نظرة عامة على الكرات المجهرية

الكرات المجهرية، كما يوحي الاسم، هي جسيمات كروية صغيرة في نطاق الميكرومتر (1-1000 ميكرون). ولها تطبيقات مختلفة في الطب وعلوم الحياة، مثل توصيل الأدوية، وهندسة الأنسجة، وأجهزة الاستشعار الحيوية، والتصوير الطبي، وما إلى ذلك.

01تصنيف

يمكن تصنيفها وفقًا لتكوينها وبنيتها ووظيفتها. بعض الأنواع الشائعة تشمل:

المجهرية البوليمر:إنها مصنوعة من بوليمرات طبيعية أو صناعية مثل الجيلاتين والألجينات وحمض البولي (لاكتيك-جليكوليك) (PLGA) وبولي إيثيلين جلايكول (PEG). ويمكن استخدامها لتغليف الأدوية أو البروتينات أو جزيئات الحمض النووي للتحكم في الإطلاق أو توصيل الدواء المستهدف.

المجهرية السيراميك: إنها مصنوعة من مواد غير عضوية مثل هيدروكسيباتيت (HA) والسيليكون وفوسفات الكالسيوم. ويمكن استخدامها لمحاكاة المرحلة المعدنية لأنسجة العظام أو تعزيز القوة الميكانيكية للسقالات.

الكريات الدهنية: تتكون هذه الخلايا من الدهون مثل الفسفوليبيدات والكوليسترول والدهون الثلاثية. ويمكنها تكوين حويصلات أو مستحلبات وحمل مواد محبة للماء أو كارهة للماء. ويمكنها أيضًا نقل الجينات أو اللقاحات عن طريق الاندماج مع أغشية الخلايا.

المجهرية المغناطيسية: إنها مصنوعة من مواد مغناطيسية، مثل أكاسيد المعادن مثل الحديد والكوبالت والنيكل. ويمكن التحكم فيها بواسطة مجال مغناطيسي خارجي واستخدامها لفصل الجزيئات الحيوية أو تركيزها أو نقلها. ويمكن استخدامها أيضًا في التصوير بالرنين المغناطيسي أو العلاج بارتفاع الحرارة.

المجهرية المجوفة: إنها تحتوي على قلب مجوف وقشرة رقيقة. كما أنها تتمتع بمساحة سطحية نوعية أعلى وكثافة أقل وقابلية تدفق أفضل من الكريات المجهرية الصلبة. ويمكن استخدامها أيضًا لتحميل المزيد من الأدوية أو عوامل التباين لتحسين التوصيل أو التصوير.

الكريات الدقيقة لـ SHBC

02 خصائص

تعتمد خصائصها على مجموعة متنوعة من العوامل، مثل حجم الجسيمات، والشكل، والشحنة السطحية، والمسامية، والقابلية للتحلل البيولوجي. يمكن أن تؤثر هذه الخصائص على تفاعلاتها مع الأنظمة البيولوجية وأدائها في تطبيقات مختلفة.

(1) حجم الجسيمات

يمكن أن يؤثر حجمها على انتشارها وترسيبها وتوزيعها البيولوجي. يمكن للكرات الدقيقة الأصغر حجمًا أن تخترق الأنسجة والأعضاء بشكل أعمق، بينما يمكن للكرات الدقيقة الأكبر حجمًا أن تتجنب التطهير بواسطة نظام الشبكية البطانية (RES).

(2) شكل الجسيم

يؤثر شكلها على تغليفها وتدفقها واستقرارها الميكانيكي. يمكن أن تتمتع الكرات الدقيقة الكروية بكثافة تعبئة أعلى ومعاملات احتكاك أقل، في حين يمكن أن تتمتع الكرات الدقيقة ذات الشكل غير المنتظم بمساحة سطح أعلى وقوة التصاق أفضل.

(3)الشحنة السطحية

تحدد شحنة سطحها تفاعلاتها الكهروستاتيكية مع الجزيئات الحيوية والخلايا. يمكن للكرات الدقيقة المشحونة إيجابيا أن ترتبط بأغشية الخلايا المشحونة سلبًا أو جزيئات الحمض النووي، في حين يمكن للكرات الدقيقة المشحونة سلبًا أن تتنافر معها. يمكن للكرات الدقيقة المحايدة أن يكون لها تفاعلات ضئيلة مع المكونات البيولوجية.

