فناوری نانو یک خط مشی انعطاف پذیر برای
توسعه نانومواد موثر درمانی که به طور خاص می توانند با یک هدف در سیستم
بیولوژیکی ارتباط برقرار کنند و موجب تحریک پاسخ مورد نظر شوند، فراهم می
کند. در میان نانومواد مورد مطالعه، نانوذرات اکسید آهن به عنوان یکی از
کاندیداهای کارآمد برای درمان سرطان، مطرح شده اند. سوپر پارامغناطیسی ذاتی
آنها، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی غیر تهاجمی(MRI) را ممکن می سازد و
قابلیت تجزیه بیولوژیک آنها ، برای کاربردهای in vivo مفید است.
نانوذرات اکسید آهن سوپرمغناطیسی درمانی(SPION) به طور معمول از سه جزء اولیه تشکیل شده اند:
یک هسته نانوذرات اکسید آهن است که به
عنوان یک حامل برای درمان و همچنین عامل کنتراست در MRI بکار می رود، یک
پوشش بر روی نانوذرات اکسید آهن که برهمکنش مطلوب بین SPION و سیستم
بیولوژیکی ارتقا می دهد، و پی لود درمانی(payload اجناس مقرون بصرفه برای
حمل و نقل درمانی) که عملکرد معینی را در in vivo انجام می دهد.
اغلب، این طرح ممکن است شامل یک لیگاند
هدف که گیرنده های بیش از حد بیان شده بر روی سطح بیرونی سلول های سرطانی
را شناسایی می کند، باشد. بدن یک سیستم بسیار پیچیده ای است که موانع
فیزیولوژیکی و سلولی زیادی بر اشیاء خارجی تحمیل می کند. بنابراین، موفقیت
SPION درمانی تا حد زیادی بر روی طراحی هسته اکسید آهن ، برای اطمینان از
تشخیص آن در MRI ،و پوشش ها که اجازه می دهد نانوذرات از این موانع عبور
کنند، متکی است. استراتژی برای گذشتن از موانع فیزیولوژیکی مانند کبد، کلیه
و طحال، شامل تنظیم اندازه کلی و شیمی سطح SPION در به حداکثر رساندن نیمه
عمر خون و تسهیل حمل دارو در بدن است. استراتژی برای گذشتن از موانع سلولی
شامل استفاده از عوامل هدف (targeting agents) در به حداکثر رساندن
جذبSPION توسط سلول های سرطانی و بکاربردن موادی که تردد (آمد و شد) داخل
سلولی مطلوب را افزایش می دهد و آزاد شدن دارویی کنترل شده را قادر می
سازد، می باشد. پی لود برای حمل و نقل دارو می تواند ژن ها، پروتئین ها،
داروهای شیمی درمانی، یا ترکیبی از این مولکولها باشد. هر نوع مولکول
درمانی به یک طراحی پوشش خاص در به حداکثر رساندن بار و ایجاد رهایش و آزاد
شدن (delivery, release)موثر نیاز دارد. با این حساب، پارامترهای طراحی
اولیه در توسعه SPION های درمانی با تمرکز بر طراحی پوشش سطح برای غلبه بر
موانع تحمیل شده توسط سیستم دفاعی بدن مطالعه شده است.
در این مقاله نمونه هایی از اینکه چگونه
این پارامترهای طراحی برای تولید SPION ها برای کاربردهای درمانی مشخص،
تکمیل شده اند، ارائه شده است. اگر چه هنوز هم چالش هایی وجود دارد که باید
به آنها رسیدگی شود، SPIONs ها امید بزرگ در تشخیص موفق و درمان مخرب
ترین سرطان ها نشان می دهد. هنگامی که پارامترهای طراحی بحرانی بهینه سازی
شدند، این نانوذرات، در ترکیب با روشهای تصویر برداری، می تواند به عنوان
عوامل واقعا چند منظوره theranostic که نه تنها یک عملکرد درمانی انجام می
دهند بلکه بازخورد بالینی فوری ارائه می دهند و به پزشک اجازه می دهد که
برنامه درمانی را تنظیم کند.
Theranostics (آمیخته از تشخیص و درمان)
یک فرایند پیشنهادی از درمان تشخیصی برای بیماران منحصر به فرد است. تا
آنها را برای واکنش احتمالی در مصرف یک داروی جدید آزمایش کند و یک درمان
مناسب برای آنها بر اساس نتایج آزمایش پیشنهاد کند.
