برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۷,۶۰۱
  • بازدید این ماه ۸۴
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۱۵
  • قبول شدگان ۷۱
  • شرکت کنندگان یکتا ۵۷
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

سدهای زیستی در برابر ورود نانوذرات از راه خون

نانوذرات به عنوان حامل‏ های جدید داروها مورد استفاده قرار می‏ گیرند. در سال‏ های اخیر نیز پیشرفت‏ های زیادی در فناوری تهیه، تشخیص و آزادسازی این حامل‏ ها ایجاد شده است و انواع گوناگونی از نانوذرات نظیر لیپوزوم‏ ها، میسل‏ ها، نانوذرات پلیمری و انواعی دیگر مورد تحقیق قرار گرفته‏ اند. هرکدام از این فناوری‏ ها ویژگی‏ هایی دارد که تحت اثر مشخصات زیستی سلول‏ ها قرار می‏ گیرد و موجب می‏ شود تا توانایی توزیع و اثربخشی نانوذرات تغییر نماید. بنابراین طراحی حامل‏ های دارویی برای مقاصد درمانی و تشخیصی باید با توجه به سدهای زیستی بدن برای ورود ذرات و نحوه‏ی توزیع آنها در بافت ‏های مختلف باشد. در مقالات قبلی به صورت خلاصه سدهای زیستی برای اعضای مختلف بدن ذکر شده ‏اند اما در این بحث بیشتر درباره‏  تداخلات احتمالی نانوذرات بعد از عبور از سدهای بافتی و ورود به خون توضیح داده می‏ شود.
هرچند حامل‏ های نانو ممکن است بر روی مواضع متعددی مورد استفاده قرار گیرند اما نگرانی بیشتر در مواردی است که این ذرات در سیستم ‏های تزریقی بکار می‏ روند. بنابراین ساختار خون، نحوه‏ پاک‏سازی نانوذرات از آن و ویژگی‏های پوشش عروقی، همه می‏ توانند جزئی از فاکتورهای توزیع زیستی نانوذرات باشند. درک این نکات و جلوگیری از پاک‏سازی سریع نانوذرات در محل اثر، اولین نکته‏ ی مهم در نانوفناوری دارویی است [1].

2- تداخلات احتمالی نانوذرات با جریان خون
نانوذرات در ابتدای تزریق ممکن است با سلول‏ها و پروتئی ن‏های پلاسمای خون روبرو شوند. اتصال به پروتئین‏های پلاسما نقش مهمی را در تعیین درجه‏ تجمع درون‏تن نانوذرات و میزان جذب توسط تک‏سلول‏های فاگوسیتی ایفا می‏ کند. به علاوه، حامل‏ های نانو ممکن است با سلول‏های خونی در گردش مانند پلاکت‏ها و گلبول‏ های سفید تماس داشته و این امر بر عملکرد سلول‏ها و حامل‏ها اثرگذار باشد [1].


3- نفوذپذیری از خلال پوشش‏ها در بافت‏های مختلف و تومورها


چند رسانه ای 1: دارورسانی به بافت تومور و EPR

نانوذرات برای هر بافتی که در نظر گرفته شده باشند، ابتدا باید از خلال پوشش داخلی عروق عبور کنند تا بتوانند از خون خارج شوند. سلول‏های پوششی عروق، به‏ طور محکم توسط اینتگرین‏ها (integrin) به ماتریکس خارج سلولی (extracellular matrix, ECM) زیرین خود اتصال دارند. نفوذ مولکول‏های کوچک و بزرگ از پوشش بافت‏های سالم از خلال روزنه ‏های کوچک موجود در بین سلول‏های پوششی بافت عروقی یا همان مسیر بین سلولی (paracellular) با اندازه‏ ای در حدÅ  45و یا بزرگتر در حدودÅ  250 انجام می‏شود. این مطلب نشان می‏دهد که ذرات بزرگتر از حدود 25 نانومتر به‏راحتی توانایی عبور از خلال پوشش‏های عروقی را ندارند [1].

