برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۹/۰۶/۲۲ تا ۱۳۹۹/۰۶/۲۸

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۲۲,۹۹۵
  • بازدید این ماه ۱۲۲
  • بازدید امروز ۵
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۰۰
  • قبول شدگان ۱۶۸
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۰۴
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۹
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 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نانوذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (2)

در این مقاله عمده بحث بر روی خواص و ویژگی‌های نانوذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی است. در ابتدا ویژگی‌های مورد نیاز برای این ذرات نام‎برده شده و در ادامه عوامل مؤثر در این خواص بحث شده است، که از جمله اندازه ذره و اثر آن بر کنتراست تصاویر، روش تهیه ذرات و اثر آن بر خواص فیزیکی و شیمیایی آن‎ها و انواع پوشش‎های استفاده شده و مزایای آن‎ها نامبرده شده است. در ادامه انواع نانوذرات مورد استفاده به صورت مختصر معرفی شده‌اند و در نهایت نحوه انتقال ذرات به بافت هدف به صورت غیرفعال بررسی شده است.

 4- ویژگی‌های مورد نیاز برای نانوذرات در تصویربرداری مغناطیسی
  • گشتاور بالا و یکنواختی سوپرپارامغناطیسی
  • پایداری کلوییدی بالا در شرایط فیزیولوژیک (غلظت بالای نمک، تغییرات pH)
  • توانایی گریز از سیستم رتیکلواندوتلیال
  • سمیت پایین و زیست‌سازگاری بالا
  • قابلیت عملکردی شدن برای اتصال به گونه‌های فعال زیستی مثل پروتئین و نوکلئیک اسید [1].
۵- عوامل مؤثر در ویژگی‎های ذرات
کیفیت و ویژگی‌های مورد نیاز برای نانوذرات به عنوان عوامل کنتراست، به مواد هسته‎ای ذرات، توزیع اندازه ذره‎ای، بار سطحی ذرات، پایداری در محلول آبی و مایعات فیزیولوژیکی، شیمی فضایی نانوذرات، خواص مغناطیسی مطلوب و خصوصیات شیمیایی مولکول‎های عملگر در سطح ذرات بستگی دارد [1و2].

٥-۱- اندازه ذرات
آزمایشات نشان می‌دهد قطر نانوذرات مغناطیسی بر روی میزان تشدید سیگنال و نیمه‌عمر ذرات در بدن مؤثر است. بررسی‌ها نشان داده است که ذرات با قطر 10 نانومتر نیمه‎عمر بیشتری نسبت به ذرات با قطر 30 و بزرگ‌تر دارند [3].
           (1)            filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820

γ: نسبت ژیرومغناطیسی پروتون در آب، M: مولاریته محلول نانوذرات، r: شعاع ذرات، N: عدد آووگادرو، µ: گشتاورمغناطیسی نانوذرات، Ws: فرکانس لارمور محلول الکترونیک و wI: فرکاانس لارمور پروتون‎های آب است [6].

طبق فرمول شماره 1 بین اندازه ذره و میزان کاهش T2 و بنابراین کنتراست تصویر رابطه وجود دارد. ذراتی با سایزهای 12، 9، 6 و 4 نانومتر داریم و هر کدام گشتاور مغناطیسی خاص خود را دارند، به طوری که تحت میدان T 1.5، گشتاور مغناطیسی به ترتیب 102، 80، 43 و 25 emug-1 Fe است. گرادیان آسایش‌پذیری یا T2 /1 از 56 به 106، 130 و 190 افزایش می‌یابد که همان گرادیان کنتراست تصویر است. همان‌طور که سایز ذرات از 4 به 12 می‎رسد تفاوت رنگ از سفید تا سیاه دیده می‌شود و همان‌طور که سایز ذرات بزرگ می‌شود شدت سیگنال‌های MRI کاهش می‌یابد. شکل 7 ارتباط سایز و شدت سیگنال را نشان می‌دهد [3].

filereader.php?p1=main_3342c36a4e1385e52
شکل 7- ارتباط بین اندازه ذره و شدت سیگنال

از طرف دیگر بررسی‌ها نشان داده است که ذرات با قطر 10 نانومتر نیمه‎عمر بیشتری نسبت به ذرات با قطر 30 و بزرگ‌تر دارند [٣].

