مقدمه
یکی از مهم­ترین چالش­هایی که در زمینه دارورسانی مطرح است، نفوذپذیری به سلول­های غیر هدف و اثرهای جانبی مختلف است. سیستم­های نوین دارورسانی به­منظور کاهش اثرهای جانبی داروها، بهینه­سازی کارایی درمانی آن­ها و افزایش رضایتمندی بیماران طراحی می­شوند. به­این منظور سیستم­های بسیاری با ساختار و مورفولوژی­های متفاوت نظیر فیلم­ها، الیاف­ها، ژل­ها، اسفنج­ها، میکروذره­ها و نانوذره­ها طراحی شده­اند. در ساخت حامل­های دارویی می­توان از پلی­مرهای زیست‌تخریب­پذیر سنتزی و طبیعی برای کنترل رهایش داروها استفاده کرد که در این میان سیستم­هایی که بر پایه پلی­مرهای طبیعی هستند به­دلیل مزایایی از جمله زیست­سازگاری، زیست­تخریب­پذیری، قیمت مناسب و در دسترس بودن، توجه زیادی را به خود جلب کرده­اند (37،35، 6). هر دو گروه پلی­مرهای طبیعی و سنتزی دارای مزایا و معایبی هستند. پلی­مرهای سنتزی در مقایسه با پلی­مرهای طبیعی، دارای یکنواختی ساختاری، خلوص بیش­تر و توانایی کنترل رهایش داروی بیش­تر هستند. شرایط واکنش سخت­تر و استفاده از حلال­های آلی برای تهیه نانوذره­ها با استفاده از پلی­مرهای سنتزی، کاربرد آن­ها را با محدودیت مواجه کرده است. پلی­لاکتیک ­اسید (PLA)، پلی­گلیکولیک­اسید (PGA)، پلی­لاکتیک-گلیکولیک اسید (PLGA) و پلی­آلکیل سیانواکریلات پلی­مرهای سنتزی نویددهنده‌ای برای کاربردهای بالینی هستند (37,35). با این حال، علیرغم طیف گسترده­ای از پلی­مرهای سنتزی موجود، اکثر سیستم­های دارویی مجاز (دارای مجوز سازمان غذا و داروی ایالات متحده آمریکا (FDA[1])) به­دلیل خواصی از جمله توانایی تخریب در محیط درون‌تن، فارماکوکینتیک مناسب و میزان تخریب قابل کنترل بر پایه PLGA، هستند. با این حال کاربردهای PLGA با برخی محدودیت­هایی از قبیل القای التهاب موضعی و محدودیت در رساندن پروتئین­های درمانی به­دلیل استفاده از حلال­های آلی مواجه است (54،44، 35). پلی­مرهای طبیعی (مانند آلژینات، کیتوسان، کلاژن، دکستران و ژلاتین) با دارا بودن زیست­سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری بالاتر نسبت به پلی­مرهای سنتزی و شباهت به ماکرومولکول­های زیستی می­توانند جایگزین مناسبی برای پلی­مرهای سنتزی باشند. اما عدم توانایی دست­یابی به نرخ رهایش قابل کنترل و رهایش پیوسته طولانی مدت، از محدودیت­های پلی­مرهای طبیعی به شمار می­روند (52). در نتیجه تحقیق­هایی بر روی سیستم­های دارورسانی کنترل شده بر پایه فیبروئین ابریشم[2] برای غلبه بر


روی محدودیت­های
سایر پلی­مرهای طبیعی گسترش یافته است. پروتئین ابریشم یک پلی­مر دارای مجوز FDA با خصوصیت­های منحصر به­فرد از جمله سرعت تخریب پایین، خواص مکانیکی فوق­العاده، فرآیندپذیری آسان در ترکیب با زیست سازگاری عالی است که به­طور موفقیت­آمیزی در کاربردهای گسترده از صنعت نساجی تا پزشکی و دارورسانی استفاده شده است.