هسته SPION با یک پوشش سازگار زیستی پوشش
داده شده است که ادغام استخلاف های متعدد به یک ذره را اجازه می دهد (شکل
۱). نسبت سطح به حجم بزرگ، ظرفیت بارگیری بالای دارو و اتصال لیگاندهای هدف
برای رهایش دارویی تومور خاص و مولکول های نفوذی به غشاء برای تردد داخل
سلولی را، اجازه می دهد. با ارائه مولکول زیستی هدف-حساس
(target-sensitive) در سطح SPION، ممکن است یک کتابخانه از درمان های نوین و
شخصی که می تواند برای درمان بسیاری از بیماری ها مورد استفاده قرار گیرد
ساخت. یکی از مهیج ترین حوزه های توسعه ، در ترکیب با ژن درمانی است.
استفاده از بسیاری از داروهای بیولوژیکی در حال ظهور، مانند siRNA و DNA
پلاسمید ، با ناتوانی در عبور درمانگر به محفظه سلولی سلول های هدف تخریب
توسط نوکلئاز ها ، پنهان شده است. نانوذرات بر اساس حامل ها می تواند برای
انتقال این ژن ها و انتشار آنها در سایت هایی که در آنها اثرات درمانی خود
را اعمال می کنند، مورد استفاده قرار گیرند.
شکل ۱. ساختار نانو درمانیSPION .
کوچک سازی و مینیاتورسازی اکسید آهن از
مقیاس ماکرو (ذره بالک) به مقیاس نانو، خواص فیزیکی منحصر بفردی ایجاد می
کند. بویژه، نانو ذرات اکسید آهن سوپر پارامغناطیس می شوند هنگامی که هر
ذره شامل یک دامنه مغناطیسی منفرد می شود و انرژی حرارتی به اندازه کافی
بالاست تا بر سد انرژی چرخش مغناطیسی،magnetic flipping ( معمولا، کمتر از
۲۰ nm) غلبه کند. در MRI ، SPION ها غیر همگنی موضعی در میدان مغناطیسی که
سیگنال را کاهش می دهد، ایجاد می کنند. بنابراین نواحی از بدن که شامل
SPION ها هستند در تصاویر MRI تاریکتر به نظر می رسند. این اطلاعات می
تواند در مانیتور کردن جذب SPION ها در پیش بینی کارآمدی درمان استفاده
شود.
خواص مغناطیسی هسته سوپر مغناطیس بوسیله
اندازه، شکل و غلظت کاستی تحت تاثیر قرار می گیرد به گونه ای که آنها می
توانند برای دستیابی به خواص مورد نظر تنظیم شوند.
همچنین شکل و اندازه SPION ها بر خواص
مغناطیسی اثر می گذارد. به محض اینکه نسبت بین طول و عرض SPION ها (aspect
ratio) از حالت کروی به میله ای شکل افزایش می یابد. مغناطیس زدایی بصورت
آشکاری افزایش می یابد و منجر به افزایش کنتراست MRI و اثرات هایپرترمی می
شود. SPION های کوچکتر که نسبت سطح به حجم بالایی دارند، نسبت به SPIONهای
بزرگتر به علت افزایش توزیع لایه مرده مغناطیسی بر روی سطح، مغناطیسی کردن
کوچکتری ایجاد می کنند. بنابراین SPIONهای بزرگتر برای خواص مغناطیسی خود
به تنهایی مطلوب تر هستند اما موانع و سدهای سلولی و فیزیولوژیک اعمال شده
بوسیله بدن اندازه قابل استفاده یSPIONها را محدود می کند.
شکل ۲. موانع فیزیولوژیک مواجه شده با نانوذرات دارویی معمول
شکل ۳. موانع سلولی مواجه شده با نانوذرات دارویی معمول
توانایی SPIONها برای کاربرد به عنوان
عامل کنتراست در MRI و تجمع های طولانی SPIONها در تومورها (به عنوان مثال،
هفته ها) به پزشکان اجازه می دهد تا بصورت غیر تهاجمی و مداوم تومور- هدف
را مورد ارزیابی قرار دهد و همچنین تحویل درمانی، توزیع، و جذب و پیش بینی
پاسخ در بیماران بلافاصله بعد از درمان به گونه ای که دوز دارو را می توان
برای درمان موثرتر شخصی سازی کند. با استفاده از پتانسیل تشخیص سلولهای
انفرادی برچسب با SPIONها تحت قدرت مغناطیسی بالا، اطلاعات بسیار ویژه ای
در رهایش دارو می توان بدست آورد. اخیرا فرمولاسیون های زیادی از SPIONها
مانند I.V. Ferridex و Combidex برای کاربرد بالینی مورد تایید قرار گرفته
اند. اما تنها اطلاعات تشخیصی ارائه می دهند.
این کار توسط گروه تحقیقاتی دکتر ام.کیویت فارست در بخش مهندسی و علوم
مواد دانشگاه واشنیگتن کشور ایالات متحده انجام شده و در مجله انجمن شیمی
آمریکا با آدرس مقابلForrest. M-K, Zhang. M., Accounts of Chemical Research. ۲۰۱۱, ۴۴, ۸۵۳–۸۶۲. به چاپ رسیده است.
ویرایش