Journal of Mazandaran University of Medical Sciences

fa مروری بر پیشرفت‌های اخیر در زمینه تولید سلولز باکتریایی و کاربرد های آن در زیست‌ پزشکی Recent Advances in Bacterial Cellulose Production, Modification, and Biomedical Applications: A Review بیوتکنولوژی Biotechnology مروری Review سابقه و هدف: سلولز باکتریایی یک زیست‌پلیمر طبیعی پیشرفته است که عمدتاً توسط باکتری‌های هوازی جنس Komagataeibacter تولید می‌شود و به دلیل خلوص بالا و نبود لیگنین و همی‌سلولز، ساختاری منظم‌تر و ویژگی‌های عملکردی متفاوتی نسبت به سلولز گیاهی دارد. این ماده از شبکه‌ای سه‌ بعدی از نانوالیاف سلولزی با درجه بلورینگی بالا تشکیل شده است که ویژگی‌های مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و زیستی مطلوبی ایجاد می‌کند. ساختار سلسله ‌مراتبی سلولز باکتریایی از مقیاس مولکولی تا نانومتری، نقش مهمی در تعیین ویژگی‌های سطحی، ظرفیت نگهداری آب، تخلخل، استحکام و قابلیت برهم‌کنش آن با سلول‌ها و ترکیبات زیست‌فعال دارد. تولید این زیست‌پلیمر به مسیرهای متابولیکی، فعالیت مجموعه آنزیمی سلولز سنتاز، شرایط کشت، ترکیب محیط و نوع و غلظت منبع کربن وابسته است. با وجود ویژگی‌های مطلوب، تولید صنعتی سلولز باکتریایی همچنان با محدودیت‌هایی از جمله هزینه بالای مواد اولیه، وابستگی به منابع کربنی خالص، بازده نسبتاً پایین، طولانی بودن فرایند تولید و دشواری افزایش مقیاس تولید مواجه است. استفاده از پسماندهای کشاورزی، صنایع غذایی و سایر منابع کربنی ارزان و تجدیدپذیر به‌عنوان بسترهای جایگزین، می‌تواند ضمن کاهش هزینه تولید، به کاهش ضایعات، استفاده کارآمدتر از منابع و توسعه اقتصاد چرخشی کمک کند. افزون بر این، اصلاح فیزیکی، شیمیایی و زیستی سلولز باکتریایی امکان تنظیم ویژگی‌های سطحی و ساختاری آن و بهبود ظرفیت جذب، فعالیت زیستی، بارگذاری و رهایش ترکیبات فعال را فراهم می‌کند. به دلیل زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری مناسب، تخلخل بالا، ظرفیت نگهداری آب و قابلیت اصلاح سطح، سلولز باکتریایی در حوزه‌های مختلف زیست‌پزشکی، از جمله پانسمان و ترمیم زخم، مهندسی بافت، سامانه‌های دارو رسانی، تولید بیوسنسورها و سامانه‌های آنتی‌باکتریال مورد توجه قرار گرفته است. این مقاله مروری با تمرکز بر ارتباط میان ساختار و ویژگی‌های سلولز باکتریایی، سازوکارهای تولید، منابع کربنی تجدیدپذیر، راهکارهای بهبود تولید و اصلاح ساختار، کاربردهای زیست‌پزشکی و چالش‌های موجود، پیشرفت‌های اخیر و چشم‌اندازهای آینده این زیست‌ماده را بررسی می‌کند.   Bacterial cellulose is an important natural biopolymer produced mainly by aerobic bacteria of the genus Komagataeibacter. Owing to its high purity and lack of lignin and hemicellulose, bacterial cellulose possesses a more uniform and highly organized structure and distinct functional properties compared with plant-derived cellulose. It consists of a three-dimensional network of cellulose nanofibres with a high degree of crystallinity, contributing to its distinctive mechanical, physicochemical and biological properties. The hierarchical structure of bacterial cellulose, ranging from the molecular to the nanoscale, is a key determinant of its surface characteristics, water-holding capacity, porosity, mechanical strength and ability to interact with cells. Its biosynthesis is governed by metabolic pathways, the activity of the cellulose synthase enzyme complex, cultivation conditions, medium composition, and the type and concentration of the carbon source. Despite its desirable properties, the large-scale production of bacterial cellulose still faces several limitations, including high raw material costs, reliance on refined carbon sources, relatively low yields, long production cycles and challenges in scaling up production. The use of agricultural residues as alternative substrates can reduce production costs while promoting waste valorisation, improving resource efficiency and supporting the development of a circular economy. In addition, physical, chemical and biological modification approaches enable the regulation of bacterial cellulose's structural and surface properties, thereby enhancing its adsorption capacity, biological activity and potential for the loading and controlled release of active compounds. Owing to its biocompatibility, biodegradability, porosity, water-holding capacity and versatility for surface modification, bacterial cellulose has attracted considerable attention as a biomaterial for various biomedical applications, including wound dressings, tissue engineering, drug delivery and biosensors. This review examines the relationships between the structure and properties of bacterial cellulose, its biosynthetic mechanisms and production using renewable carbon sources. It also discusses strategies for improving production and modifying its structure, biomedical applications, current challenges, recent advances and future perspectives for the development and use of this versatile biomaterial.   سلولز باکتریایی, Komagataeibacter, بیوپلیمر, زیست‌سازگاری, مهندسی بافت, پانسمان زخم, دارو رسانی bacterial cellulose, Komagataeibacter, biopolymer, biocompatibility, tissue engineering, wound dressing, drug delivery 285 300 http://jmums.mazums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-14571-7&slc_lang=fa&sid=1 Zahra Gholamian-Moghri زهرا غلامیان مقری No Pharmacy Student, Student Research Commitee, Faculty of Pharmacy, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran دانشجو، داروسازی عمومی، کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری، ایران Ali Pakdin Parizi علی پاکدین پاریزی No Assistant Professor, Tabarestan Agricultural Genetics and Biotechnology Research Institute, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran استادیار، پژوهشکده ژنتیک و زیست‎فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Hamidreza Mohammadi حمیدرضا محمدی No Professor, Department of Toxicology and Pharmacology, Pharmaceutical Sciences Research Center, Hemoglobinopathy Institute, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran استاد، گروه سم شناسی، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری، ایران Amirali Khodashenas امیرعلی خداشناس No Assossiate Professor, Department of Medical Biotechnology, Faculty of Advanced Technologies in Medicine, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran دانشیار، گروه بیوتکنولوژی پزشکی، دانشکده فناوری نوین، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری، ایران Mehdi Mogharabi-Manzari مهدی مقربی Yes Assistant Professor, Pharmaceutical Sciences Research Center, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran استادیار، مرکز تحقیقات علوم دارویی، دانشگاه علوم پزشکی مازندران، ساری، ایران