ویژگی­های فیبروئین ابریشم
ابریشم به­طور عمومی به­عنوان یک پلی­مر پروتئینی شناخته می­شود که توسط کرم ابریشم، عنکبوت و یا حشره­ها ریسیده می­شود. ابریشم در حدود 2700 سال قبل از میلاد مسیح، در چین کشف شد و در قرن ششم از طریق جاده ابریشم به اروپا رسید (18). در چند دهه اخیر استفاده از ابریشم به­عنوان ساختارهای زیست پزشکی رو به افزایش است. ابریشم به­علت استحکام و سختی زیاد که به­طور کلی به­علت دارا بودن ساختارهای تاخورده ناهم‌سو بتا است، گزینه مناسبی برای کاربردهای زیستی به­شمار می­رود. پروتئین ابریشم شامل رشته مرکزی از نوع پلی­مرهای پروتئینی (فیبروئین)، یک پوسته چسبنده پروتئینی (سریسین) و هم­چنین نوعی پوشش از جنس پروتئین است. به بیان دیگر، ابریشم خام شامل دو الیاف موازی فیبروئین است که به­وسیله یک لایه سریسین روی سطحشان، کنار هم قرار می­گیرند. بعد از صمغ­زدایی ابریشم خام با از بین بردن سریسین، الیاف­های فیبروئین درخشان و نرم به­دست می‌آیند (شکل 1) الیاف­های فیبروئین از ترکیب خواص جذابی از قبیل استحکام، چقرمگی^[3]، زیست­سازگاری، زیست­تخریب‌پذیری و پایداری حرارتی برخوردار هستند که نماینده یکی از تأثیرگذارترین الیاف­های پروتئینی طبیعی است که با این خواص بر بسیاری الیاف­های سنتزی و طبیعی پیشی می­گیرد (35،23).
سریسین یک پلی­مر محلول در آب است و وزن مولکولی آن در محدوده وسیع 300-10 کیلو دالتون است. به­طور معمول از این پوشش خارجی به­عنوان چسب یاد می­شود ولی شواهدی موجود است که نشان می­دهد این ماده علاوه­بر خاصیت چسبندگی به­عنوان ماده ضدقارچ و ضدباکتری فعالیت دارد. از سایر خواص سریسین می­توان به خاصیت آنتی­اکسیدانی، مقاومت و محافظت در مقابل نور ماوراء بنفش و هم­چنین قابلیت جذب و آزادسازی رطوبت اشاره نمود (55،14). ابریشم خام با توجه­به وجود سریسین یک ماده حساسیت­زا بوده که منجر به ایجاد آلرژی از نوع اول می­شود اما در صورتی­که سریسین به­طور کامل برطرف شود، پاسخی مبتنی بر حساسیت نسبت به ابریشم دریافت نخواهد شد (42،35، 5).
فیبروئین استخراج شده از ابریشم، شامل دو نوع زنجیره پلی­مری است. زنجیره سنگین^[4] (KDa 391) و زنجیره سبک^[5] (KDa 27) که توسط پیوندهای دی­ سولفیدی به یکدیگر متصل می­شوند(3). ماده دیگر موجود در فیبروئین، گلیکوپروتئین P25 است که برای کمک به تغییر و ترشح زنجیره سنگین فیبروئین مورد استفاده قرار می­گیرد. نسبت زنجیره سنگین: زنجیره سبک: P25 برابر 1:6:6 است (45). زنجیره سبک جهت ترشح پروتئین از غدد ابریشم ضروری است. P25 به هر دو زنجیره سبک و سنگین توسط پیوندهای داخلی غیرکوالانت متصل و برای تجمع زنجیره­های سبک و سنگین لازم است (45). زنجیره سنگین، پروتئین تشکیل­دهنده لیف است و ساختارش خواص لیف ابریشم را تعیین می­کند. زنجیره سنگین به­طور معمول به­عنوان پروتئین ابریشم شناخته می­شود.
