برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۸,۷۶۷
  • بازدید این ماه ۱۰۴
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۳۶
  • قبول شدگان ۱۱۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۶۶
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۷
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

نانو ذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (3)

در این مقاله انتقال فعال نانو ذرات مغناطیسی به منظور تشخیص و تصویربرداری به انواع بافت ها از جمله مشکلات قلبی و عروقی، بررسی بافت ملتهب، رگ زایی،آپوپتوز، بیان ژن، سرطان و ردیابی سلولی توضیح داده شده است و توضیح مختصری در مورد چگونگی و کاربردهای تغییر آسایش سطحی بیان شده است.
7-2-انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس
وقتی اندازه ذرات کوچک باشد از سیستم های فاگوسیتی فرار می کند به همین دلیل از این ذرات به همراه مارکرهای اختصاصی، برای انتقال هدفمند استفاده می کنند(شکل 12)[1] .انتقال هدفمند نسبت به حالت غیر فعال برتری دارد زیرا هم باعث افزایش کنتراست می شود و هم توانایی تشخیص ملکولی را پیدا می کند که علاوه بر اطلاعات فیزیولوژیکی، بینشی از مکانیسم ملکولی را فراهم می کند ومنجر به تشخیص سریعتر و دقیق تر می شود. تصویربرداری التهاب، انفارکتوس، آنژیوژنز، آپوپتوز، بیان ژن و سرطان با این روش تا به حال انجام شده است.

filereader.php?p1=main_2ae138fb61f49be95
شکل 12- انتقال فعال نانوذرات مغنا طیسی بر اساس قرار دادن آنتی بادی مربوط به مارکر بیماری بر سطح

به منظور دستیابی به انتقال هدفمند نانوذرات سوپرپارامغناطیس اکسید آهن (SPIO)، بیومارکرهای خاص هر بافت نیاز است. در مرحله اول عامل به طور مستقیم به سطح پوشش داده شده هیدروفیلیک متصل می شود. پوشش های پلیمری، گروه های عاملی فعال مختلف مثل آمین، سولفیدریل وکربوکسیل را دارند و باعث تسریع مراحل کانژوگاسیون می شوند. در مرحله بعد تجمع کافی ذرات در بافت، مورد نظر است. شاید بزرگترین مانع برای انتقال هدفمند، مکاندهی مقدار مناسبی از SPIO در محل آسیب، برای ایجاد کنتراست کافی می باشد. به همین منظور تکنیک های مختلفی برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص استفاده می شود. روشی که بیشتر کاربرد دارد تله اندازی داخل سلولی است و از طریق برداشت با واسطه گیرنده ایجاد می شود و سطح بالایی از کنتراست را در سلول آسیب دیده ایجاد می کند. روش دیگر شامل روش های تقویت دو مرحله ای می باشد، مثل استفاده از آنتی بادی بیوتینه شده که در محل های بیماری مجتمع می شوند و SPIO متصل به استرپتوویدین در محیط قرار می گیرد(شکل13). از آنجایی که بیوتین و آویدین تمایل بالایی دارند، ذرات در محل مورد نظر مجتمع می شوند .

filereader.php?p1=main_057d408480e60918a
شکل 13-افزایش امکان تجمع ذرات بوسیله بیوتین و استرپتوویدین

پروب های MRI با آنتی بادی هدف سرطانی کانژوگه می شوند و گاهی این پروب ها ی مغناطیسی را با رنگ های فلورسنت همراه می کنند(شکل14)که امکان مطالعات درون تن و برون تن را فراهم می کند[2].

filereader.php?p1=main_49dcf35699129cd89
شکل 14-همراه کردن رنگ فلورسنت با پروب های مغناطیسی MRI

