استفاده از پلی ساکاریدهای به دست آمده از دریا برای ترمیم زخم

آفتاب یزد: پوست از لایه‌های مختلفی از سلول‌ها تشکیل شده است که به عنوان لایه‌های محافظ (درم و اپیدرم) عمل می‌کنند و وجود آن‌ها برای تولید یک غشای نیمه تراوا که در برابر طیف گسترده‌ای از عفونت‌ها از انسان محافظت می‌کنند، ضروری هستند. عملکرد پوست در اثر عوامل مختلفی مانند بسیاری از آسیب‌های ناخواسته، عفونت میکروبی، اختلالات پوستی، یا نارسایی متابولیک و سوختگی، دچار اختلال شده و منجر به تشکیل زخم می‌شود. ترمیم زخم یک فرآیند بیولوژیکی پیچیده برای بازیابی عملکرد طبیعی بافت پس از آسیب می‌باشد. درک کامل مراحل فیزیولوژیکی درگیر در روند بهبود زخم می‌تواند نقش بسزایی در پیشرفت‌های جدید در زمینه مراقبت از زخم برای تسریع سرعت بهبود زخم ایفا نماید. زخم‌ها بر اساس مدت زمان بهبودی به دو دسته حاد یا مزمن طبقه‌بندی می‌شوند. زخم‌های حاد در اثر اقدامات جراحی، ضربه‌های مکانیکی یا سوختگی ایجاد می‌شوند و روند بهبودی آن‌ها سریع و معمولی است. زخم‌های مزمن از شکست خوردن فرآیندهای دخیل در ترمیم بافت به وجود می‌آیند. در برخی از شرایط پزشکی مانند عفونت‌های میکروبیولوژیکی، اختلال وریدی یا شریانی و دیابت، روند ترمیم زخم مختل شده که باعث ایجاد زخم‌های مزمن می‌گردد. پاتوژن‌های فرصت‌طلب، مانند باکتری‌های گرم مثبت (مانند استافیلوکوکوس اورئوس) و باکتری‌های گرم منفی (مانند سودوموناس آئروژینوزا)، می‌توانند زخم را درگیر نموده و بیوفیلم‌هایی تولید کنند که در حقیقت مجموعه‌ای از سلول‌های باکتریایی بی‌حرکت در یک ماتریکس خارج سلولی چسبنده می‌باشند. آنتی‌بیوتیک‌ها و سیستم‌های پاکسازی میزبان (مانند آنتی‌بادی‌ها و فاگوسیت‌ها) به خوبی به بیوفیلم‌های میکروبی نفوذ می‌کنند. فعال شدن سلول‌های ایمنی در روند مذکور، که منجر به یک پاسخ التهابی پایدار می‌شود، تحت تاثیر سموم تولید شده توسط باکتری‌ها قرار می‌گیرد. عفونت زخم مداوم بار بالینی و اقتصادی قابل توجهی بر سیستم مراقبت‌های بهداشتی تحمیل می‌نماید و یکی از عوامل مهم هشدار دهنده مرگ و میر در بیماران بستری در بیمارستان محسوب می‌گردد.