شکل 2، ابریشم تولید شده به­وسیله کرم ابریشم بمبیکس موری^[6] که ابریشمی با بهترین مشخصه­ها است را نشان می­دهد. همان­طور که گفته شد، ابریشم خام شامل دو الیاف فیبروئین که با یک لایه سریسین در سطحشان کنار هم قرار گرفته­اند، است. برای صمغ­زدایی ابریشم (حذف سریسین)، از سدیم کربنات (رایج‌ترین محلول بازی) استفاده می­شود تا رشته­های فیبروئین بازسازی شده، حاصل گردد و سپس به دنبال آن با استفاده از غلظت بالای محلول­های نمکی از قبیل لیتیم بروماید (رایج‌ترین نمک)، لیتیم تیوسیانات، کلسیم تیوسیانات و کلسیم کلراید برای از بین بردن پیوند هیدروژنی پایدارکننده صفحه­های بتا و سپس دیالیز در آب خالص، محلول فیبروئین به­دست می­آید (52). در شکل 2 کرم ابریشم بالغ و پیله تولید شده نیز نشان داده شده­اند. با توجه به فرآیندپذیری همه جانبه فیبروئین ابریشم، سیستم­های بسیاری با ساختار و مورفولوژی­های متفاوت نظیر اسفنج­ها، هیدروژل­ها، فیلم­ها، الیاف­ها، میکروذره­ها و نانوذره­ها می­توان از محلول فیبروئین به­دست آورد، اما فقط به این سیستم­ها محدود نمی­شود (شکل 2). از مهم‌ترین این سیستم­ها برای کاربردهای زیست پزشکی می­توان به تهیه نخ­های بخیه، حامل­های دارویی برای رهایش کنترل شده و هم­چنین داربست برای مهندسی بافت قرنیه، عصب، استخوان و ... اشاره کرد (9،12،23،36،37،41).
صورت­بندی­های^[7] مختلف ابریشم
فیبروئین ابریشم می­تواند در صورت­بندی­های مختلفی شامل ابریشم نوع 1 (ابریشم I) و ابریشم نوع 2 (ابریشم II) و ابریشم نوع 3 (ابریشم III) وجود داشته باشد. ساختار نیمه پایدار و آب­دوست فیبروئین ابریشم بمبیکس موری، که به­عنوان ابریشم α یا ابریشم I شناخته می­شود، می­تواند به آسانی به ابریشم آب­گریز II با استفاده از روش‌های مختلف تبدیل شود. ابریشم II به آرایش مولکول­های فیبروئین به­صورت صفحه­های بتا اشاره دارد که استحکام بیش­تری دارد و مسئول بلورینگی بیش­تر فیبروئین است. رایج­ترین روش تبدیل ساختار درهم (مارپیچ یا ابریشم نوع 1) ابریشم به ساختار ورقه­های بتا (ساختار خیلی پایدار ابریشم نوع 2) با یک حلال آلی است. حلال­های آلی شناخته شده­ای از جمله متانول، اتانول، استون و... در کریستالیزاسیون فیبروئین ابریشم و تبدیل یک ساختار درهم به یک ساختار ورقه­ بتا، استفاده می­شوند (23). از دیگر روش­ها برای القای ساختار ورقه­ای بتا می­توان به استفاده از دمای بالا، استفاده از pH نزدیک به نقطه ایزوالکتریک فیبروئین ابریشم (نزدیک 4)، استفاده از نمک و نیروی برشی اشاره کرد (52). اگرچه کریستالینیتی، اساس پایداری سیستم­های بر پایه فیبروئین ابریشم است، با این حال افزایش بیش از حد کریستالینیتی منجر به کاهش انعطاف­پذیری و منجر به شکننده شدن سیستم­ها می­شود. به­علاوه، در زمان دارورسانی مولکول­های حساس مانند فاکتورهای رشد به­وسیله فیبروئین ابریشم، از روش­های ملایم­تر باید استفاده شود. استفاده از بخار آب می­تواند یک جایگزین بهتر برای القاء ساختار ورقه­ای بتا باشد. آنالیز کانفورماسیون¹³C-MAS NMR فیلم­ها و نانوالیاف­های فیبروئین ابریشم نشان داد که درصد ابریشم II بعد از القا به­وسیله بخار آب (47%-30%) کم­تر از استفاده از متانول (74%) است. تغییر در کریستالینیتی و در نتیجه آب­دوستی، گزینه­هایی برای تأثیر بر روی برهم­کنش بین مولکول­های دارو و فیبروئین ابریشم و هم­چنین سرعت تخریب آن عرضه می­کند که می­تواند یک گزینه جذاب برای سیستم­های دارورسانی با کینتیک رهایش مشخص باشد (52).
