کاربرد نانوتکنولوژی در درمان بیماری ها

این روزها سرطان جز بیماری های با آمار مرگ و میر بالایی در جهان به شمار می رود و طیف گستردهای از مردم در سنین مختلف و با نژادهای گوناگون را گرفتار می سازد. از روش های معمول و رایج درمان سرطان که اکثراً از آن ها به عنوان روش انتخابی درمان در بیشتر نقاط جهان استفاده می شود میتوان شیمی درمانی و رادیو تراپی را نام برد. با وجود کاربرد گسترده این روش ها، معایب و عوارض بسیاری هم دارند که بیماران را تحت تأثیر قرار می دهند.

هدف دانش پزشکی نوین، به حداقل رساندن این مشکلات و عوارض ناخوشایند برای بیماران مبتلا به سرطان می باشد تا بتوانند دوره بیماری و درمان خود را با درد و آسیب کمتری طی کرده و به پایان برسانند.

معایب روش های درمان سرطان

از معایب روش های شایع درمان سرطان این است که در این روش ها، هم سلول های سالم و هم سرطانی تحت تأثیر دارو قرار گرفته و دستخوش تغییر می شوند که همین امر باعث می شود تا داروی کافی به سلول های سرطانی نرسیده و دفع آن داروها نیز افزایش یابد؛ بدین ترتیب لازم است تا میزان تزریق دارو افزایش یابد که این امر از نظر اقتصادی و بسته به وضعیت عمومی و تحمل بیمار امکان پذیر نخواهد بود. در دهه اخیر به دنبال تحقیقات و کسب اطلاعات بیشتر در مورد تومورها و انواع سرطان، روش جدیدی تحت عنوان نانوتکنولوژی برای درمان سرطان ها پیشنهاد شده است. نانوتکنولوژی یکی از راهکارهای مؤثر و کم خطرتر با مزایای بیشتری نسبت به شیمی درمانی و رادیو تراپی برای بیماران مبتلا می باشد که جزء درمان های نوین سرطان به شمار می رود.

در این روش داروهای ضد سرطان بر روی ذرات بسیار ریزی از ترکیبات مهندسی شده ( با اندازه ای در حد نانومتر ) قرار گرفته و به داخل جریان خون هدایت می شوند. نکته جالب و کلیدی نحوه عملکرد این روش در اینجاست که مواد با رسیدن به مقیاس نانو، رفتار و ویژگی های متفاوتی را از خود بروز می دهند که پیش از این در آنها مشاهده نمی شد و خواص الکتریکی، نوری و ساختمانی منحصر به فردی از خود نشان می دهند که به نفع فرآیند درمانی مورد نظر ما در این روش عمل می کند.

ذرات نانو به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند دوز بالاتری از دارو را با خود حمل کرده و به محل مورد نظر که گرفتار سرطان است برسانند. در واقع این ذرات تهدیدی برای سلول های سالم بدن به حساب نمی آیند و تنها بر سلول های سرطانی اثر کرده و آنها را از بین می برند. این روش نوعی درمان هدفمند به حساب می آید که تنها سلول های هدف خود را مورد حمله قرار داده و به صورت انتخابی عمل می کند. با به کار بردن این روش بر روی تعدادی از بیماران، نتایج مثبت و رضایت بخشی به دست آمده که خود می تواند نوید بخش تحولات بزرگ علم پزشکی در زمینه درمان سرطان به شمار آید.

 

عملکرد نانو ذرات در روند دارو درمانی انواع سرطان

در کاربرد روش های رایج کنونی که با مقیاس گسترده ای در جهان انجام می شوند، داروهایی را که با هدف از بین بردن سلول های سرطانی منطقه مورد نظر وارد بدن می کنند، ممکن است در مسیر رسیدن به بافت سرطانی از میزان اثر گذاری شان کاسته شده و هنگامی که به محل مورد نظر رسیدند، دوزشان کمتر از میزان مورد تجویز باشد. به همین دلیل است که دوره های شیمی درمانی و رادیو تراپی باید به طور مداوم برای مریض تکرار شوند تا در هر سری، تعداد بیشتری از سلول های سرطانی مورد حمله قرار گیرند و منهدم شوند. در عوض اگر نانو ذرات به عنوان حمل کننده دارو به داخل جریان خون راه پیدا کنند، از آنجایی که کاری به سلولهای عادی بدن نداشته و انرژی و دوز داروی موجود خود را بر روی آنها صرف نمی کنند، در نتیجه به طور کامل به محل گرفتار سرطان رسیده و از تمام ظرفیت دارویی خود برای مبارزه و انهدام سلول های سرطانی استفاده می کنند.

