کاربردهای نانوذرات در علوم پزشکی (بخش سوم)

کاربردهای نانوذرات در علوم پزشکی

(بخش سوم)

دکتر رضا میرنژاد (دانشیار دانشگاه)، وهاب پیرانفر (کارشناس ارشد)، الهام زندگانی (کارشناس ارشد)

خاصیت ضد باکتریایی اکسید نانو ذرات فلزی

خاصیت ضد میکروبی اکسید نانوذره‌های فلزی در جدول زیر قابل مشاهده است. نتایج نشان داده است که تمام آنها علیه استرپتوکوکوس پنومونیه و سودوموناس ائروژینوزا عمل می‌کنند. در بین آنها نانوذره منیزیم اکسید بیشترین تأثیر را علیه استرپتوکوکوس پنومونیه داشته است. همین‌طور دی‌اکسید زیرکونیوم (Zirconium Dioxide) (ZrO₂) نیز همان اثر علیه سودوموناس ائروژینوزا را از خود نشان داده است. نانوذره سریوم اکسید (Cerium Oxide) (CeO₂) کمترین میزان ضد باکتریایی را نشان داده است. البته بسیار جالب است که هیچ‌کدام از این نانوذرات بر روی گونه استرپتوکوکوس اثر قابل‌ملاحظه‌ای نداشته‌اند.

جدول 1– فعالیت نانوذرات اکسید فلزی علیه باکتری‌های بیماری‌زای مقاوم

• : نامشخص است

 

شکل 1: سمت راست E.coli در محلول اکسید نیکل و سمت چپ نمونه شاهد

خاصیت ضد باکتریایی نانوذرات نقره

نانو ذرات نقره به سبب سمیت ناچیز در غلظت‌های پایین برای ما و طیف گسترده اثر ضدباکتریایی از جذابیت خاصی برخوردار هستند. در سال‌های اخیر، عوامل ضدمیکروبی سنتی به‌طور فزاینده‌ای دچار کاهش اثربخشی شده‌اند و مقدار زیاد آنها که تأثیرگذاری از خود نشان می‌دهند به‌شدت سمی هستند، به همین جهت استفاده از آنها را برای استفاده در صنایع غذایی، دارویی و نساجی محدود می‌کنند. در حقیقت، سمیت یون نقره (و ترکیباتی با پایه نقره) نسبت به میکروارگانیسم‌ها به‌خوبی شناخته شده است. اثرات قوی میکروب‌کشی نانوذرات بر روی حداقل 12 گونه از باکتری‌ها ازجمله باکتـری‌های با مقاومت چندگانه (Multi-resistant Bacteria) مثل استافیلوکوکوس اروئوس مقاوم به متی‌سیلین، سودوموناس آئروژینوزا با مقاومت چندگانه، اشریشیاکلی O157:H7 مقاوم به آمپی‌سیلین، استرپتوکوکوس پیوژنز مقاوم به اریترومایسین نشان داده شده است که این مطلب طیف وسیع خاصیت ضدمیکروبی این مواد را اثبات می‌کند. به خاطر همین ویژگی می‌توان از این مواد در محصولات دارویی و پزشکی برای جلوگیری از افزایش باکتری‌های مقاوم در محیط‌های بالینی استفاده نمود.

تأثیر اندازه نانوذرات نقره بر اثر ضدمیکروبی آن

رزونانس سطح پلاسمون نقش عمده‌ای در تعیین طیف جذب نوری نانوذرات نقره دارد که با افزایش اندازه ذرات طول‌موج بلندتری حاصل می‌شود. اندازه نانوذرات نشان‌دهنده وسعت سطح برای تماس این مواد با سلول‌های باکتریایی موجود است، در نتیجه این ذرات قابلیت بیشتری برای برهم‌کنش نسبت به ذرات بزرگ‌تر دارند. نانوذرات کوچک‌تر از 10 نانومتر با باکتری کنش برقرار و اثر الکتریکی تولید می‌کنند که واکنش‌پذیری نانوذرات را افزایش می‌دهند؛ بنابراین نتایج بدست‌آمده مؤید آن است که اثر ضدمیکروبی نانوذرات نقره وابسته به‌اندازه این ذرات است.

شکل 2: تصویر بزرگ‌شده بخشی از غشای سلول باکتری که با نانوذرات نقره مثلثی تیمار شده است.