1-1-5- دسته‌بندی ذرات
نانوذرات مغناطیسی بر اساس قطر کلی آن‌ها که شامل هسته و پوشش است، دسته‎بندی می‎شوند:
- SPIOهای دهانی با سایز بین 300 nm و µ 3/5 که از طریق مسیر دهانی مصرف می‌شوند و غالباً در جهت تصویربرداری سیستم گوارشی به کار می‌روند.
- SPIOهای استاندارد (SSPIO) با اندازه nm 150-60
- SPIOهای خیلی کوچک (USPIO) با اندازه حدود nm 100-40
- نانوذرات مونوکریستال آهن اکسید MION که زیرمجموعه USPIO است با سایز حدود nm 30-10
- ذرات بزرگ‎تر از nm 50 که شامل کریستال‎های چندگانه هستند.
ذرات با سایز کمتر از nm 50 در کارهای تصویربرداری مولکولی در شرایط درون‌تن استفاده می‎شود، بنابراین SPIOها تمام انواع MIONT،USPIO و CLIO (MIONهایی که با پوشش دکستران اتصال متقاطع دارند) را شامل می‌شوند [4].

2-5- روش تهیه نانوذرات مغناطیسی به منظور استفاده در MRI
در روش‌های مرسوم ساخت نانوذرات از جمله میکروامولسیون و سل – ژل، کنترل دقیقی روی اندازه و مونودیسپرسیتی وجود ندارد. نانوذرات کریستالیتی نسبتاً ضعیفی دارند و ترکیبات شیمی فضایی گسترده‌ای دارند. در مقابل، روش‌های با شرایط بدون آب و دمای بالا، کنترل اندازه بهتری را نشان می‎دهند، تک کریستال‎های زیادی تولید می‌کنند و شیمی فضایی خوبی دارند. تنها مشکل این روش‎ها حلالیت کم در آب است؛ بدین منظور از پوشش‌های مختلف استفاده می‌کنند [1].

3-5- پوشش ذرات
انواع پوشش برای افزایش زیست‌سازگاری، تغییر بار سطحی ذرات، افزایش نیمه‌عمر آن‌ها در خون و بهبود عملکرد و اختصاصیت ذرات استفاده می‌شود [2].
انواع پوشش‌ها (جدول1) از جمله لیگاندهای دو عاملی، پلیمری، سیلوکسان (siloxane)، میسل‌های فسفولیپیدی پگیله شده (که این ذارت توانایی اتصال به پپتیدهای Tat برای نشانه‌گذاری سلولی را دارند) و در بعضی مواقع از 2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) استفاده می‎شود (شکل8). DMSA شلات‌های کربوکسیلات را به آهن متصل می‌کند، اتصال متقاطع دی سولفیدی بین لیگاندها ایجاد می‌کند و همچنین گروه‎های تیول را روی سطح می‎نشاند که امکان اتصال به مارکرهای اختصاصی و عملکردی را به دنبال دارد. این ذرات پایداری بالایی در آب و بافر سالین فسفات و شرایط پرنمک دارند و بنابراین گزینه مناسبی برای اتصال به مارکرهای سرطانی در شرایط درون‌تن و برون‌تن هستند [1].

filereader.php?p1=main_0ea5bd92b836d295d
شکل 8- SPIO با پوشش DMSA

برای بهبود زیست‌سازگاری نانوذرات سوپرپارامغناطیس (SPM) برپایه اکسید آهن، ذرات را با پلیمری از دکستران پوشش می‌دهند که بعد از درمان توسط کبد به راحتی دفع می‌شود [2].

جدول 1- انواع پوشش‌های استفاده شده در SPIO 6
مواد پوشش مزایا
Citric,gluconic,oleic هسته SPIO بزرگ با پوشش نازک از ترکیب ارگانوفیلیک
Dextran نیمه‎عمر پلاسمایی بالا
Polycarboxymethyl dextran کاهش قطر، افزایش نیمه‎عمر پلاسمایی
Polyvinyl alcohol نیمه‎عمر طولانی در پلاسمای خون
Starches زیست‌سازگاری، دسترسی زیستی و پایدار نگه داشتن pH, همراه با قابلیت تغییر سطحی
PMMA حامل دارورسانی مغناطیسی
PLGA پوشش زیست‌سازگار تأیید شده توسط سازمان غذا و دارو
PAM ماتریکس با قابلیت به دام انداختن ذرات چندگانه
PEG افزایش نیمه‌عمر در پلاسمای خون، قابلیت تغییر شیمیایی سطح
PEG-lipid پوشش نازک و الحاقات زیستی در دسترس
Silane واکنش نسبت به الکل و عوامل جفت‎شدگی سیلان نشان می‌دهد
Silica پوشش خنثی و زیست‎سازگار