نحوه‏ عبور درشت‏ مولکول‏ها هنوز به‏ طور کامل مشخص نیست. از طرفی حضور روزنه‏ های بزرگ برای عبور این ذرات از خلال پوشش عروقی هنوز بحث برانگیز است. از طرف دیگر نظریه‏ هایی برای عبور آنها بیان می‏ شود. سلول‏های پوششی حاوی تعداد زیادی وزیکول‏های اندوزومی مشتق شده از calveolae هستند که ساختاری غنی از چربی و پروتئین calveolin دارند. یک نظریه بیان می‏کند که ورود ذرات بزرگ طی عمل transcytosis انجام می ‏شود که به معنی جذب درشت‏ مولکول‏ها به داخل کالوئولا در یک طرف سلول، عبور وزیکول‏های کالوئولار از غشای سلولی و آزادسازی آنها در طرف دیگر سلول است. در یک نظریه‏ دیگر بیان می شود که چندین وزیکول کالوئولاری به هم وصل می‏شوند تا کانال‏هایی را در خلال غشای سلول ایجاد نموده و یک مسیر غیر فعال برای انتقال ذرات بزرگ ایجاد نمایند. در هر صورت در کل آنچه مسلم است، در عروق معمول بسیاری از بافت‏ها عبور ذرات بزرگتر از Å250 (25 نانومتر) بسیار بعید است [1].

در برخی از بافت‏ها ساختار پوششی عروق برای ورود ذرات بزرگتر سازگار شده است. برای مثال عروق ریز در کبد و طحال دارای پنجره‏هایی (fenestration) با قطر 200- 100 نانومتر هستند. این ویژگی به همراه حضور فراوان فاگوسیت‏های تک‏ سلولی در این دو بافت یک دلیل واضح برای تجمع نانوذرات در آنها است. در اینجا ذکر یک نکته اهمیت دارد و آن این است که در طی التهاب، انتقال آب و مولکول‏های بزرگ به سلول‏ها بیشتر می‏ شود. بنابراین محل‏های التهاب به راحتی در دسترس نانوذرات قرار می‏ گیرند [1].

نفوذ از خلال پوشش عروقی توسط فرآیندهای سیگنال‏دهی کنترل می‏ شود. انواع سیگنال‏ها شامل ترومبین، هیستامین، فاکتور رشد پوشش عروقی
(vascular endothelial growth factor, VEGF)، فاکتور تخریب تومور
(tumor necrosis factor-alpha, TNF-a) و گونه‏های فعال اکسیژن
(reactive oxygen species, ROS) است. در برخی تحقیقات این ترکیبات با نانوذرات همراه شده‏اند تا عبور از رگ‏ها را بهبود بخشند [1].

تومورها یکی دیگر از مناطقی هستند که در آنها عروق کوچک ویژگی‏های طبیعی ندارند و در نتیجه مسیر عبور نانوذرات هموارتر است. البته بافت تومور نسبت به بافت طبیعی تفاوت‏های زیادی دارد. مثلا تعداد، طول، میزان شاخه‏ دار شدن و سرعت جریان خون در عروق کوچک تومور نسبت به بافت طبیعی متفاوت است. برخی مطالعات نشان می‏دهد که روزنه‏ ها یا پنجره‏ های داخل عروق تومورها اندازه‏ای بین 100 تا 700 نانومتر دارند و در نتیجه نسبت به بافت طبیعی نفوذ بیشتری خواهند داشت (شکل 1) [1].

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1– تغییر فاصله‏ی بین سلول‏های پوششی در بافت تومور در مقایسه با بافت سالم [2]

عامل دیگری نیز در برابر ورود نانوذرات از خون به بافت‏ها وجود دارد و آن، فشار بالای مایعات درون ‏بافتی (interstitial fluid pressure) است. در تومورها نیز این فشار بالا است که علت آن را به حضور میزان کم سیستم‏های لنفاتیکی در تومور نسبت می‏دهند. همین نکته ویژگی دیگری را به تومورها داده است که به آنEPR
(enhanced permeability and retention) گویند و موجب تجمع نانوذرات در آنها می‏ شود. روزنه‏ های بزرگتر موجود در تومورها موجب ورود ذرات بزرگتر به آنها و جریان لنفی کمتر موجب افزایش ماندگاری ذرات در آنها می‏ گردد.

4- سلول‏های تک‏ هسته‏ ای و برداشت ذرات
سلول‏ های فاگوسیتی در سیستم رتیکولواندوتلیال یا همان سیستم فاگوسیت تک‏ هسته‏ ای (mononuclear phagocyte system, MPS)، نقش مهمی در توزیع زیستی نانوذراتی که به صورت سیستمی مصرف می ‏شوند دارند. نقش طبیعی MPS پاک کردن بدن از پاتوژن‏های ورودی مانند باکتری و قارچ و نابودی سلول‏های مرده در بدن است.