ترمیم زخم
فرآیند پویای ترمیم زخم، تصویری عالی از تعامل بین سیستم‌های بیولوژیکی و محصولات مراقبت از زخم را که برای بازگرداندن عملکرد و سلامت پوست آسیب دیده استفاده می‌شود، ارائه می‌دهد. پس از آسیب به پوست، بدن ما مجموعه‌ای از فرآیندها را که اغلب به عنوان «آبشار بهبود» شناخته می‌شوند، آغاز می‌نماید تا بافت‌های زخمی را بازسازی کند. این فرآیند بلافاصله پس از وقوع آسیب آغاز می‌گردد. هموستاز، التهاب، تکثیر و بلوغ چهار مرحله همپوشانی هستند که «آبشار بهبود» را تشکیل می‌دهند. هموستاز اولین مرحله از بهبود زخم می‌باشد که در چند دقیقه اول پس از آسیب زخم رخ می‌دهد. فرآیندهای هموستاز و انعقاد زمانی درگیر می‌شوند که پلاکت‌ها با اندوتلیوم آسیب دیده تماس پیدا می‌کنند و به آن می‌چسبند. در همین حال، پلاکت‌ها و فیبرین به هم می‌چسبند و پلاگینی ایجاد می‌کنند که خونریزی را متوقف می‌کند. التهاب در محل زخم در عرض ۴۸ ساعت پس از آسیب رخ می‌دهد. به طور کلی، نوتروفیل‌ها به عنوان اولین سلول‌هایی که در مرحله التهابی به محل ضایعه کشیده می‌شوند، در فعالیت ضد میکروبی و دبریدمان بافتی هستند. سپس مونوسیت‌ها به ماکروفاژها تبدیل می‌شوند و به فضای خارج عروقی می‌روند تا پاتوژن‌ها و بقایای بافتی را فاگوسیتوز کنند. سیتوکین‌های مختلف ضد التهابی و فاکتورهای رشد تولید شده توسط ماکروفاژهای M۲، تکثیر سلولی، رگ زایی، رشد بافت گرانولاسیون و اپیتلیال شدن مجدد را در مرحله تکثیر افزایش می‌دهند. با شروع ۲ تا ۳ هفته پس از آسیب اولیه، بافت گرانولاسیون به بافت اسکار بالغ تبدیل می‌شود که با بازسازی ماتریکس کلاژن همراه است. فیبروبلاست‌ها در حالت ایده آل باید ناحیه زخم را کاملاً بپوشانند تا لایه جدیدی از پوست ایجاد شود. در نتیجه، ترمیم زخم که یک توالی پویا و پیچیده است، نیاز به یک محیط مناسب برای ارتقاء بهبود دارد.

 پلی ساکاریدهای دریایی
امروزه پلی ساکاریدهای دریایی (MPs) بعنوان مواد ایده آلی برای پانسمان زخم در نظر گرفته می‌شوند، زیرا اکثر آن‌ها ارزان و به طور گسترده در دسترس می‌باشند. این ترکیبات به راحتی به پوست می‌چسبند و به دلیل ویژگی‌های زیست‌سازگاری فوق‌العاده‌ای که دارند، بدون خطر در داخل بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، آن‌ها توانایی فوق العاده‌ای در بهبود زخم دارند. پلی ساکاریدهای دریایی بر اساس ارگانیسمی که از آن به دست می‌آیند به سه دسته تقسیم می‌شوند: پلی ساکاریدهای حیوانی دریایی (به عنوان مثال کیتوزان، دریایی و کیتین، گلیکوزآمینوگلیکان ها)، پلی ساکاریدهای جلبکی دریایی (مانند کاراگینان، آلژینات و فوکوئیدان)، و پلی ساکاریدهای میکروبی دریایی (مانند دکستران، اسید هیالورونیک و زانتان).

