ביו-חומרים, כלומר חומרים אשר באים במגע עם מערכות ביולוגיות, הוא תחום מחקר מרתק, פעיל ומתפתח במהירות.  ביו-חומרים משמשים במגוון יישומים בתחום הרפואי כגון ריפוי פצעים, חידוש רקמות ושחרור מבוקר של תרופות. יישום מוצלח של ביו-חומרים מותנה הן בתגובה הולמת למערכת הביולוגית אליה הם נחשפים, והן בהתאמה של תכונותיהם הפיזיקאליות ליישום ספציפי. לכן ישנה חשיבות עצומה ליכולת לשלוט בתכונותיהם של חומרים אלו. פולימרים הינם שימושיים במובן זה משום שהם מתאפיינים במגוון מבנים ותכונות הנגזרים מההרכב הכימי, מבנה השרשרת, המשקל המולקולרי, דרגת הצילוב ועוד.

קבוצת המחקר שלנו מפתחת גישות חדשות בתחום הביו-חומרים הפולימריים הכוללות בין היתר איתור דרכים חדשות ליישום פולימרים כהתקנים רפואיים. המחקרים עוסקים בפיתוח ואפיון של מערכות חדשניות לשחרור מבוקר של תרופות, פיגומים להנדסת רקמות ודבקים. כמו כן קבוצת המחקר שלנו עוסקת במחקר בסיסי המתמקד בהבנת הקשר בין התכונות והמבנה של ביו-חומרים. אנו עושים שימוש בציוד אפיון מתקדם כגון פיזור קרני X בזויות קטנות, פיזור נויטרונים, מיקרוסקופית אלקטרונים, מיקרו-קלורימטריה, ריאולוגיה, פיזור אור דינמי וסטטי ועוד. תיאור קצר של חלק מהמחקרים מובא בהמשך.

פולימרים מוקו-אדהזיביים

מתן תרופות דרך הפה היא גישה פשוטה ונפוצה אולם היא סובלת ממספר חסרונות כגון פגיעה בתרופות רגישות עקב חומציות בקיבה או מתן לא יעיל של תרופות בלתי מסיסות המקטין את זמינותן הביולוגית. גישה מעניינת ולא פולשנית למתן תרופות מסתמך על העברתן דרך פתחי גוף אחרים כגון האף, הלחי, פי הטבעת או הנרתיק. פתחי גוף אלו מכוסים בשכבת רירית ומאופיינים ברשת עניפה של כלי דם. פולימרים מוקו-אדהזיביים, שהם פולימרים המסוגלים להיצמד לריריות אלו, משפרים את תהליך חדירת התרופה לגוף שכן הם מאפשרים זמן מגע ארוך עם הרירית וכתוצאה מכך ספיגתה לזרם הדם. לפולימרים אלו תכונות נוספות ההופכות אותם לכלי יעיל למתן תרופות ובהם ניתן למנות דיפוזיה איטית יחסית של התרופה, הגנה מפני פירוק כימי או אנזימטי העלולים לגרום להקטנת יעילותה, שיפור מסיסותה וזמינותה הביולוגית. קבוצת המחקר שלנו מפתחת משפחה חדשה של פולימרים מוקו-אדהזיביים הנושאים קבוצות בלתי רוויות. מולקולות אלו מסוגלות לקישור כימי עם קבוצת תיול על גליקופרוטאינים המצויים ברירית. השילוב של הקישור עם הרירית עם תכונות הפולימר הנובעות מהכימיה שלו סוללת את הדרך לאפשרויות חדשות בתחום.

מערכות לשחרור מבוקר של תרופות הידרופוביות

יותר מ 40% מהתרופות החדשות אשר פותחו מאז שנות השמונים המאוחרות הן הידרופוביות ביותר. תרופות כאלו מסוגלות לחדור לממברנת התא בקלות (בהשוואה לתרופות הידרופיליות) ובכך מאפשרות יעילות גבוהה יותר. עם זאת, מסיסותן הנמוכה במים של תרופות הידרופוביות גורמת לספיגה דלה, זמינות ביולוגית מוגבלת וחוסר פרופורציה בין מינון ותגובת הגוף. בנוסף, הובלה של תרופות הידרופוביות לגוף צריכה להתבצע תוך מתן תשומת לב מיוחדת שכן קיים חשש להיווצרות אגרגטים בעת מתן תוך-ורידי של תמיסות מימיות. לכן האתגר כיום מתמקד לא רק במציאת תרופות חדשות, אלא גם באיתור דרכים יצירתיות למתן שלהן.