تأثیرگذاری ضدمیکروبی نانوذرات، وابسته به شکل نیز می‌باشد، این مطلب می‌تواند به‌وسیله مطالعه مهار رشد باکتری و اشکال متفاوت نانوذرات، تائید شود. پال و همکارانش نشان دادند که 1 میکروگرم نانوذرات مثلثی رشد باکتری را مهار کرد، درحالی‌که در مورد نانوذرات کروی نقره به 10 الی 12/5 میکروگرم نقره احتیاج است. این عدد برای نانوذرات میله‌ای معادل 100 میکروگرم است. به‌این‌ترتیب، نانوذرات نقره با اشکال مختلف دارای اثرات متفاوتی بر روی سلول باکتری هستند.

خاصیت ضدویروسی نانوذرات فلزی

عوامل ویروس‌کش با عوامل ویرواستاتیک متفاوت هستند، به‌طوری‌که آن‌ها مستقیماً و به‌سرعت با لیز غشاء به‌وسیله تماس یا باند شدن با پروتئین‌های پوششی ویروس عمل می‌کنند. بااین‌وجود برهم‌کنش نانوذرات با ویروس هنوز هم ناشناخته است، اما مکانیسم عمل نانوذره نقره به‌عنوان آنتی‌ویرال و ویروس‌کش در رابطه با چندین ویروس پوشش‌دار مورد مطالعه قرار گرفته است. اخیراً اظهار شده است که نانوذرات نقره به گلیکوپروتئین‌های پوششی ویروس متصل می‌شوند و ویروس به‌وسیله اتصال با ناحیه باند دی‌سولفیدی دومین اتصالی CD4 با گلیکوپروتئین gp120 پوشش ویروس HIV-1 مهار می‌شود. این مهار همجوشی به‌طور کامل‌تر در آخرین گزارش‌های Lisziewicz و همکارانش مورد بررسی قرار گرفت.

اثرات ضدویروسی نانوذرات نقره بر روی ویروس هپاتیت B با استفاده از رده سلولی هپاتومای انسانی (HepAD38) گزارش شده است. شواهدی از میل ترکیبی بسیار بالای نانوذرات نقره نسبت بهDNA  ویروس هپاتیت B و ویریون‌های خارج سلولی با اندازه‌های متفاوت وجود دارد. علاوه بر این نانوذرات نقره می‌توانند در شرایط آزمایشگاهی تولید RNA ویروس هپاتیت B و ویریون‌های خارج سلولی را مهار کنند. به‌طورکلی مشخص شده که نقره در اشکال مختلف ویروس را به‌وسیله آنزیم‌های دناتوره‌کننده از طریق واکنش با گروه‌های سولفیدریل، آمینو، کربوکسیل، فسفات و ایمیدازول غیرفعال می‌سازد. ازجمله فعالیت‌های ضدویروسی، ظرفیت نانوذرات نقره در مهار ویروس آنفلوانزا در کشت سلولی MDCK است و مشخص شده است که نانوذرات نقره با غلظت 0/5 میکروگرم بر میلی‌لیتر عفونت ویروسی را کاهش می‌دهند. نانوذرات نقره به‌وسیله همجوشی با غشاء ویروس نفوذ ویروس را به سلول میزبان مهار می‌کنند.

پیش‌تر مشخص شده بود که نانوذرات نقره سویه‌های مختلفی از ویروس HIV-1 را صرف‌نظر از گرایش، نیا و مقاومت به داروهای ضد رتروویروسی، مهار می‌کنند. این واقعیت که تعداد زیادی از ویروس‌های HIV-1 جداشده مهار می‌شوند، بیانگر این است که نحوه عملکرد آن به گرایش سلولی (Cell tropism) بستگی ندارد و اینکه نانوذرات نقره عامل ضدویروس HIV-1 با طیف وسیع هستند.

شکل 3: مکانیسم اثر ضدویروسی نانوذرات نقره

خاصیت ضدقارچی نانو ذرات فلزی

در سال‌های اخیر عفونت‌های قارچی به طرز چشمگیری افزایش یافته و موجب مرگ‌ومیر بیماران و وارد آمدن خسارات جانی و اقتصادی جبران‌ناپذیری شده‌اند. بیماری‌های قارچی خصوصاً در مبتلایان به نقص سیستم ایمنی ایجاد خطر کرده و نیاز به درمان‌های آنتی‌بیوتیک وسیع‌الطیف دارند.