ابریشم I یک محلول پایدار است که در غدد کرم ابریشم ذخیره می­شود. صورت­بندی ابریشم I به­طور کامل شناخته شده نیست و به­صورت مجموعه­ای از صورت­بندی­ها (از میزان آرایش یافتگی خیلی پایین تا بلورهای آرایش یافته) وجود دارد. شکل­های آرایش یافته­تر در حالت­های گذار قبل از ریسندگی ابریشم II شکل می­گیرند. ابریشم II همان فیبروئین جامد است که می­تواند به­صورت الیاف ابریشم ریسندگی شود و صورت­بندی به­طور کامل شناخته شده­ای دارد. خلاصه­ای از خواص ساختمانی پروتئین­های سریسین و فیبروئین در جدول 1 بیان شده است.
ساختارهای مختلف پروتئین ابریشم
فیبروئین ابریشم بمبیکس موری، از بیش از ۵۰۰۰ آمینواسید تشکیل شده است. از نظر سازمانی، زنجیره سنگین فیبروئین ابریشم یک پلی­مر بسیار منظم است که شامل 12 ناحیه آب­گریز (نواحی کریستالی) با 11 ناحیه آب­دوست (نواحی آمورف) پراکنده، است (52). فیبروئین یک ماکرومولکول عظیم شامل نواحی کریستالی به میزان دو سوم و نواحی آمورف به میزان یک سوم کل ماده، است. از نظر ساختاری فیبروئین ابریشم به­عنوان یک کوپلیمر دسته­ای^[8] طبیعی طبقه­بندی می­شود. بلوک­های آب­گریز شامل آمینواسیدهایی با زنجیره جانبی کوتاه مانند آلانین^[9] و گلایسین^[10] و سرین^[11] است، در حالی­که بلوک­های آب­دوست شامل آمینواسیدهایی با زنجیره­های جانبی حجیم همراه با گروه­های آمینی باردار هستند. در این کوپلی­مر بلوک­های آب­گریز از ترتیب توالی به­صورت (گلایسین- آلانین- گلایسین- آلانین- سرین (GAGAS)) تبعیت می­کنند، ولی بلوک­های آب­دوست با ترتیب پیچیده­تری ساخته شده­اند (51،3).
ترکیب شیمیایی آمینواسیدهای تشکیل­دهنده فیبروئین و سریسین مربوط به پروتئین ابریشم را می­توان از مراجع آن یافت. طبق این مراجع، ترکیب درصد مولی آمینواسیدها در فیبروئین ابریشم به­صورت 1/44 % گلایسین، 6/28 % آلانین، 9/11 % سرین، 21/5 % تیروسین^[12]، 8/1 % والین^[13] و 39/8 % دیگر آمینواسیدهای باقی­مانده است. بنابراین خواص عمومی ابریشم با توجه­به خواص این آمینواسیدها ارزیابی می­شود(21). نواحی کریستالی، 94 % از کل رشته فیبروئین را تشکیل داده­اند و این نواحی کریستالی از تکرار متناوب هگزاپپتایدهای GAGAGS، GAGAGY، GAGAGA، GAGYGA ساخته شده­اند. GAGAGS بیش­ترین درصد (70 %) را در رشته متناوب هگزاپپتایدها شامل می­شود. هر ناحیه کریستالی به­طور متوسط از 4 زنجیره مجزا بتا تشکیل شده است و شامل 11 آمینواسید است. این زنجیرها از طریق پیچ­های بتا که از آمینواسید GAAS ساخته شده است به­همدیگر مرتبط می­شوند (58). شکل 3، زنجیره سنگین فیبروئین را نشان می­دهد. این زنجیره، شامل قسمت­های تکراری آب­گریز که در بین دامنه­های تکرارناپذیر آب­دوست قرار گرفته­اند، است. هر قسمت تکرار شونده شامل زیر مجموعه­هایی است که توسط پپتیدهای چهارگانه جدا می­شوند. هر زیر مجموعه شامل واحدهای تکرار شونده مختلف پپتیدهای شش­گانه هستند و توسط پپتیدهای چهارگانه GAAS تمام می­شوند (23).