קבוצת המחקר שלנו מפתחת פלטפורמות חדשות למתן תרופות הידרופוביות וחוקרת את המבנה, התכונות ואופיין שחרור התרופה מתוכן. מערכת אחת מבוססת על הידרוג'ל מרוכב, שבו מיקרואמולסיה של שמן במים כלואה בהידרוג'ל הידרופילי. התרופה מוטענת לתוך טיפיות השמן כך שמסיסותה גדלה באופן ניכר. כמו כן שימוש בהידרוג'ל כמטריצה מוצקה מאפשר מתן בשיטת שונות כגון מתן  דרך הפה. לאחרונה הראינו את היעילות של מערכת זו להעברת ניטרוקסידים לטיפול בעקה חימצונית של העור. מערכת שחרור מבוקר נוספת מבוססת על ננו-חלקיקים עשויים מפולימר טעון חיובית. אנו צופים כי חלקיקים אלו יהיו שימושיים למתן תרופות כימותרפיות שכן כלי הדם בגידולים סרטניים נוטים להיות מחוררים ולאפשר מעבר של ננו-חלקיקים לתוך הגידול.

מחקר בסיסי של פוליסכרידים

פוליסכרידים הם מולקולות ממקור טבעי הנחשבות כמועמדות מוצלחות ליישומים ביורפואיים עקב העדר רעילות, תאימות ביולוגית, יכולת פירוק בגוף, עלות נמוכה ואפשרות נוחה למודיפיקציות כימיות. כמו קבוצות מחקר רבות נוספות בעולם גם אני משתמשים בפוליסכרידים בחלק ממחקרינו. ככל שאנו מיישמים אותן יותר, כך אנו לומדים שתכונותיהן עדיין לא נחקרו במידה מספקת. בפרט קיים פער ידע בכל הקשור להשפעת הננו-מבנה על התכונות. לאחרונה פרסמנו את המחקר המקיף הראשון המתאר מבנה של שרשרות אלגינט בתמיסה, ויישמנו שיטות פיזור בזויות קטנות לבחינת תיאוריות קיימות. חקרנו מבנה של ג'לים של פקטין המצולבים בעזרת סידן, וג'לים רגישים לטמפרטורה המבוססים על כיטוזן ופקטין. כמו כן חקרנו את התנהגות התפיחה של ג'לים של אלגינט וגילינו שהתנהגותם סוטה מהתיאוריה הקלאסית, וגילינו כי ג'לים של כיטוזן מגלים רגישות קיצונית לחומציות בעת צילוב.

I. Ventura and H. Bianco-Peled, "Small-Angle X-Ray Scattering Study on Pectin-Chitosan Mixed Solutions and Thermoreversible Gels", Carbohydrate Polymers 123, 122-129, 2015.

K. Delmar and H. Bianco-Peled, "The Dramatic Effect of Small pH Changes on the Properties of Chitosan Hydorgels Crosslinked with Ggenipin", Carbohydrate Polymers 127, 28-37, 2015.

O. Yom-tov, D. Seliktar and H. Bianco-Peled, "A Modified Emulsion Gelation Technique to Improve Buoyancy of Hydrogel Tablets for Floating Drug Delivery Systems", Materials Science and Engineering C 55(1), 335-342, 2015.

L. Neufeld and H. Bianco-Peled, "Designing a Biocompatible Hydrogel for the Delivery of Mesalamine", International Journal of Pharmaceutics 491(1-2), 170-179, 2015.

K. Delmar and H. Bianco-Peled, "Composite Chitosan Hydrogels for Extended Release of Hydrophobic Drugs", Carbohydrate Polymers, in press.

O. Yom-tov, D. Seliktar and H. Bianco-Peled, PEG-Thiol based hydrogels with controllable properties", European Polymer Journal, in press.

T. Eshel-Green and H. Bianco-Peled, "Mocuadhesive Acrylated Block Copolymers Micelles for the Delivery of Hydrophobic Drugs", Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, in press.