Hydrożele

Tematyka badawcza » Hydrożele

  • Ryc. 1. Otto Wichterle
    Ryc. 1. Otto Wichterle
  • Ryc. 2. Fragment dokumentacji patentowej
    Ryc. 2. Fragment dokumentacji patentowej
  • Ryc. 3. Polimery najczęściej stosowane w technologii wytwarzania hydrożeli
    Ryc. 3. Polimery najczęściej stosowane w technologii wytwarzania hydrożeli

HYDROŻELE W MEDYCYNIE I FARMACJI

 

Zgodnie z definicją podaną w Farmakopei Polskiej VIII hydrożele (żele polimerowe) to podłoża zawierające wodę, glicerol lub glikol propylenowy z dodatkiem odpowiednich substancji żelujących, takich jak karbomer, skrobia, krzemian magnezowo-glinowy, pochodne celulozy

i inne.

Historia odkryć w zakresie otrzymywania syntetycznych hydrożeli sięga drugiej połowy ubiegłego stulecia. Pierwsze doświadczenia dotyczące trójwymiarowych sieci polimerowych prowadzili Otto Wichterle (Ryc. 1)  i Drahoslav Lim. W marcu 1961 roku opatentowali metodę syntezy polimerów wykorzystując monomery hydrofilowe z grupy akrylanów  i metakrylanów (Ryc. 2.). Uzyskane wyniki opisali na łamach czasopisma Nature. Szczególną uwagę zwrócili na potencjalne zastosowania biomedyczne. Przeprowadzając reakcję poprzecznego sieciowania polimetakrylanu hydroksyetylu, otrzymali hydrożel, który został wykorzystany jako pierwsza matryca do produkcji soczewek kontaktowych.

Matrycę hydrożeli tworzy trójwymiarowa sieć polimerowa, której wolne przestrzenie wypełnia kompartment wodny. Łańcuchy polimerów są najczęściej połączone wiązaniami kowalencyjnymi. W tym przypadku powstają tak zwane żele chemiczne, które w środowisku wodnym pęcznieją do określonej objętości, zależnej od długości łańcuchów oraz ilości wiązań poprzecznych między nimi. Opisane układy charakteryzują się tym, że raz uszkodzona sieć polimerowa nie ulega odbudowaniu.

 Hydrożele mogą być również stabilizowane w wyniku działania niewielkich sił jonowych, interakcji hydrofobowych lub wiązań wodorowych. W takiej formie określa się je mianem fizycznych lub odwracalnych. Luźno związane łańcuchy polimerowe w odpowiednich warunkach posiadają zdolność samoistnego formowania sieci, jak również po rozerwaniu przejawiają tendencję do jej odtwarzania.

Do wytwarzania hydrożeli można wykorzystywać substancje nieorganiczne, jak również związki pochodzenia organicznego. Przykładem pierwszych jest krzemionka koloidalna oraz bentonit.

 

Zdecydowanie częściej jako substancje żelujące stosuje się polimery. Są to związki wielkocząsteczkowe, zbudowane z powtarzających się wielokrotnie podjednostek zwanych merami.

Rynek technologiczny oferuje obecnie bardzo szeroką gamę polimerów, które mogą służyć jako podłoża hydrożelowe posiadające parametry optymalne dla danej drogi podania (Ryc. 3). Z punktu widzenia skutecznej terapii jako szczególnie istotne wymienia się takie właściwości jak plastyczność, lepkość, sprężystość lub adhezja.

 

Korzystne parametry fizyczne oraz biozgodność hydrożeli wynikają przede wszystkim ze znacznego udziału fazy wodnej. Wśród zalet można wymienić także łatwość zmywania oraz transparentność preparatów. Wykazano również, że hydrożele uwalniają substancje aktywne szybciej niż tradycyjne podłoża lipofilowe. Należy jednak zauważyć, że w dużej mierze zależy to od stopnia usieciowania matrycy polimerowej.

Podłoża hydrożelowe powinny charakteryzować się przede wszystkim brakiem toksyczności, szybkim i wydajnym wiązaniem fazy wodnej, odpornością termiczną i chemiczną oraz stabilnością podczas procesu technologicznego.

 

A. Mielewczyk, T. Osmałek