 کیتوزان
کیتین یک پلیمر زیستی پلی ساکارید است و از β- (۱٫۴) -n استیلامینو گلوکز (GlcNAc)
تشکیل شده و پس از سلولز، دومین بیوپلیمر متداول در طبیعت کیتین می‌باشد که در اسکلت بیرونی سخت پوستان دریایی مانند خرچنگ و میگو وجود دارد. از بین تمام پلی‌ساکاریدهای طبیعی، کیتوزان تنها پلی ساکارید کاتیونی است. در شرایط قلیایی، کیتین ممکن است تا حدی استیله شود تا کیتوزان تولید شود. به منظور ایجاد مواد زیستی پایدار،
کیتوزان از پلیمرهای با بار منفی استفاده می‌کند. در مقایسه با سایر پلی ساکاریدهای طبیعی، کیتوزان طیف وسیعی از تغییرات اصلاحی را ارائه می‌دهد. مشتقات کیتوزان دارای زیست فعالی بالاتر و حلالیت بیشتری در آب هستند. علاوه بر این، کیتوزان و مشتقات آن دارای فعالیت‌های زیستی هستند که هموستاز، بازسازی بافت و اثرات ضد التهابی، ضد باکتریایی، آنتی‌اکسیدانی و ضد درد را نشان می‌دهند. علاوه بر این، کیتوزان دارای یک گروه آبدوست است، بنابراین پانسمان‌های آن‌ها می‌توانند محیطی مرطوب برای زخم‌ها فراهم کنند که باعث بهبودی می‌شود. با توجه به این ویژگی ها، پانسمان‌های کیتوزان بخش قابل توجهی از پانسمان‌های زخم را تشکیل می‌دهند. کیتوزان دارای فعالیت‌های زیستی منحصربه‌فردی است که آن را از سایر ترکیبات فعال ترمیم کننده زخم متمایز می‌کند. این پلی ساکارید علاوه بر اصلاح فاکتورهای رشد، بازسازی بافت و رگ‌زایی را تحریک می‌کند و پانسمان آن حاوی مواد شیمیایی ضد التهابی، ضد باکتریایی و آنتی اکسیدانی است که باعث بهبود زخم می‌شود. نانوذرات کیتوزان زیست تخریب‌پذیر و زیست سازگار هستند. سطح بالای این ذرات سبب استفاده بهتر از فعالیت‌های زیستی کیتوزان می‌شود. کیتوزان می‌تواند به عنوان جزء فعال در هیدروژل ها، غشاها و بیوفیلم، یا به عنوان حامل‌های دارویی برای افزایش قدرت سایر ترکیبات فعال عمل کند. بررسی‌ها حاکی از آن است که حضور نانوذرات کیتوزان (CSNPs) کاشته‌شده در پانسمان زخم منجر به کاهش سمیت سلولی و مقاومت در برابر زخم و افزایش راندمان بهبود در بیماران می‌گردد.

 گلیکوزامینوگلیکان
گلیکوزامینوگلیکان‌ها گروهی از ترکیبات با بار منفی هستند که از کربوهیدرات‌های خطی با دی ساکاریدهای تکراری تشکیل شده اند. آن‌ها از الاستین، کلاژن سلولی، الاستین سلولی محافظت می‌کنند. این پلی ساکاریدها نقش موثری در ترویج تکثیر و مهاجرت سلول‌های اندوتلیال، تنظیم مثبت سایتوکین‌های ضد التهابی، کاهش گونه‌های فعال اکسیژن و افزایش تولید سیتوکین‌های دخیل در رگ‌زایی ایفا می‌نمایند. اسید هیالورونیک، یک گلیکوزآمینوگلیکان اسیدی است که به طور خود به خود تولید شده و در مقادیر زیادی در ماتریکس خارج سلولی وجود دارد. اسید هیالورونیک به طور گسترده در مواد پرکننده بافت نرم، پانسمان‌های زخم، مهندسی بافت و سایر کاربردهای مراقبت‌های بهداشتی استفاده می‌شود چرا که در تشکیل ریزمحیط‌های تومور و التهاب نقش کلیدی دارد.