خواص مکانیکی پروتئین ابریشم
خواص مکانیکی ابریشم، آن را از سایر مواد طبیعی شناخته شده، متمایز می­سازد. خواص ابریشم به­علت باندهای هیدروژنی زیاد، طبیعت آب­گریز پروتئین و بلورینگی قابل توجه آن، است. مدول الاستیک ابریشم بمبیکس موری 17-15 گیگاپاسکال و استحکام کششی آن 690- 610 گیگاپاسکال است (1). این خواص با افزایش درصد فیبروئین ابریشم، کاهش سایز و افزایش یکنواختی منافذ، افزایش می‌یابند. ترکیب مقاومت مکانیکی و ازدیاد طول شکست بالا در الیاف ابریشم آن را به ماده­ای خاص تبدیل نموده است. ازدیاد طول تا پارگی غیرعادی در این الیاف به روشنی توضیح داده نشده است، ولی در بسیاری از تحقیق­ها، آن را به قابلیت کشش نواحی آمورف و تبدیل آن­ها به فرم­های کشیده شده نسبت می­دهند. استحکام بالا در ابریشم به وجود صفحه­های بتا که در قالب نواحی بلورین گرد هم آمده­اند، نسبت داده می­شود. هم­چنین پیوندهای آب­گریز که بین نواحی بلورین وجود دارد، باعث تمامیت و پیوستگی در کل لیف می­شود (51،14).
خواص زیستی پروتئین ابریشم
جدا از هندسه و خواص مکانیکی، زیست سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری برای کاربردهای پزشکی مسائل مهمی هستند. پلی­مرهای مصنوعی مانند PLA، PLGA، پلی­کاپرولاکتان و پلی­مرهای طبیعی مانند ابریشم، آلژینات، کراتین، الاستین و کلاژن به­دلیل این خواص، برای کاربردهای پزشکی استفاده می­شوند.
مواد طبیعی به­دلیل خواص ساختاری و زیست­سازگاری فوق­العاده­شان بسیار مورد توجه قرار گرفته­اند. اگرچه نگرانی­هایی در مورد زیست­سازگاری ابریشم بمبیکس موری به­عنوان عامل حساسیت­زا نوع اول مطرح است و کاربردهای پزشکی ابریشم به این دلیل کاهش پیدا کرد، اما مشخص شد که سریسین مسبب ایجاد این حساسیت بوده است (13). با جداسازی سریسین و یا پوشش سیلیکون یا واکس در ساختار تجاری، واکنش حساسیت­زایی مشاهده نشد. بنابراین ابریشم اولیه (فیبروئین و صمغ سریسین) بالقوه آلرژی­زا بوده، اما ابریشم صمغ­گیری شده که سریسین از آن جدا شده است، زیست­سازگار است.

تخریب زیستی پروتئین ابریشم
در دهه اخیر، تنوع وسیع پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر سنتزی و طبیعی برای کاربردهای پزشکی و داروسازی مورد بررسی قرار گرفته­اند. پلی­مرهای زیست‌تخریب‌پذیر طبیعی مانند کلاژن، ژلاتین و فیبروئین ابریشم مزایای بسیار خوبی نسبت­به پلی­مرهای سنتزی دارند که دلیل آن، خواص مطلوبی از قبیل زیست­سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری است. زیست‌تخریب‌پذیری، شکست مواد پلی­مری به اجزای کوچک­تر است. بسته­به حالت تخریب، فیبروئین ابریشم می­تواند به­صورت پلی­مرهای قابل تخریب با آنزیم­ها طبقه­بندی گردد (10،3). آنزیم­ها نقش مهمی در تخریب فیبروئین­ بازی می­کنند. به­دلیل تخریب آنزیمی، خواص فیزیکی- شیمیایی، مکانیکی و بیولوژیکی خاص فیبروئین ابریشم به­طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته­اند. تخریب آنزیمی مواد زیستی یک فرآیند دو مرحله­ای است. مرحله اول جذب آنزیم روی سطح لایه از طریق دامنه سطح اتصال و دومین مرحله هیدرولیز پیوند استری است. به­عنوان یک پروتئین، فیبروئین ابریشم مستعد تخریب زیستی توسط آنزیم­های پروتئولیتیک مانند کیموتریپسین، پروتئاز