کاربردهای نانوذرات در علوم پزشکی (بخش اول)

کاربردهای نانوذرات در علوم پزشکی

(بخش اول)

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

افزایش تأثیر نانوذرات در علوم زیست‌شناسی با توسعه تکنیک‌های جدید و پیشرفت‌های مختلف در زمینه تولید نانوذرات با خواص مناسب ممکن شده است. به عنوان مثال نانوذرات نقره، یکی از پرکاربردترین ذرات در حوزه نانو پس از نانولوله‌های کربن است، که هر روزه بر کاربرد آن در دنیای نانو افزوده می‌شود. نانوذرات عمدتاً، به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای که از خود نشان می‌دهند در مصارف الکترونیکی، نوری، دارویی و بهداشتی و کاتالیتیکی کاربردهای فراوانی پیدا کرده‌اند (شکل1). یکی از دلایل کاربرد گسترده این ذرات،  خاصیت آنتی‌باکتریال این ذرات است. در واقع نانوذرات برای عوامل بیماری‌زا و بدن انسان در دوز معین یک سم تلقی می‌شوند، اما اکثراً برای غذاها و بافت‌ها بی‌ضررند. برای مثال در حالی که نقره  به خودی خود فاقد این خاصیت ضد میکروبی است و در ابعاد بزرگ‌تر، فلزی با خاصیت واکنش‌دهی کم می‌باشد، ولی زمانیکه به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل می‌شود خاصیت میکروب‌کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می‌یابد. تا حدی که می‌توان از آن در جهت بهبود جراحات و عفونتها استفاده کرد. نقره در ابعاد نانو بر متابولیسم، تنفس و تولیدمثل میکروارگانیسم اثر می‌گذارد و مطالعات مختلف نشان داده‌اند که این فلز می‌تواند بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرد.

این نانوذرات را امروزه می‌توان با روش‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبیولوژی تهیه کرد. انتخاب روش آماده‌سازی بر روی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز در محصول نهایی، از قبیل اندازه، پراکندگی، امتزاج[1] شیمیایی، خواص نوری و غیره اثرگذار است. در این سری از مقالات به کاربرد این تکنولوژی در پزشکی و علوم زیستی پرداخته می‌شود.

شکل 1: کاربردهای نانوبیوتکنولوژی در علوم مختلف

کاربردهاي نانوذرات در زمینه پزشکی

یکی ازكاربردهای نانوتكنولوژي در پزشکی ترميم سلولي است. با استفاده از روباتهايی در مقياس نانو كه نانوبوت[2] نام دارند در بدن جست‌وجو صورت مي­گيرد و نيازهاي سلول‌ها (مثل ترميم آنها) كشف مي‌شود و مواد لازم براي رفع اين نيازها در اختيارشان قرار داده مي‌شود. همچنين در مواردي مثل آسيب مغزي هم اين نانوبوت‌ها، سلولهای بنیادی[3] موضع را تحت كنترل خودشان در مي‌آورند و آنها را به سمت تمايز به سلول عصبي سوق مي‌دهند و به اين ترتيب آسيب را ترميم مي‌كنند. مورد بعدي كاربرد نانوتكنولوژی در پزشكي، درمان سرطان است. امروزه از روش‌هایی مثل شيمي‌درماني و روش فتوديناميك استفاده مي‌شود، اما اين روشها با عوارض جانبي زيادي همراهند مثلاً شيمي‌درماني ضمن آسيب به سلولهاي سرطاني، سلول‌های سالم را هم تحت تأثير قرار مي‌دهند و به عنوان مثال موجب سركوب مغز استخوان، ريزش مو و نيز عوارض شديد كليوي مي‌شود، اما با كمك نانوتكنولوژي، می‌توان مواد لازم براي از بين بردن سلول‌های سرطاني را در پوسته‌هاي متصل به آنتي‌بادي ذخيره کرد و اين محموله‌ها را به درون بدن تزريق نمود و محموله‌های مذکور با كمك آنتي‌بادي‌ها سلول‌های سرطاني را پيدا و مواد درون خود را آزاد مي‌كنند و بدين ترتيب فقط سلول‌های سرطاني را از بين مي‌برند و ديگر به سلول‌های سالم آسيب نمي‌رسانند.

كاربرد بعدي در مورد بيماريهاي قلبي عروقي است. نانوبوت‌ها ضمن پيدا كردن ترومبوزهاي عروق و از بين بردن آنها، قادرند بافت نكروزشده‌ی ميوكارد قلب[4] را هم به حالت طبيعي خودش برگردانند. بدين ترتيب كه مواد لازم را در اختيار سلول‌های قلبي مي‌گذارند تا سلولهاي جديدي بسازند و آنها را جايگزين سلول‌های نكروزي كنند. از نانوتكنولوژی در ساخت ارگان‌ها و ساختار‌هاي مصنوعي هم استفاده مي‌شود به اين صورت كه با استفاده از ابزارهاي نانوتكنولوژي پايه‌های مصنوعي بافت‌ها و اندام‌های مختلف را مي‌سازند و بعد از انتقال اين پايه‌ها به محيط، سلول‌های طبيعي كه تمايل زيادي براي اتصال به اين پايه‌ها دارند، به آنها مي‌چسبند و در نتيجه بافت يا اندام مورد نظر ساخته مي‌شود. تا به حال با اين روش بافت استخواني، پوست و غضروف را تهيه كرده‌اند و پيش‌بيني مي‌شود بافتهاي ديگر هم توليد شود. همچنين با استفاده از نانوتكنولوژی مي‌شود پروتزهاي درون بدن (مثل دريچه قلب مصنوعي[5]) را به نحوي بسيار سازگارتر از مدل امروزي ساخت و در بدن جايگذاري كرد.