مطالعات محدودی بر روی فعالیت ضدقارچی نانو ذرات فلزی وجود دارد؛ به‌طور مثال در مطالعه‌ای از عوارض قارچ‌کشی و ضعیف‌کننده‌ی رشد قارچی که نانوذرات نقره ایجاد می‌کنند سخن به میان آمده است. نانوذره نقره می‌تواند علیه مخمرهای بیماری‌زا و تهدیدکننده حیات که بسیار مهاجم هستند استفاده شود. نانوذره فلزی نقره فعالیت ضدقارچی خوبی علیه خانواده کاندیدا نشان داده است. غلظت مؤثر بر روی این گونه‌ها 1 میلی‌گرم در هر لیتر شرح داده شده است که قابل‌مقایسه با فرم یونی نقره است.

اثرات ضدقارچی از نانوذرات نقره کروی شکل در مقابل درماتوفیت نیز گزارش شده است. نانوذرات نقره فعالیت ضدقارچی شدیدی علیه ایزوله‌های قارچی بالینی Trichophyton mentagrophytes و گونه کاندیدا از خود نشان داده‌اند. این فعالیت با آنتی‌بیوتیک آمفوتریسین B و فلوکونازول مقایسه شده و پیشنهاد می‌شود که به همراه یکدیگر استفاده شوند.

همچنین گزارش‌هایی حاکی از استفاده از نانوذره فلزی دارای فعالیت ضدقارچی در پایدارکننده زیستی موجود است. برای این کار یک محلول یک درصد از نانوذره فلزی معلق‌شده می‌تواند از رشد قارچ‌ها و کپک‌های زیادی جلوگیری کند.

نحوه عمل نانوذرات فلزی نقره در قارچ با هدف قرار دادن غشاء استرولی قارچ‌ها و اختلال در نیروهای الکترواستاتیک غشاء مشخص می‌شود. نانو ذرات فلزی می‌توانند پتانسیل غشاء را ناپایدار کرده و با توجه به تحت‌تأثیر قرار دادن سیستم انتقال الکترون و تعاملات بین نانونقره، ساختار سه‌بعدی غشاء را به هم بزنند. کاندیدا آلبیکنس (Candida albicans) مدلی است که این فرایند بر روی آن مطالعه شده است. نانوذرات حفراتی موسوم به چاله در سطح غشای سیتوپلاسمی ایجاد می‌کنند که متعاقباً موجب مرگ سلولی قارچ می‌گردند.

منابع:

1. Yu J, Zhang W, Li Y, Wang G, Yang L, Jin J, Chen Q, Huang M. Synthesis, characterization, antimicrobial activity and mechanism of a novel hydroxyapatite whisker/nano zinc oxide biomaterial. Biomed Mater. 2014;10(1):015001.
2. Beyth N, Houri-Haddad Y, Domb A, Khan W, Hazan R. Alternative antimicrobial approach: nano-antimicrobial materials. Evid Based Complement Alternat Med. 2015;2015:246012.
3. Haghgoo R, Saderi H, Eskandari M, Haghshenas H, Rezvani M. Evaluation of the antimicrobial effect of conventional and nanosilver-containing varnishes on oral streptococci. J Dent (Shiraz). 2014;15(2):57-62.
4. Sotiriou GA, Sannomiya T, Teleki A, Krumeich F, Vörös J, Pratsinis SE. Non-toxic dry-coated nanosilver for plasmonic biosensors. Adv Funct Mater. 2010;20(24):4250-4257.
5. Gaikwad S, Ingle A, Gade A, Rai M, Falanga A, Incoronato N, Russo L, Galdiero S, Galdiero M. Antiviral activity of mycosynthesized silver nanoparticles against herpes simplex virus and human parainfluenza virus type 3. Int J Nanomedicine. 2013;8:4303-14.
6. Mori Y, Ono T, Miyahira Y, Nguyen VQ, Matsui T, Ishihara M. Antiviral activity of silver nanoparticle/chitosan composites against H1N1 influenza A virus. Nanoscale Res Lett. 2013;8(1):93.
7. Lisziewicz J, Tőke ER. Nanomedicine applications towards the cure of HIV. 2013;9(1):28-38.
8. Kim KJ, Sung WS, Moon SK, Choi JS, Kim JG, Lee DG. Antifungal effect of silver nanoparticles on dermatophytes. J Microbiol Biotechnol. 2008;18(8):1482-4.

کاربردهای نانوذرات در علوم پزشکی (بخش دوم)

اثرات نانوساختارهای فلزی بر روی باکتری‌ها (قسمت اول- کلیات)

بیوسنتز نانوذره طلا

برای دانلود پی دی اف بر روی لینک زیر کلیک کنید