XIV و کلاژناز IA است (28). در ابتدا، ابریشم توسط آنزیم­های مختلف جذب می­شود که نیازمند این است آنزیم­ها دامنه­های اتصال روی سطح مواد را، پیدا کنند. بعد از آن، ابریشم به­وسیله آنزیم­ها هضم می­شود. محصول­های حاصل از تخریب فیبروئین ابریشم به­آسانی در محیط درون­تن جذب می­شوند. این یکی از مزایای ابریشم است که در زمینه پزشکی کاربرد دارد (28). ابریشم نسبت به آنزیم­های مختلف نرخ زیست­تخریب­پذیری، متفاوتی را از خود بروز می­دهد. برخی مقاله­ها بر روی تخریب­پذیری فیبروئین ابریشم در مقابل آنزیم­های پروتئولیتیکی مختلف، تحقیق کرده­اند. کیموتریپسین برای تخریب مناطق آمورف فیبروئین مورد استفاده قرار می­گیرد (28). کیموتریپسین می­تواند پروتئین­های فیبروئین محلول را تخریب کند و اثری بر روی صفحه­های فیبروئینی ندارد. در مقابل، آنزیم­های دیگر به­خصوص پروتئاز XIV، به­طور گسترده­ای صفحه­های فیبروئین را تخریب می­نماید (3). پس از تخریب زیستی، تغییرهای قابل توجهی با توجه به ساختار و وزن مولکولی فیبروئین ابریشم، گزارش شده است. در مطالعه­های برون­تنی، رفتار تخریب ابریشم با آنزیم­های پروتئولیتیک، فیبروئین­های ابریشم به مناطقی با بلورینگی کمتر تقسیم می­شوند که قادرند برای متابولیسم بیش­تر، توسط سلول­ها فاگوسیتوز شوند. به­طور کلی، رفتار تخریب ابریشم، با توجه به نوع آنزیم­ها متفاوت است. برای مثال، زمانی­که صفحه فیبروئین ابریشم، شامل مقدار کمی ساختار بلوری ابریشم نوع II، در محلول آنزیم پروتئولیتیک (پروتئاز XIV) غوطه­ور شد، ساختار بلوری ابریشم نوع II ناپدید شد و ساختار ابریشم نوع I تشکیل شد (28). کلاژناز IA، ابریشم نوع II را به­میزان کم، تخریب می­کند. اعتقاد بر این است که کیموتریپسین، ابریشم را تخریب می­کند ولی اثر قابل محسوسی بر روی تخریب فیلم­های ابریشم ندارد (3). علاوه­بر آنزیم­های پروتئولیتیک، فیبروئین ابریشم می­تواند توسط روش­های دیگر، مانند تابش اشعه گاما تخریب شود. تابش گاما، به­طور مستقیم بر روی کاهش استحکام کششی الیاف فیبروئین اثر می­گذارد. با توجه به تضعیف پیوند پپتیدی در پلی­پپتیدها، کاهش ساختار صفحه­ای بتا و هم­چنین رهایش پروتئین­های با وزن مولکولی کم در محصول­های تخریب، می­توان نتیجه گرفت که تخریب زیستی فیبروئین ابریشم با افزایش شدت اشعه گاما، افزایش می­یابد (3).
ساختارهای مختلف فیبروئین ابریشم برای کاربرد رهایش عامل­های درمانی
پروتئین ابریشم، یک پلی­مر دارای مجوز FDA است که به­طور موفقیت­آمیز به­عنوان نخ بخیه و سیستم­های رهایش دارو کاربرد دارد. این پروتئین، خصوصیت­های مکانیکی بسیار عالی، فرآیند فعال­سازی قابل انعطاف و زیست سازگاری بسیار بالایی دارد (35). داروها یا به­صورت سطحی یا حجمی در حامل­های فیبروئین بارگذاری می­شوند. این حالت­ها به نوع دارو، مقدار بارگذاری و کینتیک رهایش مورد نیاز بستگی دارد. در بارگذاری سطحی، عامل­های درمانی به­طور مستقیم بر روی حامل فیبروئین، اتصال یا جذب می­شوند (23). گروه­های عاملی بسیاری که در سطح ابریشم وجود دارد، امکان اصلاح شیمیایی این پلی­مر و اتصال داروهای متنوعی را فراهم می­سازد و هم­چنین شرایط فرآیندی ملایم این پلی­مر امکان بارگذاری داروهای حساس را امکان‌پذیر می‌سازد(35).