 آلژینات
آلژینات یک پلی ساکارید طبیعی رایج است که بیشتر از جلبک‌های قهوه‌ای گونه‌های Laminaria، Asco phyllum و Fucus تولید می‌شود. این ترکیبات دارای خواص ویژه‌ای هستند که آن‌ها را به یک نامزد امیدوارکننده برای استفاده در بیوتکنولوژی‌های معاصر، از جمله طراحی پانسمان زخم تبدیل می‌کند. این خواص شامل فعالیت بیولوژیکی بالا، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، عدم سمیت، عدم ایمنی زایی، ظرفیت جذب بالا، توانایی تشکیل هیدروژل و هزینه تولید پایین می‌باشد. آلژینات یکی از پرکاربردترین پلیمرهای زیستی می‌باشد که به دلیل توانایی تهیه ژل، کاربردهای متنوعی مانند مهندسی بافت و پانسمان زخم دارند. آلژینات به طور گسترده در تهیه هیدروژل استفاده می‌شود. ظرفیت آلژینات‌ها برای تشکیل هیدروژل در محلول‌های آبی با افزودن نمک‌های فلزی دو ظرفیتی در درمان زخم بسیار مهم است. طیف فعالیت‌های بیولوژیکی ماتریس پلیمری هیدروژل را می‌توان با استفاده از ترکیبات مبتنی بر ترکیبات آلژینات با پلیمرهای زیستی اضافی، طبیعی (مانند کیتوزان، اسید هیالورونیک، کلاژن، فیبرین، ژلاتین و سلولز) و مصنوعی گسترش داد. فوم‌های مبتنی بر آلژینات ماتریس‌های متخلخل جامدی هستند که می‌توانند استریل شوند و به منظور کاهش درد بیماران دچار زخم مورد استفاده قرار گیرند؛ با این حال فوم‌ها برای زخم‌های خشک یا ضایعات با حداقل اگزودا مناسب نیستند و به تازگی فوم‌های مبتنی بر آلژینات حاوی عوامل ضد باکتری برای درمان زخم‌های عفونی تولید شده است.
 فوکوئیدان
فوکوئیدان‌ها پلی ساکاریدهای سولفاته‌ای هستند که انواعی از جلبک‌های دریایی قهوه‌ای شامل کلپ، واکامه آن‌ها را تولید می‌کنند و فعالیت‌های زیستی آن‌ها بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. فوکوئیدان‌ها شباهت ساختاری با گلیکوزآمینوگلیکان پستانداران دارند. آن‌ها زیست سازگاری خوبی دارند وعدم سمیت آن‌ها را برای توسعه مواد پلیمری جدید بسیار ارزشمند می‌کند. فوکوئیدان‌ها دارای طیف گسترده‌ای از فعالیت‌های بیولوژیکی هستند که شامل خواص رگ زایی، آنتی اکسیدانی، تعدیل کننده سیستم ایمنی، ضد انعقاد، ضد باکتری و خاصیت ضد ویروسی است. هیدروژل‌ها شامل مخلوطی از کیتین / کیتوزان، فوکویدان و آلژینات برای درمان زخم‌های مزمن مورد تایید قرار گرفته اند. فوکویدان ممکن است با برهمکنش با فاکتورهای رشد (FGF-1 و FGF-2)، التیام اپیدرم و رگ‌زایی را تعدیل کند.

کاراگینان
کاراگینان‌ها پلی ساکاریدهای خطی سولفاته هستند که از جلبک‌های قرمز Rhodophyceae تولید می‌شوند. تنوع کاراگینان در ساختار اولیه، تنوع سازمان ماکرومولکولی آن‌ها و طیف وسیعی از فعالیت‌های زیست منطقی (تعدیل کننده ایمنی، ضد تومور، ضد ویروسی، آنتی اکسیدان، ضد انعقاد، و غیره)، آن‌ها را به راحتی در فناوری‌های پزشکی احیا کننده قابل استفاده می‌کند.

 اولوان
اولوان یک پلی ساکارید سولفاته است که از رامنوز، زایلوز، گلوکورونیک اسید و سولفات و در جلبک‌های سبز دریایی یافت می‌شود. اولوان از قندهای مختلفی تشکیل شده است که فراوان‌ترین آن‌ها سلولز، زایلوگلوکان و گلوکورونان است. این پلی ساکارید حاوی مقدار کمی مانوز، گالاکتوز و آرابینوز است. اولوان به دلیل طیف گسترده‌ای از فعالیت‌های بیولوژیکی آن اغلب در صنایع غذایی و پزشکی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، اولوان در زمینه بسته‌بندی مواد غذایی به دلیل قابلیت‌های عالی تشکیل فیلم، توانایی جلوگیری از اشعه ماوراء بنفش، شفافیت کافی، و حفظ بخار آب، امیدوار کننده است. اولوان همچنین رشد میکروارگانیسم‌ها را مهار می‌کند، رادیکال‌های آزاد را اکسید می‌کند، التهاب را کاهش می‌دهد، سیستم ایمنی را تقویت می‌کند و سلول‌های تومور را از بین می‌برد.