از نانوتكنولوژی در پيوند اعضا و براي كاهش احتمال پس زدن عضو پيوندي هم استفاده مي‌شود. به اين ترتيب پيوند عضو حتي در صورت عدم شباهت HLA دهنده و گيرنده پيوند قابل انجام است. با استفاده از فرآيندهاي نانوتكنولوژي نانوتك به از بين بردن آثار پيري كمك مي‌كند. آثاري مثل لك‌ها، خطوط و چروك‌هايي كه هر چند امروزه به كمك ليزر هم از بين مي روند، اما با استفاده از ابزارهاي نانوتكنولوژي اين كار خيلي بهتر و دقيق‌تر انجام مي‌شود و تا زمان عود اين آثار مدت بيشتري طول مي‌كشد. نانوتكنولوژي با استفاده از ابزارهايي كه در اختيار دارد پایش پزشكي[6] را هم به بهترين نحو براي ما انجام مي‌دهد به نحوي كه اتفاقات غير طبيعي را پایش و ضبط مي‌كند و پزشك را در جريان آنها قرار مي‌دهد، به اين ترتيب نقش شاياني را در تشخيص زودرس بيماري ايفا مي‌كند. اين ویژگی می‌تواند مرگ ناشي از بيماري‌های مزمن را به حداقل ميزان ممكن برساند. البته اين كنترل مي‌تواند در دوران بارداري در مورد جنين هم صورت بگيرد و اختلالات و آنومالي‌هاي جنين را به پزشك گزارش بدهد. نانوتكنولوژی ديابتي‌ها را هم از فوائد بيشمار خودش محروم نگذاشته است. با استفاده از اين علم ديگر نيازي نيست ديابتي‌ها براي آگاهي از قند خون خودشان خونگیري انجام بدهند بلكه لنزهاي تماسي خاصي را كه با فناوري نانوتكنولوژي تهيه شدند به چشم مي‌گذارند و هنگام تغيير سطح قند خون، رنگ اين عدسي‌ها تغيير مي‌كند و بيمار مي‌تواند به موقع اقدامات لازم را انجام بدهد. يكي از مهمترين فوايد نانوتكنولوژي تغيير و اصلاح ژنوم است كه با استفاده از اين خاصيت مي‌شود خيلي از بيماريهاي ژنتيكي را درمان كرد. البته امروزه براي اين امر از ويروس هاي تغيير ژنتيكي يافته استفاده مي‌شود كه نانوتكنولوژي نسبت به اين روش فوق‌العاده ايمن‌تر است.

امروزه تجويز دارو با مشكلات متعددي همراه است، از جمله آنها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

1. داروها توسط بيماران مصرف مي‌شوند و ممكن است هر وعده دارويي به موقع و به ميزان كافي مصرف نشود يا حتي بعضي وعده‌ها فراموش شوند.
2. از آنجايي كه گيرنده داروها اغلب در نقاط مختلف بدن وجود دارد، علاوه بر بافت هدف ساير بافت‌ها و ارگان‌ها‌ تحت تأثير دارو قرار مي‌گيرند و عوارض جانبي پديد مي‌آيند.

با استفاده از نانوتكنولوژي داروها را در پوشش‌هاي خاص از جنس نانوپوسته (شيشه پوشيده شده با طلا) قرار مي‌دهند و محموله‌هاي مذكور را به بدن تزريق مي‌كنند. اين مواد در خون گردش كرده و در موضع مورد نظر به آنها طول موج خاصي تابيده مي‌شود كه موج خروج مواد دارويي از بسته‌هاي مذكور دقيقاً در موضع مطلوب انجام مي‌گردد. از آنجايي كه حاملهاي دارويي اندازه كوچكي دارند مي‌توانند پس از تحريك توسط طول موج مناسب وارد سلول شوند و در صورت نيازِ سلول مواد خود را آزاد كنند. بدين ترتيب داروها نه تنها در ارگان هدف بلكه در سلولهاي هدف عمل مي‌كنند و عوارض جانبي به حداقل ممكن مي‌رسد. از خواص محموله‌های دارويي نانوئي مي‌توان به سازگاري آنها با بدن، قابليت جذب مجدد و قابليت اتصال آسان به دارو اشاره كرد (شکل2 و3).

شکل 2 : سیستم جدید دارو رسانی به اعضای مختلف بدن

شکل 3: اصول فعالیت نانوداروها

با استفاده از ذرات نانو مي‌توان از خونريزي‌هاي شديد پس از سانحه در مواقع اضطراري جلوگيري کرد. محققان اظهارکرده‌اند که اين عمل بر روي حيوانات آزمايشگاهي با موفقيت انجام شده است. آنها بيان نمودند، اميدوارند با استفاده از اين روش بتوانند از خونريزي‌هاي شديد پس از سانحه در حوادث بزرگ جلوگيري کرد و در ساير موارد اضطراري نيز از اين عمل بهره برد. آنها، مواد فعال کننده پلاکت را به ليپوزوم که از پلي‌ساکاريدها ساخته شده است تزريق کردند.

محققان افزودند: پلاکت مورد استفاده در انتقال تنها مي‌تواند براي حدود يک هفته نگهداري شود، اما نانو ذرات مي‌توانند براي شش‌ماه حفظ شوند. با اين حال اين روش نياز به بررسي و آزمايش‌هاي دقيق‌تر هم دارد تا بتوان با این روش به بسياري از بيماران کمک کرد.

[1] : آمیختن دو چیز بدون اینکه خواص خود را از دست بدهند

[2]  Nanoboot

[3] Stem cell

[4]  Myocardial heart

[5] Artificial heart valve

[6] Medical monitoring

برای دانلود پی دی اف بر روی لینک زیر کلیک کنید