بر سطح ماکروفاژها گیرنده‏های مختلفی برای انواع لیگاندها وجود دارد و موجب ورود ذرات به داخل ماکروفاژ می‏شود. از جمله‏ی این لیگاندها، دسته‏ای از پروتئین‏ های پلاسمایی به نام اپسونین‏ ها (opsonin) هستند. اگر نانوذرات در پلاسما به این لیگاندها اتصال یابند، با اتصال این لیگاندها به گیرنده‏های خود در سطح ماکروفاژ، نانوذرات به داخل ماکروفاژ وارد می‏ شوند و با شروع فعالیت آنزیم درون لیزوزوم تخریب می‏ گردند.

سلول‏های MPS در کل بدن وجود دارند اما در کبد و طحال از سایر نقاط بیشتر هستند در نتیجه به علت حضور بیشتر این سلول‏ها و نیز ساختار بازتری که عروق این دو عضو دارند درصد زیادی از نانوذرات تجویزی در این دو عضو تجمع می‏ یابند. راهکارهای مختلفی برای کم کردن این رخداد وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.
اگر فرض بر آن باشد که نانوذره در بدن در حال چرخش است و میزان کمی از آن توسط سیستم‏های ماکروفاژی از بین می‏رود، در ادامه باید راهی برای ورود ذره به سلول مناسب آن و هدف ‏درمانی در پیش گرفت.

فرآیند هدف‏ درمانی سلول‏ها در کل شامل اتصال نانوذرات به گیرنده‏ های سطحی سلول‏ها، ورود به داخل سلول در قالب اندوزوم و سپس آزادسازی نانوذرات یا جزیی از آنها در داخل سیتوپلاسم سلول است. این مسیرها گرچه به‏ طور کامل شناخته نشده‏ اند اما برخی ویژگی های کلی آنها را در ادامه بیان می‏کنیم.

نکته‏ مهمی که درباره‏ی گیرنده ‏های سطح سلول وجود دارد آن است که این گیرنده‏ ها به عنوان کلیدی برای ورود ذرات محسوب می‏ شوند. باید به خاطر داشت که گیرنده‏ اختصاصی ویژه برای یک لیگاند خاص در سطح یک نوع سلول وجود ندارد بلکه برخی از گیرنده‏ها به میزان بیشتری بر سطح برخی سلول‏ها بیان می‏ شوند و همین موضوع موجب اختصاصی‏ تر شدن عملکرد آنها می‏ گردد. حضور گیرنده ‏های اختصاصی‏ تر در سرطان بسیار مورد توجه است. مثلا گیرنده‏ HER2 در برخی زیرگروه‏های سرطان سینه بیشتر بیان می ‏شود. اما همین نوع گیرنده‏ ها هم به میزان کمی در سایر انواع سلول‏ها بیان شده‏ اند. در نتیجه گیرنده‏ کاملا اختصاصی در بدن وجود ندارد.

نکته‏ دومی که باید به آن دقت نمود آن است که گیرنده باید بتواند لیگاند را به طور کامل در داخل سلول وارد نماید. برای ورود ذرات به داخل سلول حداقل 4 راه شناخته شده وجود دارد (شکل 2):

1- راه وابسته به کلاترین که راه "کلاسیک" انتقال به درون سلول است. لیگاند متصل به گیرنده، وارد وزیکولی پوشیده از کلاترین شده و در ادامه وارد سلول می ‏شود. سپس این وزیکول کم‏کم متلاشی شده و به اندوزوم تبدیل می‏ گردد. در داخل اندوزوم، لیگاند از گیرنده جدا شده، گیرنده مجددا به سمت غشای سلولی رفته و لیگاند به سمت اندوزوم نهایی می‏ رود. این اندوزوم نهایی با اتصال به لیزوزوم باعث واکنش بر لیگاند می‏ شود.

2- Calveolae ساختارهای غشایی غنی از اسفنگولیپید و کلسترول هستند که در ورود گیرنده‏هایی که دارای گلیکوزیل فسفاتیدیل اینوزیتول و یا متصل به G-protein باشند، نقش دارند. Calveolae ایجاد وزیکولی به نام caveosome می‏کند که در نهایت به جسم گلژی متصل می‏شود. این مسیر ورودی به اندازه‏ی سایر راه‏های ورود ذرات اهمیت ندارد.