 پلی ساکاریدهای دریایی و بهبود زخم حاد
پلی ساکاریدهای دریایی پتانسیل بهبود زخم را در درمان زخم حاد دارند. اسفنج‌های دریایی قابلیت انعقاد خون و همچنین افزایش چسبندگی و فعال شدن سلول‌های خونی و پلاکت‌ها را دارند و از زیست سازگاری بالایی برخوردارند و می‌توانند در درمان زخم‌های حاد نقش بسزایی ایفا نمایند.

 پلی ساکاریدهای دریایی در درمان زخم ناشی از جراحی
مطالعاتی وجود دارد که نقش مثبت فوکوئیدان در درمان زخم ناشی از جراحی را مورد تایید قرار داده اند. این عملکرد فوکوئیدان به دلیل خاصیت چسبندگی بالای آن می‌باشد. همچنین در کشور ما از پانسمان زخم نانوالیاف با پلی وینیلیدین فلوراید و پلی هیدروکسی بوتیرات/کیتوسان بدین منظور استفاده شده است.

 پلی ساکاریدهای دریایی و بهبود زخم مزمن
تاکنون استفاده موفقیت‌آمیز از نانوذرات آلژینات کیتوزان برای درمان زخم دیابتی و غیردیابتی با استفاده از تکنیک ژل یونی اصلاح شده با موفقیت گزارش شده است. همچنین ترکیب لیدوکائین و نانوذرات نقره در پانسمان‌های کامپوزیتی متشکل از کاراگینان و اسید هیالورونیک نیز با نتایج مثبتی همراه بوده است. با این وجود، تحقیقات بیشتری برای ارزیابی اثربخشی این پانسمان‌ها در بهبود زخم در داخل بدن مورد نیاز است.

 جمع‌بندی
توسعه درمان زخم نشان داده است که تغذیه فیزیولوژیکی و بیولوژیکی ارائه شده به طرق مختلف بر روند بهبود زخم تاثیر دارد. توانایی ماکرومولکول‌های بیولوژیکی تولید شده از منابع دریایی مانند کلاژن، آلژینات، کیتین، کیتوزان، فوکویدان، کاراگینان و سایر ترکیبات برای تسریع بهبود و بازسازی بافت پوست توسط مطالعات اخیر نشان داده شده است. همچنین ثابت شده است که ماکرومولکول‌های بیولوژیکی مشتق‌شده از منابع دریایی، مواد مؤثر و سازگار با سلول‌هایی هستند که با استفاده از ماکرومولکول‌های مختلف دریایی، بهبود زخم را سرعت می‌بخشند. پلی ساکاریدهای مشتق شده از دریا، به ویژه هنگامی که به عنوان پانسمان زخم مورد استفاده قرار می‌گیرند، نتایج امیدوارکننده‌ای را در بهبود زخم نشان داده اند. طبق مطالعات، پانسمان‌های مبتنی بر پلی ساکاریدهای مشتق از منابع دریایی می‌توانند محیط مرطوبی را برای زخم فراهم کنند که برای بهبود موثر زخم ضروری است. این ترکیبات همچنین دارای خواص ضد باکتریایی و ضد التهابی هستند که ممکن است به پیشگیری از عفونت و کاهش التهاب در محل زخم کمک کند. علاوه بر این، نشان داده شده است که پانسمان‌های مبتنی بر پلی ساکاریدهای مشتق از دریا، تکثیر و مهاجرت سلول‌های پوست را تقویت می‌کنند، که ممکن است روند بهبود را تسریع کند. آن‌ها به دلیل زیست سازگاری و زیست تخریب‌پذیری عالی برای استفاده در کاربردهایی که شامل ترمیم زخم هستند مناسب هستند. تحقیقات بیشتر برای کامل کردن دانش ما در زمینه استفاده از منابع ارزشمند دریایی در کاربردهای بالینی مختلف، از جمله ترمیم زخم مورد نیاز است.