کاربردهای نانولوله‎های کربنی و کامپوزیت های پلیمری آن‌ها در پزشکی ترمیمی

نوع مقاله: گزارش

نویسندگان

1 محقق پسادکتری شیمی آلی، گروه شیمی، دانشکه علوم، دانشگاه شیراز

2 استاد بخش شیمی دانشگاه شیراز

3 دانشجوی دکتری شیمی آلی-پلیمر، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شیراز

چکیده

پژوهش‌های کنونی نشان می‎دهد، نانولوله‎های کربنی (CNTs) به‌عنوان زیست‌مواد، پتانسیل بسیار زیادی برای کاربردهای پزشکی ترمیمی دارند. تمرکز پزشکی ترمیمی بر روش‎های توسعه‌یافته‎ای است که برای ایجاد بافت‎های کارکردی، ترمیم یا جایگزینی بافت‎ها و اندام‎های از دست رفته به علت زخم یا بیماری، اعمال می‌شوند. در این راستا، خواص ساختاری و مکانیکی CNTها آن‎ها را برای استفاده به‌عنوان کامپوزیت در مهندسی بافت کاربردی ساخته است. CNTها می‎توانند به‌عنوان حامل در دارورسانی و ژن‌درمانی به‌کار روند، بنابراین برای کارهای درمانی در پزشکی ترمیمی مناسب‌اند. سطح بیرونی نانولوله‎های کربنی را می‎توان برای دارورسانی هدفمند و عوامل تصویربرداری عامل‎دار کرد. سایر خواص فیزیکی ذاتی این نانولوله‎ها را می‎توان برای کاربردهای درمانی و تصویربرداری نیز استفاده کرد. کاربرد نانولوله‌های کربنی به‌عنوان عوامل تمایز جلوه در تصویربرداری به اثبات رسیده است. در دهه گذشته، نانولوله‎های کربنی با توجه به خواص منحصر به فرد و متنوع آن‌ها برای مجموعه‌ای از کاربردها بررسی و مطالعه شده‌اند. این نانولوله‌ها در زمینه پزشکی ترمیمی نویدبخش بهبود خواص داربست‌های مهندسی بافت، دارورسانی و تصویربرداری از بافت‌های مهندسی هستند. در این مقاله، آخرین پیشرفت‎ها و تحولات کاربردهای نانولوله‎های کربنی در پزشکی ترمیمی مرور شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Applications of Carbon Nanotubes and Their Polymer Composites in Regenerative Medicine

نویسندگان [English]

  • Alireza Sardarian 2
  • Milad Kazemnejadi 3
چکیده [English]

Current research suggests that carbon nanotubes (CNTs) as biomaterials have immense potential for applications in regenerative medicine. The focus of regenerative medicine is on developing methods that can be applied to create functional tissues, to repair or replace tissues/organs lost due to trauma or diseases. In this respect, the structural and mechanical properties of CNTs make them applicable for use as composites for tissue engineering. CNTs can act as delivery vehicles for drugs and gene therapy and thus are suitable for therapeutics in regenerative medicine. The external carbon sheath of the CNTs can be functionalized for usein targeting, drug delivery, and as imaging agents. Further intrinsic physical properties of carbon nanotubes can be harnessed for therapeutics and imaging applications. The use of carbon nanotubes has been proved as contrasting agent in imaging. This work focuses on the latest developments in applications of carbon nanotubes for regenerative medicine. Carbon nonotubes have been under investigation in the past decade for an array of applications due to their unique and versatile properties. In the field of regenerative medicine, they have shown great promise to improve the properties of tissue engineering scaffolds and perform drug delivery and imaging of engineering tissues. The work is a review of the latest advances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • regenerative medicine
  • carbon nanotube
  • imaging
  • drug delivery
  • tissue engineering
1.Stout D., Recent Advancements in Carbon Nanofiber and CarbonNanotube Applications in Drug Delivery and Tissue Engineering,Curr. Pharm. Des., 21, 2037-2044, 2015.
2.Ku S.H., Lee M., and Park C.B., Carbon-Based Nanomaterials for Tissue Engineering, Adv. Healthcare Mater., 2, 244-260, 2013.
3.Lamberti M., Pedata P., Sannolo N., Porto S., De Rosa A., and Caraglia M., Carbon Nanotubes: Properties, Biomedical Applications,Advantages and Risks in Patients and Occupationally-Exposed Workers, Int. J. Immunopathol. Pharmacol., 28, 4-13, 2015.
4.Ding X., Liu H., and Fan Y., Graphene-Based Materials in RegenerativeMedicine, Adv. Healthcare Mater., 4, 1451-1468, 2015.
5.Zheng L., Wu S., Tan L., Tan H., and Yu B., Chitosan-FunctionalizedSingle-Walled Carbon Nanotube-Mediated Drug Delivery of SNX-2112 In Cancer Cells, J. Biomater. Appl., 31, 379-386, 2016.
6.Bates K. and Kostarelos K., Carbon Nanotubes as Vectors for Gene Therapy: Past Achievements, Present Challenges and Future Goals, Adv. Drug Deliv. Rev., 65, 2023-2033, 2013.
7.Chen Q. and Thouas G.A., Metallic Implant Biomaterials, Mater.Sci. Eng., R, 87, 1-57, 2015.
8.Iijima S., Brabec C., Maiti A., and Bernholc J., Structural Flexibility of Carbon Nanotubes, J. Chem. Phys., 104, 2089–2092, 1996.
9.Shi X., Sitharaman B., Wilson L.J., and Raphael R., In Vitro Cytotoxicity of Single-walled Carbon Nanotube/Biodegradable
Polymer Nanocomposites, J. Biomed. Mater. Res. A, 86, 813-823, 2008.
10.Abarrategi A., Gutiérrez M.C., Moreno-Vicente C., HortigüelaM.J., Ramos V., López-Lacomba J.L., Ferrer M.L., and del Monte F., Multiwall Carbon Nanotube Scaffolds for Tissue Engineering Purposes, Biomaterials, 29, 94–102, 2008.
11.Hirata E., Uo M., Takita H., Akasaka T., Watari F., and YokoyamaA., Development of A 3D Collagen Scaffold Coated with Multiwalled Carbon Nanotubes, J. Biomed. Mater. Res. Part B, 90, 629–634, 2009.
12.Meng J., Kong H., Han Z., Wang C., Zhu G., Xie S., and Xu H., Enhancement of Nanofifibrous Scaffold of Multiwalled CarbonNanotubes/Polyurethane Composite to The Fibroblasts Growth and Biosynthesis, J. Biomed. Mater. Res. Part A, 88, 105–116, 2009.
13.Yildirim E.D., Yin X., Nair K., and Sun W., Fabrication, Characterization,and Biocompatibility of Single-Walled Carbon Nanotube-Reinforced Alginate Composite Scaffolds ManufacturedUsing Freeform Fabrication Technique, J. Biomed. Mater. Res. Part B, 87, 406–414, 2008.
14.Chao T.I., Xiang S., Chen C.S., Chin W.C., Nelson A.J., Wang C., and Lu J., Carbon Nanotubes Promote Neuron Differentiationfrom Human Embryonic Stem Cells, Biochem. Biophys. Res. Commun., 384, 426–430, 2009.
15.Shi X., Sitharaman B., Pham Q.P., Spicer P.P., Hudson J.L., Wilson L.J., Tour J.M., Raphael R.M. and Mikos A.G., In Vitro Cytotoxicity of Single-Walled Carbon Nanotube/Biodegradable Polymer Nanocomposites, J. Biomed. Mater. Res. A, 86, 813–823, 2008.

