روش سنتز جدید، پلیمرهای قابل تجزیه را در دسترس قرار میدهد.
شیمی دانان MIT راهی برای سنتز پلیمرهایی طراحی کرده اند که می توانند با سرعت بیشتری در بدن و محیط تجزیه شوند. یک واکنش شیمیایی به نام پلیمریزاسیون متاتاز حلقه باز یا ROMP برای ساختن پلیمرهای جدید برای مصارف مختلفی از قبیل نانولوله سازی ، رزینهایی با کارایی بالا و تحویل دارو یا مواد تصویربرداری مفید است. با این حال ، یکی از موارد مثبت این روش سنتز این است که پلیمرهای حاصل به طور طبیعی در محیط های طبیعی مانند داخل بدن تجزیه نمی شوند.
تیم تحقیقاتی MIT با افزودن نوع جدیدی از بلوک ساختمانی به ستون فقرات پلیمر ، راهی را برای تخریب آن پلیمرها ارائه کرده است. این بلوک ساختمان جدید یا مونومر پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهد که توسط اسیدها ، پایه ها و یون های ضعیف مانند فلوراید قابل تجزیه است. جرمیا جانسون ، استادیار شیمی در MIT و نویسنده ارشد این تحقیق می گوید: “ما معتقدیم که این اولین روش کلی برای تولید پلیمرهای ROMP با قابلیت تجزیه پذیری صورت در شرایط بیولوژیکی مناسب است.” “نکته خوب این است که با استفاده از گردش کار استاندارد ROMP کار می کند ؛ شما فقط باید در مونومر جدید بپاشید ، و این کار را بسیار راحت می کند.”
محققان می گویند ، این بلوک ساختمان می تواند برای استفاده های گسترده ای در پلیمرها شامل شود ، از جمله نه تنها کاربردهای پزشکی بلکه سنتز پلیمرهای صنعتی که با سرعت بیشتری تجزیه می شوند. نویسنده اصلی مقاله ، که امروز در Nature Chemistry ظاهر می شود ، پیام پست MIT ، پیام پیتون شیه است. Postdoc Hung VanThanh Nguyen همچنین نویسنده این مطالعه است. پلیمریزاسیون قدرتمند متداول ترین بلوک های ساختاری پلیمرهای ROMP مولکول هایی به نام نوربورن ها هستند که حاوی یک ساختار حلقه ای هستند که به راحتی می توان آنها را باز کرد و به هم چسبید تا پلیمرها تشکیل شوند. قبل از وقوع پلیمریزاسیون ، مولکول هایی مانند داروها یا عوامل تصویربرداری می توانند به نوربن ها اضافه شوند. آزمایشگاه جانسون از این روش سنتز برای ایجاد پلیمرهایی با ساختارهای مختلف مختلف از جمله پلیمرهای خطی ، پلیمرهای بطری و پلیمرهای ستاره ای استفاده کرده است. این مواد جدید می توانند برای تحویل بسیاری از داروهای سرطان به طور همزمان یا حمل عوامل تصویربرداری برای تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) و انواع دیگر تصویربرداری مورد استفاده قرار گیرند.
جانسون می گوید: “این یک واکنش پلیمریزاسیون بسیار قوی و قدرتمند است.” “اما یکی از نقاط ضعف بزرگ این است که ستون فقرات پلیمرهای تولید شده کاملاً از پیوندهای کربن-کربن تشکیل شده است و در نتیجه پلیمرها به آسانی قابل تجزیه نیستند. این همیشه چیزی بوده است که وقتی ما در پشت ذهن خود نگه داشته ایم. فکر کردن در مورد ساختن پلیمرها برای فضای زیست مواد. ” برای دور زدن این مسئله ، آزمایشگاه جانسون بر اساس ساخت قطرهایی در حدود ۱۰ نانومتر به منظور ساختن پلیمرهای کوچک متمرکز شده است که می تواند راحت تر از ذرات بزرگتر از بدن پاک شود. سایر شیمیدانان سعی کرده اند که پلیمرها را با استفاده از بلوک های ساختاری به غیر از نوربورن ها تخریب کنند ، اما این بلوک های ساختاری به همان اندازه کارآمد نیستند. همچنین اتصال مواد مخدر یا مولکولهای دیگر به آنها دشوارتر است و اغلب برای تخریب آنها نیاز به شرایط سخت دارند. جانسون می گوید: “ما ترجیح می دهیم که به عنوان مولکولی که ما را قادر به پلیمر سازی این مونومرهای پیچیده می کند ، از نوربولن استفاده کنیم.” “رویای این بوده است که نوع دیگری از مونومر را شناسایی کرده و آن را به عنوان یک مونومر در پلیمریزاسیون که قبلاً از نوربورن استفاده می کند ، اضافه کند.”