این ذرات به گونه ای از داروهای مورد حمل حفاظت می کنند که در جریان رسیدن به منطقه سرطانی دستخوش تغییر نشده و هیچ گونه سمیت و عوارض جانبی در فرد تحت درمان ایجاد نمی کنند. ذرات نانو با قابلیت عبور از موانع و سدهای زیستی موجود در بدن، دوز دارو را به طور تمام و کمال به منطقه مورد نظر می رسانند. همچنین مدت زمان حضور این ذرات در خون بیمار بیشتر از سایر روشهای درمانی سرطان می باشد.لذا احتیاجی به مراجعه متوالی جهت دریافت دارو به صورت پی در پی نمی باشد. بدین صورت می توان تأثیر داروها بر درمان سرطان را به میزان قابل توجهی تقویت کرده و افزایش داد.

انواع راهبرد های هدف قرار دادن سلول های سرطانی

دو نوع رویکرد برای رساندن داروهای مورد نظر به توده های سرطانی توسط ذرات نانو وجود دارد که شامل راهبرد های فعال و غیر فعال می باشد.

1)هدف قرار دادن غیر فعال

این نوع هدف گیری می تواند با توجه به ویژگی و خواص تومورهای گوناگون با در نظر گرفتن شرایط محیط سلول های تومور، PH محیط، فعالیت آنزیمی، تغییرات دمایی و یا از طریق تحویل مستقیم دارو به محل بروز سرطان انجام شود. عروق خونی در ناحیه اطراف تشکیل تومور، قابلیت نفوذ بیشتری نسبت به شرایط عادی دارند. این شرایط که تحت عنوان EPR یا افزایش نفوذ پذیری تومور شناخته می شود، باعث می شود تا نانو ذراتی که به این محل فرستاده شده اند به راحتی و با عبور ازدیواره عروق، خود را به سلول های سرطانی رسانده و شروع به از بین بردن آنها کنند.

2)هدف قرار دادن فعال

تفاوت این روش با هدف قرار دادن غیر فعال این است که در این روش، عوامل سلولی فعالی نظیر آنتی بادی ها، پپتیدها و نانو رباتها به مولکول های حمل کننده که همان نانو ذرات هستند چسبیده و به دنبال EPR به محل سرطان راه یافته و در آن جا مستقر می شوند. با اتصال لیگاندهای متصل به نانو ذرات به گیرنده های قرار گرفته بر روی سطح آنتی ژن سلول های سرطانی، این ترکیب وارد سلول غیر طبیعی شده و شروع به تخریب و انهدام آن می کند. از انواع این گیرنده ها می توان به فولات، ترانسفرین و گالاکتوز آمین اشاره کرد.

 

کاربرد فناوری نانو در درمان های ضد میکروبی

ظهور سریع مقاومت میکروب ها به داروهای ضد میکروبی تبدیل به یک چالش فراگیر شده و تهدید جدی برای سلامت عمومی می باشد. باکتری ها به چندین حالت نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاومت پیدا می کنند. حالت اول ایجاد مقاومت با جهش خود به خودی در ژن های موجود در باکتری پیش می آید.. در حالت دوم انتقال افقی ژن مقاومت در طی پدیده هایی مثل ترانسفورماسیون، کانجوگاسیون یا ترانسداکشن اتفاق می افتد. مقاومت به داروهای ضد میکروبی دارای مکانیسم های متعددی است. از جمله این مکانیسم ها، کاهش جذب داروهای ضدمیکروبی از محیط و افزایش انتشار داروهای ضدمیکروبی جذب شده به خارج از سلول های میکروبی می باشد. از دیگر مکانیسم های مقاومت به داروهای ضدمیکروبی می توان به افزایش تولید مهارکننده رقابتی آنتی بیوتیک ها و اعمال تغییرات در سوبسترایی که محل اثر آنتی بیوتیک است اشاره کرد. یکی دیگر از چالش های بسیار مهم در درمان های ضد میکروبی،درمان عفونت های مزمنی است که اغلب با تشکیل بیوفیلم ها یا به وسیله میکروب های درون سلولی ایجاد می شوند. به عنوان مثال Mycobac-terium leprae ، Chlamydia ،Listeriaدارای چنین مکانیسم هایی هستند.

بیوفیلم یک ماتریکس خارج سلولی متشکل از مواد پلیمری Extracellular polymeric substance تجمع یافته است که سلو ل های باکتریایی را احاطه کرده و به عنوان مانع انتشار با به دام انداختن مولکولهای آنتی بیوتیک و تجزیه این مولکول ها عمل می کند. باکتری ها در یک بیوفیلم می توانند تا 1000 برابر مقاومت بیشتر نسبت به آنتی بیوتیک ها در مقایسه با باکتری های پلانکتونیک از خود نشان دهند. میکروب های درون سلولی به خوبی برای جایگیری در سلول میزبان برنامه ریزی شده اند و در نتیجه به صورت محدود در معرض بسیاری از آنتی بیوتیک ها قرار می گیرند. هنوز هم اغلب برای عفونت های مزمن استفاده مکرر از آنتی بیوتیک ها با دوز بالا تجویز می شود، اما ریشه کن کردن کامل این نوع عفونت ها دشوار است.

