نانوذرات پلیمری گامی به سوی آینده نانو پزشکی
از پرکاربردترین نانومواد مورد استفاده در نانوپزشکی میتوان به نانوذرات پلیمری (NPs) اشاره نمود.
این نوع نانوذرات با دارا بودن خواص متنوع، گامی به سوی آیندهای روشن برای بهبود کیفیت درمان با استفاده از روشهای نوین نانوپزشکی، ترسیم مینمایند.
در سالهای اخیر، محققان به بررسی و مطالعه علمی فاکتورهای مختلفی همچون اندازه ذرات، مورفولوژی نانوذرات پلیمری، انتخاب نوع ماده و تکنیکهای سنتز و بهینهسازی نانومواد جهت ارائه نانوسیستم ایدهآل برای دارورسانی هدفمند و موثرتر، پرداختهاند.
نانوذرات پلیمری در تکنیکهای مختلف درمانی همچون رهایش هدفمند دارو، واکسنها، مهندسی بافت، روشهای مختلف تصویربرداری بهکار گرفته میشوند. تحقیقات علمی در حد مرز دانش راجع به بکارگیری نانوذرات پلیمری در زمینه بیماریهای سرطان، اختلالات نوروژنیک و بیماریهای قلبی عروقی در سطح بینالمللی در حال انجام است.
خواص متنوع نانوذرات پلیمری امکان ارائه راه حلهای قابل درک و اطمینان بخش برای چالشهای درمانی، تشخیصی، پیشگیرانه و بیولوژیک در زمینه تحقیقات نانوپزشکی را بهوجود آورده است. با این حال، چالشهای سیستم فیزیولوژیک بسیار پیچیده است.
بر اساس تحقیقات دانکن و وینسنت “درمانهای پلیمری” شامل، داروهای پلیمری، پلیمرهای عملگرا شده با پروتئینها و داروها، میسلهای کوپلیمر با پیوندهای کووالانسی و وکتورهای چندگانه ویروسی و غیر ویروسی هستند. پلیمرها به دلیل تنوع در روشهای مختلف عملگرا نمودن، روشهای متنوع سنتز ماکرومولکولی و تنوع پلیمری کاربردهای گستردهای در برنامههای درمانی پیدا کردهاند.
اولین دستهی نانوذرات پلیمری که در نانوپزشکی مورد استفاده قرار گرفتند:
نانوذرات غیر زیست تخریب پذیری مانند پلی متیل متاکریلات (PMMA) ، پلی اکریل آمید، پلی استایرن و پلی اکریلاتها بودند.
ویژگی های نانو مواد مورد استفاده در نانو پزشکی
از ویژگیهای نانومواد مورد استفاده در نانوپزشکی میتوان به افزایش نفوذ پذیری سلول، افزایش بازدهی رهایش هدفمند دارو، کاهش مقدار دوز و تعدد مصرف و بهبود اثربخشی عوامل دارویی نام برد.
علاوهبر این، فناوری نانو، توانایی تلفیق چند عامل درمانی، کنترل و رهایش هدفمند دارو را فراهم میکند. با جمعبندی نتایج تحقیقات در مورد روابط بین خواص فیزیکی و شیمیایی نانومواد و توابع بیولوژیکی محیط اطراف، پتانسیل بالای نانوذرات پلیمریک بهتر قابل درک میشود.
*در مورد نسل اول نانوذرات میتوان به زیست سازگاری و سمیت نانومواد بر اساس نوع طراحی اشاره کرد؛ نسل دوم به بررسی بهینهسازی شیمی سطح، افزایش پایداری سامانه نهایی و هدفمندسازی بیشتر پرداختند. نانوذرات نسل سوم به گسترش نانومواد هوشمند و پویا با طراحی و توسعه سیستمهای پاسخگو محیطی برای بهبود مکانیزمهای هدفمندسازی و تواناییهای درمانی پرداختهاند.
چالشهای نانوذرات
علیرغم مزایای استفاده از نانوذرات پلیمری جهت کاربردهای متنوع درمانی مانند توسعه درمانهای هوشمند یا پزشکی شخصی از محدودیتهای این روش میتوان به تعداد کم محصولات مبتنی بر نانوذرات تأیید شده بهوسیلهی (FDA) اشاره نمود.
تحقیقات در زمینه نانوپزشکی بسیار گسترده است و نیاز به مطالعات تکمیلی برای درک زمینههای پیچیدهای مانند سمیت، توزیع زیستی، زیست تخریب پذیری، ارزیابی کلینیکی انسانی و روشهای مناسب مشخصهیابی وجود دارد. چالشهای موجود در تجزیه و تحلیلهای تکاملی و عملکرد این نوع نانوذرات، محدودیتهایی را در این زمینه نشان میدهد که میتوان این محدودیتها را به چهار دسته متفاوت؛ بیولوژیک، تولید، ایمنی و مالی تقسیم نمود.