3- ماکروپینوسیتوز فرآیندی است که در آن سلول‏ها با کمک ماشین انقباضی اکتین و میوزین خود، برجستگی‏ های غشایی را بزرگتر کرده و سپس با کمک همین ساختار اندوزومی ایجاد شده، حجم بالایی از مایعات خارج سلولی را وارد خود می‏کنند. این اندوزوم ایجاد شده می‏تواند هم به لیزوزوم متصل شود و هم اینکه مجددا به سطح سلول بازگردد. این روش با کمک سیگنال‏هایی نظیر فاکتور رشد فعال می‏ شود.

4- روش دیگری که چندان شناخته شده نیست بدون کمک کلاترین و کالوئولین رخ می‏دهد که طی آن یک اندوزوم ایجاد و سپس به جسم گلژی وصل می‏ شود.
هر کدام از این مسیرها در ورود نوعی از نانوذرات استفاده می‏شوند که به ویژگی‏ های سطحی نانوذره، نوع سلول و ویژگی‏ های زیستی فرد بستگی دارد.


filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2– انواع راه‏های ورود ذرات به سلول [1]

5- ترکیبات زیستی و شیمیایی برای هدف‏ گذاری اختصاصی سلول
هرچند هنوز هم دارورسانی اختصاصی به سلول‏ها یک چالش محسوب می‏ شود اما روش‏هایی برای بهبود این مساله یافت شده است. یکی از این راه‏ها، اتصال آنتی‏بادی به نانوذرات است زیرا تحقیقات نشان داده است که آنتی‏ بادی موجب بهبود جذب و اثر ضد سرطانی داروها می‏ شود.
یک راه دیگر برای دارورسانی هدفمند، استفاده از فاژ است. در اینجا پروتئین‏هایی در سطح باکتریوفاژ بیان می‏ شوند که توانایی شناسایی و در نهایت اتصال به یک مولکول هدف را خواهند داشت.

6- ترکیبات بهبود دهنده ‏ ورود ذرات به سلول
1- علاوه بر ورود به سلول گاه لازم است که نانوذره به هسته یا سیتوپلاسم وارد شود. در قسمت‏ های قبل گفته شد که ذره وارد اندوزوم می‏ شود اما این انتقال صرفا مناسب ورود ذره نیست. در حال حاضر توجه زیادی به پیدا کردن راهی برای بهبود ورود ذرات به سیتوپلاسم می‏ گردد که نتیجه‏ ی آن، یافتن پپتیدهای وارد شونده به سلول
(cell-penetrating peptides, CPPs) بوده است. در CPPهای اولیه از سکانس‏های پلی‏کاتیونی ویروسی یا فاکتورهای نسخه ‏برداری یوکاریوت‏ها استفاده می ‏شد. این واحدها برای ورود پپتیدها و اولیگونوکلئوتیدها به داخل سیتوپلاسم بسیار مناسب هستند. مکانیسم دقیق عملکرد CPPها مشخص نیست اما به نظر می ‏رسد که ترکیبات اتصال یافته به آنها، از آسیب توسط اندوزوم‏ها فرار کرده و می‏توانند به سایر بخش‏های سلول بروند (شکل 3).

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3– انتقال ذرات مختلف با کمک CPP امکان‏پذیر است [3].

2- یکی از موفق ‏ترین راه‏ها برای طولانی ‏اثر کردن داروها، استفاده از روشی به نام passivation سطح ذرات با کمک پلیمرهای بسیار آب‏دوست مانند پلی اتیلن گلیکول (poly ethylene glycol, PEG) است. این کار مانع پاک شدن سریع ذرات توسط سلول‏های ماکروفاژی می‏شود.

3- علاوه بر PEG، یک راه دیگر برای عمل passivation، استفاده از دکستران‏ها و ترکیباتی نظیر پلاگزامین‏ها (poloxamine) و پلاگزامرها (poloxamer) است. مکانیسم دقیق عمل این ترکیبات بر سطح ذرات کاملا مشخص نیست اما احتمالا مانع اتصال آنها به پلیمرهای پلاسما مانند پروتئین‏ها و جلوگیری از اپسونیزه شدن ذرات می‏شوند [1].

عنوان : اصلاح سطح برای جلوگیری از اپسونیزه شدن ذرات

توضیحات : دسته ‏ای از پروتئین‏ های پلاسمایی اپسونین‏ ها هستند. اگر نانوذرات در پلاسما به این لیگاندها اتصال یابند، با اتصال این لیگاندها به گیرنده‏ های خود در سطح ماکروفاژ، نانوذرات به داخل ماکروفاژ وارد می ‏شوند و با شروع فعالیت آنزیم درون لیزوزوم تخریب می‏ گردند.استفاده از روش اصلاح سطح نانوذرات با ترکیبات مثل PEG، دکستران و ..، مانع اتصال نانوذرات به پلیمرهای پلاسما مانند پروتئین‏ ها شده و از اپسونیزه شدن ذرات جلوگیری می‏ شود.