7-2-1- تصویربرداری قلبی-عروقی
علاوه بر فراهم آمدن امکان تشخیص آپوپتوز (مرگ برنامه ریزی شده سلولی) و تصویربرداری ملکولی، امکان تشخیص زود هنگام بیماری های قلبی عروقی مختلف از جمله آترواسکلروزیس، ترومبوز و نقایص میوکارد فراهم می شود.
تشخیص زود هنگام آترواسکلروز با SPIO هدفگذاری شده با anti-VCAM-1 و با پپتید اختصاصی VCAM-1 انجام می شود. عامل دیگری که در این مطالعات استفاده می شود E-selectin می باشد که یک مارکر پیش التهابی سلول های اندوتلیال است که در اترواسکلروزیس، تکثیر اندوتلیال عروق توموری و آنژیوژنز کاربرد دارد. با استفاده از SPIO کانژوگه شده با ضد E-selectin انسانی می توان بوسیله MRI میزان فاکتور نامبرده را در محیط کشت برون تن نمایش داد.
تشخیص ترومبوز بر پایه تشخیص اختصاصی αIIb-β3- می باشد که از پلاکت های فعال شده آزاد می شود. پلاکت فعال شده، از طریق SPIO کانژوگه شده با RGD شناسایی می شودRGD.یک پپتید اسیدی حلقه ای مشتمل از سه اسید آمینه آرژنین،گلایسین و اسپارتات می باشد که به طور اختصاصی اینتگرین αIIb-β3 را شناسایی می کند .SPIOهمراه با RGD تشخیص بهتری نسبت به SPIO بدون مارکر فراهم می کند و امکان مشاهده لخته با قطر 0.2mm در 0.2mm را ممکن می سازد.
از نانوذرات آهن اکسید تک کریستال (MION ) متصل شده با آنتی میوزین براساس جاذبه الکتروستاتیکی و یا کوالانتی بین گروه های لیزین آنتی بادی و گروه های هیدروکسیل سطحی فعال شده بوسیله پتاسیم پریودات در جهت تشخیص انفارکتوس قلبی استفاده می شود(شکل 15). یک سلول انفارکتوس شده قلبی، غشا متخلخل تری نسبت به سلول نرمال دارد. SPIO کانژوگه شده با Fab آنتی میوزین به صورت موثر وارد سلول آسیب دیده می شود و میوزین را شناسایی می کند و در تصاویر محل آسیب دیده به رنگ سیاه دیده می شود در حالیکه در نمونه بدون مارکر کنتراست خوبی دیده نمی شود [3].

filereader.php?p1=main_09e07dc1db14b3562
شکل 15- تشخیص بهتر انفارکتوس قلبی به کمک تصویربرداری با نانوذرات مغناطیسی

7-2-2-التهاب
برای بررسی بافت های ملتهب نیز با اتصال آنتی بادی پلی کلونال ایمونوگلوبولین انسانی به سطح SPIO امکان شناسایی بافت فراهم می شود(شکل 16).

filereader.php?p1=main_d9fb5dd30f8a13ad0
شکل 16- بررسی التهاب بافتی بوسیله نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست

7-2-3-آنژیوژنز
رگ زایی (آنژیوژنز)یک پروسه ضروری رشد رگ های خونی جدید برای توسعه، تکثیر و تعمیر بافت ها می باشد و البته از نشانه های آشکار رشد تومور نیز محسوب می شود. بنابراین بررسی شدت آنژیوژنز در تشخیص سرطان و بررسی مراحل بهبود موثر است. چندین ملکول در آنژیوژنز از جمله فاکتور رشد اندوتلیال عروقی(VEGF) ،فاکتور رشد فیبروبلاست (FGF)، فاکتور رشد سلول های اندوتلیال مشتق شده از پلاکت (PD-EDGF) ،گیرنده Tie2، اینتگرین و E-selectin(شکل17)دخیل هستند و در این بین گیرنده VEGF, Tie2، E-selectin و اینتگرین بیشتر بررسی شده اند[3].

filereader.php?p1=main_af5827baee7a406ac
شکل 17- ساختار های CLIO متصل شده به E-Selectin به منظور بررسی آنژیوژنز