در بارگذاری حجمی، عامل­های درمانی در بین رشته­های فیبروئینی به دام می­افتند. به­طول معمول بارگذاری حجمی به بارگذاری سطحی ترجیح داده می­شود، به­این دلیل­که بارگذاری حجمی، اجازه بارگذاری عامل­های درمانی به­میزان بیش­تر و رهایش طولانی مدت­تر و پیوسته­تری را می­دهد. در بارگذاری حجمی، عامل­های درمانی در داخل محلول ابریشم مخلوط و یا حل شده و در ادامه حامل­های پایدار مکانیکی (میکرو و نانوذره­ها، فیلم و ..) ساخته می­شوند (23).
تا به امروز، ساختارهای مختلف فیبروئین ابریشم شامل اسفنج­ها (11،8)، فیلم­ها (32،17)، الیاف­ها (11،8)، هیدروژل­ها (46،20)، میکرو (50،2) و نانوذره­ها (40،38،15) برای کاربردهای رهایش دارو و مهندسی بافت توسعه یافته­اند. در جدول2 تعدادی از پژوهش‌های انجام شده بر روی ساختارهای مختلف فیبروئین ابریشم فهرست شده است. در ادامه به اختصار به توضیح موارد فوق پرداخته می­شود:
اسفنج­های سه بعدی متخلخل
اسفنج­های متخلخل ابریشمی به­دلیل ایجاد ریز محیط^[14] فیزیولوژیکی مشابه بدن گزینه مناسبی برای مهندسی بافت هستند. روش مورد استفاده برای ساخت اسفنج متخلخل، یک عامل مهم است که می­تواند روی خواص آن، شامل تخلخل، زمان تخریب، خواص مکانیکی، شیمی سطح و.... اثر بگذارد (52،37). اسفنج­های متخلخل ابریشمی می­توانند با استفاده از روش­های از جمله فروشویی ذره­ای و قالب‌گیری حلال^[15]، اسفنج شدن گازی^[16] و یا خشک کن انجمادی^[17] بعد از شکل دادن در قالب مناسب ایجاد شوند. استفاده از روش­هایی مانند حلال شویی ذره­ها منجر به کنترل بهتر بر روی تشکیل حفرها با سایز کنترل شده می­شود ولی مدت طولانی حلال شویی ذره­ها می­تواند منجر به رهایش داروی بارگیری شده شود و هم­چنین استفاده از غلظت­های بالای نمکی می­تواند تأثیر منفی بر روی یکنواختی و فعالیت داروهای حساس مانند فاکتورهای رشد داشته باشد. خشک کن انجمادی رایج­ترین روش ایجاد ماتریکس اسفنجی متخلخل است. در این روش با کنترل دما و غلظت محلول ابریشم می­توان سایز منافذ را در اسفنج متخلخل ابریشمی کنترل کرد. دمای پایین­تر به­دلیل کاهش زمان مورد نیاز برای رشد کریستال­ها، منجر به کاهش سایز حفره­ها و افزایش تخلخل می­شود در حالی­که دمای بالاتر منجر به افزایش سایز حفره­ها و کاهش تخلخل می­شود. به­علاوه افزایش غلظت محلول ابریشمی منجر به کاهش سایز حفره­ها و کاهش ارتباط بین حفره­ها می­شود. اگرچه شکل و اندازه منافذ می­تواند با تغییر پارامترهای این تکنیک تغییر کند، اما منافذ به­دست آمده تصادفی هستند (52).