نمایش توضیحات فیلم


چند رسانه ای2: اصلاح سطح برای جلوگیری از اپسونیزه شدن ذرات

در کل روش‏های پیشنهاد شده برای هدف ‏درمانی داروها به سلول ‏های خاص به دو دسته تقسیم می‏گردند (شکل 4):
1- هدف‏ درمانی فعال (active targeting)
2- هدف‏ درمانی غیر فعال (passive targeting)
انواع مختلفی از هدف‏درمانی فعال وجود دارد. در این نوع هدفمندسازی، نحوه‏ی دارورسانی با کمک تغییراتی که بر روی ذرات ایجاد می‏شود، بهبود می‏یابد. قرار دادن لیگاندهای خاص بر روی سطح نانوذرات به منظور اتصال آنها به محل خاصی از بدن، یک نمونه از هدف‏درمانی فعال است. قرار دادن آنتی‏بادی بر سطح ذرات و اتصال دارو با یک لیگاند خاص در داخل نانوذرات و سپس شناسایی این لیگاند و ورود نانوذرات به داخل سلول نیز نمونه‏‏ی دیگری از این نوع هدفمندسازی می‏باشد [4].

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4– مقایسه‏ A: هدفمندسازی غیر فعال و B: هدفمندسازی فعال [5]

در هدفمندسازی غیر فعال، انتقال ذرات با کمک ذرات اصلی و بدون اتصالات اختصاصی به سطح ذرات (مانند قرارگیری لیگاند) بهبود می ‏یابد. در این روش ذرات توانایی بیشتری برای گریز از مکانیسم‏ های دفعی بدن دارند.
یک نمونه از روش های هدفمندسازی غیر فعال کاهش اندازه‏ ذرات است. با این کار، EPR بهبود می ‏یابد و در نتیجه ماندگاری دارو در بدن افزایش پیدا می‏ کند. نمونه‏ای دیگر از هدفمندسازی غیر فعال بهره‏ گیری از خاصیت افزایش نفوذپذیری تومورها برای ورود ذرات نسبت به بافت‏ های سالم است. استفاده از دکستران، PEG و پلاگزامرها هم نمونه‏ های دیگری از این دسته هستند.

بحث و نتیجه‏ گیری
علم استفاده از نانوذرات روز به روز در حال گسترش و پیشرفت است. یکی از رویکردهای استفاده از این ذرات در علم پزشکی، کاربرد وریدی و ورود مستقیم آنها به جریان خون است. نانوذرات در مقایسه با ذرات عادی زمان بیشتری را در بدن باقی می‏ مانند و نیز ورود بهتری به بافت ‏ها از خود نشان می‏ دهند که علت آن اندازه‏ کوچک ذرات است. اما همین ذرات نیز برای ورود به بافت‏ها و سلول‏ها می‏ بایست از سدهای زیادی عبور کنند تا قابلیت دارویی خود را نشان دهند. مطالعات بر روی نحوه‏ عبور نانوذرات از سدهای بدن همچنان ادامه دارد زیرا مکانیسم دقیق عبور آنها مشخص نیست و برای بهره‏ گیری بهتر از ساختارهای نانو می‏ بایست این نقاط نامفهوم رفع شوند تا دارورسانی به بهترین نحو امکان‏ پذیر گردد.


منابـــع و مراجــــع

1.Mirkin, C. A., Niemeyer, C. M. ‟Nanobiotechnology, More Concepts and Applications”, Germany: Wiley, (2007).

2.Lembo, D., Cavalli, R. ‟Nanoparticulate Delivery Systems for Antiviral Drugs”, Antiviral Chemistry & Chemotherapy, Vol. 21, pp. 53-70, (2010).

3.Akhtar, S. ‟Non-viral Cancer Gene Therapy: Beyond Delivery”, Gene Therapy, Vol. 13, pp. 739-740, (2006).

4.Liu, Y., Niu, T., Zhang, L., Yang, J. ‟Review on Nano-drugs”, Natural Science, Vol. 2, pp. 41-48, (2010).

5.Dong, X., Mumper, R. J. ‟Nanomedicinal Strategies to Treat Multidrug-resistant Tumors: Current Progress”, Nanomedicine, Vol. 5, pp. 597-615, (2010).