یکی از مزایای برجسته فناوری نانو در درمان ضد میکروبی پتانسیل این فناوری برای مقابله با مقاومت میکروبی موجود و همچنین جلوگیری از توسعه بیشتر آن است. این نتایج را می توان با طراحی استراتژی های مختلف، از جمله هدف قرار دادن همزمان چند مسیر با استفاده ازچندین نانومواد ضد میکروبی به دست آورد. علاوه بر این، برخی عوامل ضد میکروبی تهیه شده با فناوری نانو تأثیرات مثبتی در درمان عفونت های مزمن را نشان داده اند. این ترکیبات با جلوگیری از تشکیل بیوفیلم ها و هدف قرار دادن میکروب های درون سلولی، تأثیر درمانی ضدمیکروبی خود را نشان دادند. دو رویکرد اصلی در کاربردهای نانوپزشکی در درمان های ضدمیکروبی وجود دارد. رویکرد اول گسترش نانومواد آلی و معدنی شکل با خواص ضدمیکروبی و رویکرد دوم رهاسازی داروهای ضد میکروبی با نانوذرات می باشد.

نانومواد ضدمیکروبی

خاصیت ضدباکتریایی ذاتی برخی از فلزات واکسیدهای فلزی قرن هاست که شناخته شده است و به همین علت از آنها به طور گسترده به عنوان مواد ضد باکتری در کنترل عفونت های باکتریایی استفاده می شود. فلزات و اکسیدهای فلزی به فرم نانوذره خواص فیزیک وشیمیایی و بیولوژیکی متمایز از اشکال توده خود نشان می دهند. از جمله این خواص می توان به اثرات فوتوترمال، خواص فوتوکاتالیستی، در این حضور گونه های اکسیژن فعال ROS در این نانوذرات اشاره نمود. علاوه بر این، نسبت بزرگ مساحت سطح به حجم، فضای کافی برای عامل دار کردن سطح برای القا خاصیت ضدمیکروبی ایجاد می کند. بیشترین مطالعات نانومواد فلزی بر روی نانو ذرات نقره انجام شده است. این نوع نانوذرات توانایی از بین بردن باکتری های گرم مثبت و گرم منفی را دارند و بر بسیاری از میکروب های مقاوم در برابر داروهای ضدمیکروبی مانند  P seudomonas aeruginosaو باکتری های مقاوم به آمپی سیلین مانند 7 E. coli O157:H و باکتری های مقاوم به اریترومایسین مانند Streptococcus pyogenes مؤثر هستند. در حالی که تحقیقات بسیاری برای روشن شدن نحوه عمل نقره بر میکروب ها انجام شده است، درک ما از مکانیسم دقیق نقره ناقص باقی مانده است. مکانیسم های متعددی در این فرآیند دخیل هستند، از جمله این مکانیسم ها می توان به برهم کنش مستقیم بین ترکیبات نقره و غشاء سلول باکتری و یا برهمکنش مستقیم بین ترکیبات نقره ، DNA و یا آنزیم ها و پروتئین ها و برهمکنش غیر مستقیم از طریق ایجاد ROS و متعاقباً تأثیر ضدمیکروبی نقره اشاره نمود.

فعالیت ضدمیکروبی نقره به شدت به تحویلAG+ بستگی دارد. یون هایAG+  هنگامی که نقره در معرض 2O اتمسفری قرار می گیرند یا در محلول آبی حل می شوند ایجاد می شوند. بنابراین، به نظر می رسد اندازه AG+ تأثیر بسیار مهمی در سرعت رهاسازی داشته و متعاقباً بر روی فعالیت های ضد میکروبی نقره نیز مؤثر خواهد بود. اغلب با کوچکتر شدن اندازه نانوذرات نقره، فعالیت ضد میکروبی بالاتری مشاهده می شود که این افزایش فعالیت ضد میکروبی ناشی از نسبت بزرگتر مساحت سطح به حجم این نانوذرات است. به همین دلیل، نانوذرات نقره معمولاً فعالیت ضد میکروبی بالاتری نسبت به حالت توده فلز نقره دارند. بسیاری عوامل دیگر مانند زبری سطح، آب گریزی، حالت اکسیداسیون و عاملدار بودن سطح نیز بر توانایی ضد میکروبی نانوذرات نقره تأثیر می گذارد.

ویراستار: حسن دانشمندی

منابع: