs elemek: sejtek, növekedési faktorok, vázanyag Scaffold: biokompatibilis váz, a térben átjárható, üreges szerkezettel, az elszaporítandó sejteknek megfelelő pórusátmérővel, felülettel, valamint a szöveti környezetnek megfelelő mechanikai jelleggel. 13

14 Tissue engineering Természetes polimerek Fehérjék: kollagén, zselatin, elasztin, keratin, fibrin Poliszacharidok: hialuronsav, kitin, kitozán, keményítő, alginát Poli(hidroxi-alkanoátok) (PHA): poli(hidroxi-butirát) (PHB), poli(hidroxivalerát) (PHV), kopolimereik Biológiai aktivitás, Sejtmegtapadás Szintetikus biopolimerek Alifás poliészterek: politejsav (PLA), poliglikolsav (PGA), poli(ε-kaprolakton) (PCL), kopolimereik Poliaminosavak: poli(aszparaginsav), poli(glutaminsav) Feldolgozhatóság, Reprodukálhatóság Keverékek, anyagkombinációk 14

15 Tissue engineering Fázisszeparáción alapuló eljárások Gyors prototípus gyártó eljárások Habosítás Szálképzés 15

16 Szabályozott hatóanyag-leadás 1. generáció 2. generáció 3. generáció Szabályozott leadás Intelligens rendszerek Modulált leadás Napi 1-2 tabletta, transzdermális terápia, retard készítmények Tumorsejtekbe célzott hatóanyag-leadás, intelligens gélek Glükózszinttel szabályozott inzulinleadás 16

17 Szabályozott hatóanyag-leadás Terápiás célterületek Okuláris Hatóanyag-leadási profilok Toxikus szint Nazális Gyomor Orális Transzdermális Vérszint Hatásos szint Vékonybél Vastagbél Szubkután Idő (h) Rektális Vaginális Hatóanyag-leadás sebessége Idő 17

18 Szabályozott hatóanyag-leadás Gasztrointesztinális (GI) hatóanyag-leadás, bevonatos tabletták Gyomornedv-ellenálló bevonatok Gyors hatóanyag-leadású készítmények Íz- és szagmaszkoló bevonatok Elnyújtott leadású készítmények stb. Alapanyagok Cellulóz-származékok Zselatin Akrilsav, metakrilsav származékok Fosszilis alapúak és biológiailag nem lebonthatók! Jövő: megújuló alapanyagok (biomassza) és/vagy lebonthatóság poliaminosavak, polihidroxialkanoátok stb. 18

19 Célzott hatóanyag-leadás Tumorterápia: a hatóanyagok rendkívül súlyos mellékhatásokat okozhatnak, általában gyenge szelektivitás az egészséges és a rákos sejtek között. Passzív nanoszerkezetek: klinikai gyakorlatban már alkalmazzák őket (a rákos sejtek felgyorsult anyagcseréjét használják ki): Liposzómák Micellák Polimer-hatóanyag konjugátumok Doxorubicin Cysplatin Paclitaxel 100 nm 19

20 Célzott hatóanyag-leadás Tumorsejtek célzott terápiája Felismerő ligandumok alkalmazása Tumorsejtek vérellátásának gátlása Reszponzív rendszerek redox-függő hatóanyag-leadás Lokális terápia (pl. mágneses térrel) 10 µm GSH 2-10 mm GSH 20

21 Összefoglalás A polimer alapanyagok a gyógyászat minden területén nélkülözhetetlenek, mind szerkezeti, mind funkcionális anyagként A hagyományos orvostechnikai eszközök esetén a beteg kényelme tovább javítható a polimer módosításával vagy a feldolgozási technológia fejlesztésével (például kontaktlencsék) A high-tech orvosi polimerek még javarészt kutatási fázisban vannak, de óriási lehetőségeket rejtenek: transzplantáció kiváltása szövettenyésztéssel, visszacsatolásos hatóanyag-szállítás, célzott, sejt-szintű terápiák, okos implantátumok stb. 21

22 BiPoCo 2018 konferencia szeptember 2-6., Balatonfüred várhatóan ~200 résztvevő Megújuló alapanyagforrások Biopolimerek, természetes polimerek Szabályozott és célzott hatóanyag-leadás Implantátumok, scaffoldok 3D nyomtatás, electrospinning bipoco2018.hu 22