پایداری فرمولاسیون نانوذرات و یکپارچگی ساختاری و ترکیب شیمیایی روی سمیت و توزیع بیولوژیکی نانوذرات در سراسر بدن تأثیر میگذارند.
تصفیه از گردش خون
برای حفظ نانوذرات در سیستم گردش خون از تکنیکهای مهندسی سطح بهره گرفته میشود. معمولا حذف نانوذرات از خون بهوسیلهی سیستم رتیکولودنو تلیال (RES) رخ میدهد. ذراتی که PEG به سطح آنها اضافه شده است نیمهعمر بالاتری را نسبت به نانوذرات غیرپگیله شده از خود نشان میدهند. این امر باعث میشود احتمال اینکه ذرات به بافت هدف دسترسی پیدا کرده و به طور موثر درمان را بهبود ببخشند به طور معنی داری افزایش پیدا کند.
نانوذرات پلیمری زیست تخریبپذیر جهت رهایش هدفمند
تحویل کنترل شده دارو زمانی اتفاق میافتد که داروی مورد نظر از ماتریس پلیمری به روش طراحی شده آزاد شود.طی چندین سال اخیر، پلیمرهای زیست تخریبپذیر با مورفولوژی متنوع مانند نانوفیبرها و نانوذرات، ساخته شده و برای تحویل دارو بهکار گرفته شدند. در میان نانوساختارهایی که با مورفولوژیهای مختلف ساخته شدهاند، نانوذرات مزایای متعددی را جهت تحویل هدفمند دارو نشان دادهاند.
این مزایا عبارتند از: (1) هدفگیری انتخابی، (2) کنترل آزاد، (3) حفاظت از مواد مورد نظر جهت تحویل، و (4) افزایش زمان ماندگاری در گردش خون در بدن، اشاره نمود.
سرطان
به منظور بهبود کارآیی و تأثیر دارو بر سلولهای سرطانی، مطلوب است که عوامل ضد سرطانی به فرم انکپسوله و به صورت کنترل شده به محل تومور تحویل داده شود. برای بهبود عملکرد درمانی داروهای ضد سرطانی، میتوان از نانوذرات پلیمری استفاده کرد. این نانوذرات پلیمریک نسبت به شیمی درمانی معمولی نقش مؤثرتری در درمان دارند.
نانوذرات پلیمری نه تنها سمیت داروهای شیمی درمانی را به بافتهای طبیعی اطراف تومور کاهش میدهند، بلکه میتوانند باعث بهبود حلالیت داروهای ضد سرطان شوند. در یکی دیگر از مطالعاتی که اخیرا بهوسیلهی ژائو و همکاران انجام شده، گزارش شده است که داروی ضد سرطان (DTX) بارگذاری شده بر روی نانوذرات به دلیل ماهیت آزادسازی تحریکپذیر توانایی تأثیر بر تومورهای مقاوم به دارو را دارند.
اختلالات نوروژنیک
یکی دیگر از موارد استفاده از نانوذرات پلیمری در پزشکی، اختلالات نوروژنیک مانند بیماری آلزیمر (AD) و بیماری پارکینسون (PD) است. درمان اختلالات نوروژنیک با توجه به محدودیتهای سد خونی مغزی BBB که سیستم عصبی مرکزی را احاطه کرده است، بسیار چالش برانگیز است.
برای غلبه بر این چالش نانوذرات حاوی دارو باید توانایی عبور از سد خونی مغزی را داشته باشند. اخیرا ژانگ و همکاران نانوناقل دوگانه رهایش دارو مبتنی بر پلیمر PEG-PLA برای درمان آلزایمر را ساختهاند.
اختلالات قلب و عروق
یکی دیگر از کاربردهای نانوسامانه انتقال دارو برای درمان بیماریهای قلبی عروقی، مانند آترواسکلروزیس است.
چان و همکاران سیستم رهایش دارو برای تحویل سیستماتیک و هدفمند یک عامل anti-proliferative برای درمان عروق آسیب دیده طراحی کردند. سیستم تحویل کنترل شده دارو به صورت هدفمند شده و اختصاصی برای عروق روش مناسبی برای درمان بیماری عروق کرونر ارائه میدهد. انتقال و تغییر مکان هیبرید پلیمرهای لیپیدی از طریق لایه ی اندوتلیال آترواسکلروتیک متکی به نفوذپذیری میکرووسکیولیتور است.