 

یکی از پوشش‌هایی که برای افزایش آب‌دوستی نانوذرات آهن اکسید استفاده شده است، سیلیکا است که مشکل آگلومره شدن در خون را دارد که به همین دلیل به جای آن از دکستران استفاده کرده‌اند که پایداری بیشتری در شرایط فیزیولوژیکی دارد و به این تربیت انواع اشکال SPIOها ساخته شد.
در جدول 2 انواعی از نانوذرات بر پایه اکسید آهن قابل استفاده در MRI با ذکر ویژگی‌های کاربردی آن‌ها دیده می‌شود.
جدول 2- انواع اشکال SPIO با پوشش‌های سطحی مختلف
عامل اندازه هسته اکسید آهن (نانومتر) اندازه کلی ذره (نانومتر) مواد پوشاننده آسایش T2
(L mol-1 S-1)
 نیمه‌عمر در خون
AMI-121(Lumirem; Gastromark) 10 300 سیلیکون 72 کمتر از 5 دقیقه
AMI-25 Feridex; Endorm  6-5 150-80 دکستران 98 6 دقیقه
 (SHU 555A (Resorvist 4-2 62 کربودکستران 151 5,3
AMI-227(Combidex; Sinerem) 6-4 40-20 دکستران 53 کمتر از 24 ساعت
 
6- انواع نانوذرات مغناطیسی برپایه SPIO
1-6- نانوذرات آهن اکسید تک کریستال (MION) و آهن اکسید به صورت کراس لینک شده (CLIO)
دیده شده که ذرات آهن اکسید کوچک‌تر که شامل آهن اکسید مونوکریستال (MION) یا آهن اکسید کراس لینک شده (CLIO) با پوشش دکستران هستند، نیمه‌عمر بیشتری داشته و قابلیت بیشتری برای اتصال به مولکول‎های فعال زیستی دارند، بنابراین برای کاربردهای پزشکی در شرایط درون‌تن کارایی بهتری دارند. در این ذرات اندازه مرکز آهن اکسید 2.8nm و اندازه با پوشش دکستران حدود 10nm-30nm است [1].

2-6- مگنتو فریتین
فریتین یک پروتئین ذخیره‌کننده آهن در بدن است که دارای هسته فری هیدراته 6 نانومتری (5Fe2O3-9H2O) و پوسته پلی پپتیدی آپوفریتین است (شکل9). مگنتوفریتین در تصویربرداری نیز استفاده می‌شود و مقدار آسایش‌پذیری T2 حدود L mmol-1 s-1 157 دارد و انتظار می‌رود زیست‌سازگاری و پایداری کلوئیدی بالایی در خون داشته باشد. اما نتایج، پاک‌سازی کمتر از 10 دقیقه را برای این ذرات نشان می‌دهد، زیرا توسط سیستم رتیکلواندوتلیال به کبد، طحال و گره‌های لنفی می‌روند و بنابراین برای تصویربرداری این اندام‌ها گزینه مناسبی هستند ولی برای تصویربرداری مولکولی مناسب نیستند [1].
filereader.php?p1=main_42786976cd0745200
شکل 9- مراحل آماده‌سازی مگنتوفریتین
1- خارج کردن فری هیدارت از فریتین و تشکیل آپوفریتین
2- جایگذاری نانوذرات مغناطیسی در آپوفریتین و مگنتوفریتین تشکیل می‌شود.