(4)المسامية

يمكن أن تؤثر مسامية هذه المادة بسهولة على قدرتها على تحميل الأدوية ومعدل الإطلاق ومعدل التحلل. يمكن للكرات الدقيقة المسامية أن تحتوي على أدوية أو جزيئات حيوية أكثر من الكرات الدقيقة غير المسامية. ومع ذلك، يمكن للكرات الدقيقة المسامية أيضًا إطلاق محتوياتها بشكل أسرع والتحلل بشكل أسرع من الكرات الدقيقة غير المسامية.

(5)التحلل البيولوجي

يمكن أن تؤثر قابليتها للتحلل البيولوجي على توافقها البيولوجي وإخراجها من الجسم. يمكن تحلل الكريات الدقيقة القابلة للتحلل البيولوجي إلى منتجات غير ضارة عن طريق الإنزيمات أو التحلل المائي، في حين يمكن للكرات الدقيقة غير القابلة للتحلل البيولوجي أن تظل موجودة في الجسم لفترة طويلة. تعد الكريات الدقيقة القابلة للتحلل البيولوجي أكثر شيوعًا في تطبيقات توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة.

03 طرق تصنيع الكرات المجهرية

1. التجفيف بالرش: هذه طريقة لتحضير كريات مجهرية صلبة أو مجوفة عن طريق تفتيت المحلول السائل أو المعلق إلى قطرات دقيقة وتجفيفه في الهواء الساخن. هذه الطريقة بسيطة وسريعة وقابلة للتطوير. ويمكن استخدامه لتغليف الأدوية أو البروتينات أو جزيئات الحمض النووي من أجل إطلاقها بشكل متحكم فيه أو توصيل الدواء المستهدف.
2. بلمرة المستحلب: هذه طريقة لتحضير كريات البوليمر المجهرية عن طريق تشتيت المونومرات في طور مائي مستمر وبدء البلمرة باستخدام بادئ قابل للذوبان في الماء أو قابل للذوبان في الزيت في وجود مادة خافضة للتوتر السطحي. يمكن لهذه الطريقة إنتاج كريات مجهرية موحدة ومستقرة ذات إنتاجية عالية وتكلفة منخفضة. ويمكنه أيضًا دمج الأدوية أو الجزيئات الحيوية في الكرات المجهرية أثناء تفاعل البلمرة أو بعده.
3. طريقة سول جل: هذه طريقة لتحضير الكرات المجهرية الخزفية عن طريق التحلل المائي وتكثيف ألكوكسيدات المعادن أو النترات في مذيب لتكوين معلق غرواني أو هلام، ثم تجفيف الهلام وتكليسه. يمكن لهذه الطريقة إنتاج كريات مجهرية مسامية ومتوافقة حيويًا مع حجم وشكل يمكن التحكم فيه. ويمكن استخدامه أيضًا لتعديل سطح الكرات المجهرية بمجموعات وظيفية أو جزيئات حيوية.
4. طريقة البثق: هذه طريقة لتحضير الكرات الدهنية الدقيقة عن طريق بثق محلول دهني أو معلق في طور مائي من خلال فوهة صغيرة تحت ضغط عالٍ لتكوين قطرات صلبة. يمكن لهذه الطريقة إنتاج كريات مجهرية كروية وناعمة مع توزيع ضيق لحجم الجسيمات وكفاءة تغليف عالية. ويمكنه أيضًا تغيير تكوين وخصائص الكريات الدهنية الدقيقة عن طريق تغيير نوع الدهون وتركيزها ودرجة حرارتها.
5. طريقة الترسيب المشترك: هذه طريقة لتحضير الكرات المجهرية المغناطيسية عن طريق خلط محلول الملح المعدني والمحلول القلوي لتكوين هيدروكسيدات معدنية غير قابلة للذوبان تترسب إلى جزيئات دقيقة، ثم طلاء الجزيئات للحصول على بوليمرات أو مواد خافضة للتوتر السطحي. يمكن لهذه الطريقة إنتاج كريات مجهرية مغناطيسية ذات مغنطة وثبات عاليين. الآن تم أيضًا اشتقاق تقنيات جديدة لتحضير الكرات المجهرية، مثل الموائع الدقيقة. يمكن للأصدقاء المهتمين التعرف على ذلك بأنفسهم.