محققان با کارهایی که شیعه در حال انجام یک پروژه دیگر بود ، راه حل احتمالی دریافتند. او هنگامی که سنتز یک مولکول حاوی حلقه را که شبیه به نوربورن است ، اما حاوی پیوند اکسیژن – سیلیکون-اکسیژن است ، به دنبال راه های جدیدی برای تحریک ترشح دارو از پلیمرها بود. محققان دریافتند که این نوع حلقه ، به نام اتیل سیلیک ، با واکنش ROMP نیز می تواند باز و پلیمری شود ، و منجر به پلیمرهایی با پیوندهای اکسیژن – سیلیکون-اکسیژن می شود که راحت تر تخریب می شوند. بنابراین ، محققان به جای استفاده از آن برای ترکیب دارو ، تصمیم گرفتند که آن را در ستون فقرات پلیمر گنجانیده و آنرا تخریب کنند. آنها دریافتند که با اضافه کردن مونومر سیلیل اتر در نسبت ۱: ۱ با مونومرهای نوربورن ، می توانند ساختارهای پلیمری مشابهی را با آنچه در گذشته ساخته بودند ایجاد کنند ، با اینکه مونومر جدید تقریباً به طور یکنواخت در سراسر ستون فقرات درج شده است. اما اکنون ، در معرض pH کمی اسیدی ، در حدود ۶.۵ ، زنجیره پلیمر شروع به تجزیه می کند. جانسون می گوید: “این بسیار ساده است.” “این یک منومر است که می توانیم به پلیمرهای پرکاربرد اضافه کنیم تا آنها را تجزیه کنند.
در آزمایشاتی که روی موش انجام شد ، محققان دریافتند که طی یک یا دو هفته اول ، پلیمرهای تخریب پذیر توزیع مشابهی را در بدن به عنوان پلیمرهای اصلی نشان می دهند ، اما آنها پس از آن خیلی زود شروع به تجزیه کردند. پس از شش هفته ، بسته به ترکیب شیمیایی دقیق مونومرهای سیسیل اتر که محققان از آن استفاده می کردند ، غلظت پلیمرهای جدید در بدن بین سه تا ۱۰ برابر کمتر از غلظت پلیمرهای اصلی بود. یافته ها حاکی از آن است که اضافه کردن این مونومر به پلیمرها برای تحویل دارو یا تصویربرداری می تواند به آنها کمک کند تا سریعتر از بدن پاک شوند. جانسون می گوید: “ما از چشم انداز استفاده از این فناوری برای تنظیم دقیق خرابی پلیمرهای مبتنی بر ROMP در بافت های بیولوژیکی بسیار هیجان زده ایم ، که معتقدیم می توان برای کنترل توزیع بیولوژیکی ، سینتیک رهاسازی دارو و بسیاری از ویژگی های دیگر ، از این روش استفاده کرد.” محققان همچنین کار خود را برای افزودن مونومرهای جدید به رزین های صنعتی ، مانند پلاستیک یا چسب ، آغاز کرده اند. آنها معتقدند که امکان پذیر بودن این مونومرها در فرآیندهای ساختن پلیمرهای صنعتی ، برای تجزیه پذیری بیشتر آنها امکان پذیر است و آنها با میلی پور-سیگما در تلاشند تا این خانواده از مونومرها را تجاری سازند و آنها را برای تحقیقات در دسترس قرار دهند.