16.Sitharaman B., Shi X., Walboomers X.F., Liao H., Cuijpers V., Wilson L.J., Mikos A.G., and Jansen J.A., In Vivo Biocompatibilityof Ultra-Short Single-Walled Carbon Nanotube/Biodegradable Polymer Nanocomposites for Bone Tissue Engineering,Bone, 43, 362–370, 2008.
17.Green D., Longtin J., and Sitharaman B., The Effect of Nanoparticle-Enhanced Photoacoustic Stimulation On Multipotent
Marrow Stromal Cells, ACS Nano, 3, 2065–2072, 2009.
18.Sadegh H. and Shahryari-ghoshekandi R., Functionalization of Carbon Nanotubes and Its Application in Nanomedicine: A Review, Nanomedicine, 2, 231-248, 2015.
19.Zhang Z., Yang X., Zhang Y., Zeng B., Wang S., Zhu T., Roden R.B., Chen Y., and Yang R., Delivery of Telomerase Reverse Transcriptase Small Interfering RNA in Complex with PositivelyCharged Single-Walled Carbon Nanotubes SuppressesTumor Growth, Clin. Cancer Res., 12, 4933-4939, 2006.

20.Cai D., Mataraza J.M., Qin Z.H., Huang Z., Huang J., Chiles T.C., Carnahan D., Kempa K., and Ren Z., Highly Effificient Molecular Delivery into Mammalian Cells Using Carbon Nanotube Spearing, Nat. Methods, 2, 449–454, 2005.21.
Greco G.N., Tissue Engineering Research Trends, Nova Science,New York, 1th ed., 161-181, 2008.
22.Gong H., Peng R., and Liu Z., Carbon Nanotubes for BiomedicalImaging: The Recent Advances, Adv. Drug Delivery Rev., 65, 1951-1963, 2013.
23.Cherukuri P., Bachilo S., Litovsky S., and Weisman R., Near-Infrared Fluorescence Microscopy of Single-Walled Carbon Nanotubes in Phagocytic Cells, J. Am. Chem. Soc., 126, 15638–15639, 2004.
24.Leeuw T.K., Reith R.M., Simonette R.A., Harden M.E., Cherukuri P., Tsyboulski D.A., Beckingham K.M., and Weisman
R.B., Single-Walled Carbon Nanotubes in The Intact Organism: Near-IR Imaging and Biocompatibility Studies in rosophila, Nano Lett., 7, 2650–2654, 2007.
25.Heller D., Baik S., Eurell T., and Strano M., Single-Walled Carbon Nanotube Spectroscopy in Live Cells: Towards Long-Term Labels and Optical Sensors, Adv. Mater., 17, 2793–2798, 2005.
26.Kuźnik N. and Tomczyk M.M., Multiwalled Carbon Nanotube Hybrids as MRI Contrast Agents, Beilstein J. Nanotechnol., 7, 1086-1103, 2016.
27.De La Zerda A., Zavaleta C., Keren S., Vaithilingam S., Bodapati S., Liu Z., Levi J., Smith B.R., Ma T.J., Oralkan O., and Cheng Z., Carbon Nanotubes as Photoacoustic Molecular Imaging Agents in Living Mice, Nat. Nanotechnol., 3, 557-562, 2008.
28.Ogawa S., Lee T., Kay A., and Tank D., Brain Magnetic Resonance Imaging with Contrast Dependent on Blood Oxygenation, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 87, 9868–9872, 1990.
29.Servant A., Jacobs I., Bussy C., Fabbro C., Da Ros T., Pach E., Ballesteros B., Prato M., Nicolay K., and Kostarelos K., Gadolinium-Functionalised Multi-Walled Carbon Nanotubes as a T1 Contrast Agent for MRI Cell Labelling and Tracking, Carbon, 97, 126-133, 2016.