به منظور اعتبارسنجی مدل و نتایج آزمایشگاهی in vitro، انتقال پروتئین نانوذرات پلیمری در یک مدل خرگوش آئروئوسکلروز در شرایط in vivo مورد بررسی قرار گرفت. علاوهبر سیستمهای تحویل داروی فوق، نانوذرات پلیمری میتوانند برای بیماریهای دیگر مانند بیماریهای ویروسی و پوکی استخوان نیز استفاده شوند.
نانوذرات پلیمری هوشمند
یکی از رویکردهای جدید در زمینه نانوپزشکی، به خصوص در مورد سیستمهای رهایش دارو، استفاده از مواد هوشمند نسبت به محرک است. نانوساختارهای مقاوم در برابر محرکها میتوانند زمانهای طولانیتر در گردش خون باقی بمانند، کارآیی تحویل هدفمند دارو و تحویل برون سلولی بهتری دارند.
سازوکار رهایش در نانوذرات پلیمری پیچیدهتر است چرا که بیومتریالها تغییرات کنفورماسیونی ناشی از تحریک را تجربه میکنند. منابع تحریک میتواند داخلی و مربوط به واکنش طبیعی بافت بدن (مانند فعالیت هیپوکسی، دما یا فعالیت آنزیمی) ، عامل خارجی (مثلا میدان مغناطیسی یا سونوگرافی) یا ترکیبی از هر دو باشد.
برای ساخت نانوساختارهای مقاوم در برابر محرک، طیف گستردهای از پلیمرهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند که امکان طراحی سیستمهای پلیمریک متنوعی را در اختیار قرار میدهد.
با این حال، به دلیل تغییرات کنفورماسیونی در بیومتریالها در پاسخ به محرکهای محیطی فرم سازوکار رهایش در نانوذرات پلیمری پیچیدهتربوده و تنها چند نمونه در مدلهای پیش کلینیکی و in vivo آزمایش شدهاند. این پیچیدگیها و طراحی چیدمان خاص نانوذرات پلیمریک، چالشهایی را برای سنتز در مقیاس نیمهصنعتی را برای استفاده بالینی ارائه میکنند.
علاوهبر این، زیست سازگاری کم، تخریب پذیری پایین و سمیت در بعضی موارد باعث کم شدن اقبال سیستمهای نانوذرات پلیمریک برای اخذ گواهی لازم سازمان غذا و دارو و تاییدیه بالینی میشود. به طور خلاصه، سیستمهای سادهتراقبال بلندتری برای گرفتن تأییدیه سازمان غذا و دارو کاربرد بالینی دارند.
نتیجهگیری و چشماندازها
در حال حاضر، انواع نانوذرات پلیمری در مطالعات بالینی مورد استفاده قرار گرفتهاند. امکان بهرهگیری از نانوذرات پلیمری جهت تحویل دارو، تصویربرداری، درمان، و برنامههای بهبود کیفیت درمان میسر گشته است.
چندین نانوسامانه زیست تخریبپذیر مبتنی بر نانوذرات جهت بهبود و تسهیل درمان و تصویربرداری سرطان، طراحی، سنتز و مورد بررسی قرار گرفتند. این نوع نانوسامانهها با غلبه بر محدودیتهای مرسوم شیمی درمانی نقش بزرگی را به عنوان نسل بعد درمان در بهبود کیفیت زندگی بیماران سرطانی ترسیم میکند. میسلهای پلیمری ابزار جدیدی برای بارگیری داروهای ضد سرطان کم محلول در آب هستند که طول عمر مولکولها را افزایش داده و پروفایل رهاسازی کنترل شدهای در In vitro و In vivo. فراهم میکنند.
عوامل کنتراست نوری طراحی و سنتز شده بر اساس نانوذرات پلیمری باعث فزایش کنتراست در بسیاری از روشهای تصویربرداری پزشکی میشود. این نوع نانوذرات پلیمری فرصتی برای پایش فعالیت تومور را فراهم میکنند.
بهرهگیری از نانوذرات پلیمری در پزشکی نوین و نانوپزشکی باعث بهبود و تسهیل درمانهای مرسوم در راستای کمک به انسانها در سطح فردی و جهانی میشود. انجام تحقیقات بیشتر بر روی نانوسامانههای طراحی شده بر اساس نانوذرات پلیمری در دو سطح پیش کلینیکی و کلینیکی، باعث بهبود چشمگیر در کیفیت پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریهای صعب العلاج میگردد.