04 بعض التطبيقات:

1.توصيل المخدرات: يمكن استخدام الكرات المجهرية لتوصيل الأدوية إلى أجزاء معينة من الجسم، مثل الأورام أو العدوى أو الأنسجة الملتهبة. يمكنهم أيضًا التحكم في معدل إطلاق الأدوية ومدتها، وتحسين فعالية الأدوية وتقليل آثارها الجانبية. على سبيل المثال، يمكن للكريات المجهرية PLGA توصيل الأدوية المضادة للسرطان إلى أورام المخ عن طريق عبور حاجز الدم في الدماغ. يمكن للكريات الدهنية الدقيقة توصيل الأنسولين لمرضى السكري عن طريق تناوله عن طريق الفم. يمكن للكريات المجهرية المغناطيسية توصيل الأدوية إلى أورام الكبد.

2.هندسة الانسجة: يمكن استخدام الكرات المجهرية لإنشاء سقالات أو مصفوفات تدعم نمو الخلايا أو الأنسجة وتمايزها. يمكنهم أيضًا توفير إشارات ميكانيكية وكيميائية وبيولوجية لتنظيم سلوك الخلية ووظيفتها. على سبيل المثال، يمكن استخدام الكرات المجهرية HA لإنشاء سقالات من الأنسجة العظمية ذات خصائص موصلة للعظم ومحفزة للعظم. يمكن استخدام الكريات المجهرية الجينية لتغليف الخلايا الجذعية أو عوامل النمو لتعزيز تجديد أنسجة الغضاريف. يمكن استخدام الكرات المجهرية المجوفة لإنشاء سقالات خفيفة الوزن وفضفاضة لهندسة الأنسجة الرخوة.

3.أجهزة الاستشعار الحيوية: يمكن استخدام الكرات المجهرية لتعزيز حساسية وخصوصية أجهزة الاستشعار الحيوية التي تكتشف الجزيئات الحيوية أو مسببات الأمراض. يمكنهم أيضًا تضخيم الإشارات أو تغيير لون أجهزة الاستشعار الحيوية. على سبيل المثال، يمكن استخدام الكريات المجهرية البوليمرية لشل حركة الأجسام المضادة أو الإنزيمات الموجودة على سطح أجهزة الاستشعار الحيوية لإجراء المقايسات المناعية أو فحوصات الإنزيمات. يمكن استخدام الكرات المجهرية الخزفية لإنشاء أجهزة استشعار حيوية بصرية، حيث تغير معامل الانكسار أو التألق عند تحفيزها بواسطة مادة تحليلية. يمكن استخدام الكرات المجهرية المغناطيسية لفصل وتركيز الجزيئات الحيوية أو مسببات الأمراض للكشف عن أجهزة الاستشعار الحيوية.

4.التصوير: يمكن استخدام الكرات المجهرية لتحسين التباين والدقة في تقنيات التصوير للأنسجة أو بنية العضو أو وظيفته. يمكنهم أيضًا تسمية أو تتبع الخلايا أو الأدوية في الجسم الحي. على سبيل المثال، يمكن استخدام الكريات الدهنية الدقيقة كعوامل تباين بالموجات فوق الصوتية لتعزيز التشتت الصوتي للموجات الصوتية. يمكن استخدام الكرات المجهرية المجوفة كعوامل تباين للأشعة السينية لزيادة توهين الأشعة السينية. يمكن استخدام الكرات المجهرية المغناطيسية كعوامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي لتغيير استرخاء الرنين المغناطيسي لجزيئات الماء.

الكرات الدقيقة هي جزيئات متعددة الاستخدامات ولها مجموعة متنوعة من التطبيقات في الطب وعلوم الحياة. ويمكن تخصيصها لاحتياجات وأغراض مختلفة عن طريق تغيير نوعها وخصائصها وطريقة تصنيعها واستخدامها. وبالمقارنة مع المواد أو الطرق التقليدية، فإنها تتمتع بالعديد من المزايا، مثل الكفاءة العالية والسمية المنخفضة والتوافق البيولوجي الأفضل والتشغيل الأسهل. ومع ذلك، فإنها تجلب أيضًا بعض التحديات، مثل المناعة المحتملة والتجمع والتحلل والتصفية وما إلى ذلك. لذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين تصميمها وأدائها وضمان سلامتها وفعاليتها.