فیلم­های ابریشمی
فیلم­های فیبروئین ابریشم توسط فرآیند ریخته­گری محلول­های ابریشمی یونی، اسیدی و آبی تولید می­شوند. هم­چنین تکنیک­های رسوب لایه به لایه چرخشی یا دستی برای تولید فیلم­های خیلی نازک، استفاده می­شوند. پایداری فیلم­های ریخته­گری شده توسط تکنیک­هایی مانند خشک کردن، بازپخت آبی^[18] و غوطه­وری در الکل برای بهبود ورقه­های کریستالی بتا، انجام می­شود (25). فیلم­های ساخته شده توسط این روش­ها، به­طور معمول شکننده هستند. بنابراین ساخت فیلم­های کامپوزیتی فیبروئین ابریشم با مخلوط پلی­مرهای طبیعی یا سنتزی می­تواند راه حل خوبی باشد. این فیلم­های دو بعدی ساخته شده ممکن است کینتیک رهایش متفاوتی نسبت به ماتریکس­های سه بعدی از خود نشان دهند (52). با اتصال گروه­های فعال پپتیدی به فیلم­های ابریشمی از آن­ها به­عنوان ایمپلنت برای تشکیل استخوان و رهایش دارو استفاده شده است. هم­چنین این فیلم­ها برای رهایش داروی موضعی از طریق ایمپلنت کردن مستقیم کاربرد دارند (42). الیاف ابریشمی-الکتروریسی شده
الیاف الکتروریسی شده دارای کاربردهای مختلفی از جمله غشاء­های دارای چند عملکرد، فیلترها، تقویت‌کننده‌های کامپوزیتی و ... هستند که از میان کاربردهای مختلف تهیه داربست برای دارورسانی و مهندسی بافت به­دلیل توانایی تقلید ماتریکس خارج سلولی^[19] به یکی از زمینه­های جذاب الکتروریسی تبدیل شده است (4). الیاف ابریشم به­دلیل خواص خوبی مانند جرم ویژه کم، استحکام زیاد، مقاومت گرمایی زیاد تا حدود 250 درجه سانتی­گراد و زیست­سازگاری با بدن موجود زنده، نظر پژوهشگران را در زمینه الیاف و پزشکی به خود جلب کرده است (31). به­کارگیری نانوالیاف در سامانه­های رهایش دارو به­دلیل نسبت زیاد سطح به حجم و پیشرفت­های حاصل در به‌کارگیری آن­ها به­عنوان داربستی برای رشد سلول­ها و ترمیم زخم مورد توجه پژوهشگران است (25). از میان روش­های متفاوت تهیه نانوالیاف، روش الکتروریسی انعطاف‌پذیری زیادی در انتخاب مواد برای کاربردهای رهایش دارو در اختیار می­گذارد، به‌طوری‌که هم مواد زیست‌تخریب‌پذیر و هم مواد تخریب­ناپذیر برای رهایش کنترل شده استفاده می­شوند. قطر الیاف الکتروریسی شده توسط خصوصیت­های محلول (ویسکوزیته، هدایت، دما و ..)، فاصله بین نوک سرنگ و صفحه جمع آوری می­تواند تغییر کند (42). امروزه همه نوع دارو از قبیل آنتی­بیوتیک­ها، عوامل ضد سرطان، پروتئین­ها می­توانند در داخل داربست­های الکتروریسی شده جای داده شوند. مزیت اصلی حامل­های لیفی رهایش موضعی کنترل شده داروها است.

جدول ۲: برخی مطالعه­های انجام شده بر روی ساختارهای مختلف فیبروئین ابریشم

فرمولاسیون	پروتئین/داور	جزء اضافه شده به فیبروئین	نوع مطالعه	مرجع
اسفنج سه بعدی	BMP-2A	β-TCPB	درون­تن	(49)
	-	TiO2 nanoparticls	برون­تن	(19)
	Curcumin	-	برون­تن	(21)
	Gentamicin	Gelatin	برون­تن	(22)
فیلم	Diltiazem, tetrahydrozoline, ciprofloxacin, tetracycline	-	برون­تن	(17)
	inulin	Gelatin	برون­تن	(32)
الیاف	HPLC	PEO	برون­تن	(43)
	Curcumin, doxorubicin	SF nanospheres	برون­تن	(29)
هیدروژل	-	Nanohydroxyapatite	برون­تن	(46)
	Risperidone	-	برون­تن	(7)
	Curcumin	-	برون­تن	(20)
میکروذره­ها	BMP-2	-	برون­تن/ درون­تن	(2)
	BMP-2, IGF-ID	-	برون­تن	(50)
نانوذره­ها	quercetin	-	برون­تن	(30)
	Curcumin	-	برون­تن	(34)
	Paclitaxel, doxorubicin	-	برون­تن	(53)

 
 
^A Bone morphogenetic protein-2
^B β-tricalcium phosphate
^C Human platelet lysate
^D Insulin-like growth factor I
 

 

---