3-6- مگنتودندریمر
ساختار چندعملکردی به واسطه گروه‎های انتهایی و منفذ واحد، دندریمرها را برای حمل دارو در دارورسانی مطلوب کرده است، که به طور مشابه می‌توانند حامل نانوذرات مغناطیسی نیز باشند؛ این ذرات خواص مغناطیسی بیشتری را نشان می‌دهند (اشباعیت مغناطیسی حدود emu g_1 Fe 94) و میزان بالای آسایش‌پذیری T2 از 200 تا 406 L mmol_1 s_1 دارد و به راحتی بدون نیاز به عامل انتقالی به داخل سلول نفوذ می‌کنند (شکل10). بدین وسیله از این عوامل در نشانه‌گذاری سلولی و ردیابی سلولی می‎توان استفاده کرد. اندازه هسته آهن اکسید به 8nm-7nm و هسته همراه با پوشش دندریمری به 20nm-30nm می‌رسد [1].

filereader.php?p1=main_39e20202793d92118
شکل10-مگنتودندریمر

4-6- مگنتولیپوزوم
لیپوزوم نیز بسیار برای انتقال مواد دارویی استفاده می‌شود و پوشش خوبی برای هیدروفیل ساختن نانوذرات مغناطیسی است (شکل 11). ذرات در مرکز لیپوزوم قرار می‌گیرند که اندازه هسته آهن اکسیدی آن 16nm و اندازه ذرات در حالت لیپوزومی حدود 60nm است و در این ساختارآسایش‌پذیری T2 240 mmol_1 s_1L است [1].
filereader.php?p1=main_069c9f600dcd2c1a3
شکل11- مگنتولیپوزوم

7- نحوه انتقال نانوذرات مغناطیسی به بافت‌ها
1-7- انتقال غیرفعال
در انتقال غیرفعال قطر هیدرودینامیک و بار سطحی SPIOها (که از فاکتورهای وابسته به مواد پوشاننده سطح است)، زمان گردش خون نانوذرات، دسترسی به بافت، اپسونیزاسیون و میزان برداشت سلولی را تحت الشعاع قرار می‌دهد. در ادامه مواردی از انتقال غیرفعال پروب‌های مغناطیسی MRI بیان می‌شود [3].
مسیرهای برداشت متفاوت نانوذرات مغناطیسی در بافت‌های مختلف، کنتراست MRI را مشخص می‌کند. ذرات کوچک توسط سیستم رتیکلواندوتلیال جمع‌آوری می‌شوند. در سلول‌های توموری به علت غیاب سیستم رتیکلواندوتلیال، زمان آسایش با وجود عوامل کنتراست MNP، تغییر نمی‌کند. بنابراین شناسایی بدخیمی گره لنفاوی، تومور کبد و مغز با مقایسه تصاویر کنتراست به دست آمده از MRI با کمک نانوذرات مغناطیسی ممکن می‌شود [3]. پروب‌های SPIO فاقد اختصاصیت مولکولی برای تصویربرداری سیستم‌های بیولوژیکی، به وسیله پروسه‌های فیزیولوژیکی شامل برداشت سلولی غیراختصاصی، به دام افتادن در داخل ماکروفاژهای فاگوسیت‌کننده بافت‌های توموری و ملتهب یا تجمع در طحال، کبد و گره‌های لنفاوی به صورت طبیعی هدایت می‌شوند [4].

1-1-7- تصویربرداری کبد و طحال
تحقیقات نشان داده است که ذرات بزرگ‌تر از 150nm با پوشش دکستران، به صورت غیراختصاصی به وسیله سلول‌های کوپفر در کبد سالم برداشت می‌شود. با توجه به نبود سلول‌های کوپفر در کبدهای بدخیم امکان تشخیص بافت سالم ومعیوب فراهم می‌شود [4].

2-1-7- تصویربرداری گره‌های لنفاوی
کوچک‌ترین ذرات با اندازه 30nm توسط عروق لنفاوی جمع‌آوری و در گره‌های لنفاوی مجتمع می‌شوند. تجمع SPIO در گره‌های نرمال با کاهش T2 همراه است و غیاب SPIOها در تصاویر MRI با دقت بالایی اختلال جریان یا متاستازگره‌ها را نشان می‌دهد و بدین وسیله، بدون مارکر اختصاصی، اجازه تمایز بین ساختارهای مبتلا و سالم را ممکن می‌سازد [4]؛ بنابراین ماکروفاژی که حاوی ذرات باشد تصویر سیاهی را ایجاد می‌کند و بافت سرطانی روشن است [1].

3-1-7- تصویربرداری سرطان
مطالعات زیادی نشان داده که علاوه بر تشخیص متاستاز گره‌های لنفاوی، SPIO‌ها می‎توانند تومورهای جامد را نیز به طور مستقیم شناسایی کنند. این ذرات می‎توانند به وسیله نشت از عروق و برداشت ماکروفاژی به صورت غیرفعال در محل حاضر شوند. میزان نشت، به میزان تخلخل عروق توموری بستگی دارد. در بررسی مغز استخوان از AMI-25 استفاده شده و آسیب مغز استخوان با حساسیت بالا تشخیص داده می‌شود (AIM یک نوع از نانوذرات مغناطیسی قابل استفاده در MRI است که مشخصات آن در جدول شماره 2 ذکر شده است).

4-1-7- تصویربرداری ماکروفاژ
MRI در تشخیص التهاب و بیماری‌های تخریبی با فعالیت بالای ماکروفاژی، بر پایه برداشت مؤثر ذرات به وسیله ماکروفاژها و سایر سلول‌های فاگوسیت‎کننده عمل می‎کند و امکان شناسایی محل دفع پیوند، شناسایی محل صفحات آترواسکلروزیس و امکان تشخیص قبل از تنگی مجرا را ممکن می‎سازد که یقیناً درمان مطلوب‎تری را به همراه دارد. نقش ماکروفاژها در بافت‌های بیمار سیستم عصبی مرکزی، امکان تصویربرداری برای تشخیص سکته، مالتیپل اسکلروزیس، تومور مغزی و آترواسکلروز کاروتید را فراهم می‌کند.
قابل ذکر است که کنتراست تصاویر، به طور وسیعی به زمان گردش خونی و بار سطحی ذرات بستگی دارد. تجربه نشان داده است که ذرات کوچک با سایز 30nm-15nm با مدت گردش خون بیشتر، کنتراست بهتری در محل التهاب در مقایسه با ذرات بزرگ‌تر نشان می‎دهند [4].

نتیجه‎گیری
در این مقاله مشاهده شد که کاهش اندازه نانوذرات مغناطیسی موجب افزایش کنتراست و نیمه‌عمر ذرات می‎شود و ذرات بر اساس اندازه دسته‎بندی شدند. تهیه نانوذرات در شرایط بدون آب و دمای بالا، کنترل بهتر بر اندازه ذره و کریستالیتی را به همراه دارد ولی حلالیت ذرات را کم می‌کند که برای رفع این نقیصه از پوشش بر سطح ذرات استفاده می‎کنند که البته انواع پوشش با کاربری‎های مختلف موجود است و منجر به تنوع در نانوذرات شده است. پوشش، فاکتور بسیار مهم و تأثیرگذار به ویژه در کاربردهای پزشکی است و موجب کاهش سمیت ذرات، تسریع و تسهیل مکانیسم‌های دفع ذره، افزایش امکان عملکردی کردن سطح ذرات و تسهیل اتصال آنتی بادی و افزایش پایداری فیزیکوشیمیایی ذرات در بدن می‌شود. انواع نانوذرات قابل استفاده شامل MION ،CLIO، مگنتوفریتین، مگنتودندریمر و مگنتولیپوزوم هستند. این ذرات می‌توانند به صورت غیرفعال به بافت‎ها منتقل شوند و تصویربرداری از بافت‌های مختلف مثل کبد و طحال، گره‌های لنفاوی، سرطان و ماکروفاژ را امکان‌پذیر می‎کنند.

منابـــع و مراجــــع

1.CA Mirkin and CM Niemeyer. Nanobiotechnology, I. Wiley-VCH, Weinheim, As i an J 2, 1363 (2007).

2.SHI Y. Superparamagnetic Nanoparticle for magnetic Resonance Imaging(MRI)Diagnosis. School of Chemical Engineering.(2006)

3.Varadan VK, Chen L, Xie J. NANOMEDICINEDESIGN AND APPLICATIONS OFMAGNETIC NANOMATERIALS,NANOSENSORS AND NANOSYSTEMS. A John Wiley and Sons, Ltd, Publication. 2008.

4.Thorek, D. L., Chen, A. K., Czupryna, J. & Tsourkas, A. Superparamagnetic iron oxide nanoparticle probes for molecular imaging. Annals of biomedical engineering 34, 23-38 (200

نظرات و سوالات

نظرات

2 -1

یاسر یوسف پور - ‏۱۳۹۶/۱۰/۱۶

ممنون از مقاله و اطلاعات خوب

یک کمی در ساختار جمله بندی احتیاج به اصلاح دارد

همچنین دسته بندی نحوه انتقال جامع نیست