7-2-4-آپوپتوز
بحث هدفمندسازی SPIO در تشخیص آپوپتوز نیز مطرح می باشد .آپوپتوز، خود تخریبی برنامه ریزی شده سلول ها می باشد و در پاتوژنی سرطان، تخریب بافتهای عصبی، انفارکتوس میوکارد حاد و التهاب مزمن دیده می شود و در جهت نمایش اثر بخشی دارو نیز کاربرد دارد[3].
از اولین مراحل این پروسه تخریب فسفاتیدیل سرین در غشا سلول می باشد. برای شناسایی این مرحله از synaptotagmin وannexin استفاده می کنند. استفاده از SPIO های متصل به ناحیه C2 از synaptotagmin، سلول آپوپتوز شده را شناسایی می کنند (شکل18) و رزولوشن 0.1nm دارد که در مقابل روشهای مرسوم 3 برابر بهبود داشته است .
روش دیگر در این بخش شامل استفاده از فسفولیپید فسفاتیدیل سرین و Annexin V. می باشد. استفاده از نانو ذرات کانژوگه شده با Annexin V. غلظت 0.1gµ در شرایط برون تن از سلول های آپوپتوز را تشخیص می دهد [3].

filereader.php?p1=main_99136cecfde633f84

شکل 18- استفاده از SPIOها در بررسی آپوپتوز سلولی بر اساس synaptotagmin

7-2-5-بیان ژن
بررسی میزان و یا چگونگی بیان ژن، یکی از شاخه های در حال گسترش در علوم زیست پزشکی می باشد. روش های مختلفی برای بررسی بیان ژن وجود دارد ولی محدودیت هایی دارند از جمله در تصویربرداری های نوری عمق نفوذ کمی دارند و در تصویر بردادری ها به کمک رادیوایزوتوپ ها رزولوشن فضایی کمی وجود دارد.
به عنوان مثال بیان ژن گیرنده ترانسفرین در سلول های توموری را بررسی می کنند. بدین منظور بر سطح MION ها، ترانسفرین قرار می دهند، در صورت وجود گیرنده در محیط، این ذرات متصل می شوند (شکل 19).هرچه بیان آن بیشتر باشد گرادیان کاهشی در T2بیشتر دیده می شود..

filereader.php?p1=main_9ef66d86a96a71f73
شکل 19- بررسی بیان ژن به کمک نانوذرات مغناطیسی در MRI

7-2-6- تصویربرداری سرطان
تشخیص غیر هجومی سرطان بسیار قابل توجه است که می تواند در افزایش درصد حیات بیماران موثر باشد. روش های مرسوم MRI جرم 1 cm را شناسایی می کند اما به کمک نانوذرات می توان محدوده تشخیص را به ملکولی و برهم کنش های ملکولی وارد کرد و جرم های خیلی کوچک سرطان را از بافت نرمال تشخیص داد .
بسیاری از مارکر های سرطانی به عنوان اهدافی از لیگاند مستقیم SPIO ها مطرح هستند. مارکرهایی که برای انتقال هدفمند انتخاب می شوند علاوه بر داشتن سطح بیان بالاتر در سلول های سرطانی باید امکان تجمع بالاتر در داخل سلول از روش اندوسیتوز بواسطه گیرنده را فراهم کنند(شکل 20).
یکی از این مارکرها گیرنده های ترانسفرین می باشند که بیان بالایی روی سطح اکثر سلول های سرطانی علی الخصوص سرطان سینه دارند و با استفاده از SPIO های متصل شده به ترانسفرین، نمایش بیان و تنظیم گیرنده ترانسفرین در شرایط درون تن و برون تن فراهم می شود.
از طرف دیگر قرار دادن فولات (فولیک اسید) به سطح SPIO امکان برداشت سریع و موثر توسط سلول های سرطانی که سطح بالایی از گیرنده فلات را دارند فراهم می کند و کاهش 38% در شدت T2 را نشان می دهد.
مارکر دیگری که به وسیله SPIO ها شناسایی می شود شامل آنتی ژن توموری MUC-1 می باشد که عامل معمول در بسیاری از آدنوکارسینومای سلول های اپیتلیال می باشد و در سرطان سینه، پانکراس،کلرکتال، ریه، پروستات و معده وجود دارد و با پپتید EPPT1 ردیابی می شود. مارکرهای زیادی در این زمینه استفاده شده اند از جمله متالوپروتئیناز ماتریکسی2، اندوپپتید متصل شده به غشا که در گلیوما سطح بیان بالایی دارد.

filereader.php?p1=main_944c19b34ab78dd08
شکل 20 - اتصال اخنصاصی نانوذرات مغناطیسی با مارکر Her-2 در جهت تشخیص مارکراختصاصی سرطان سینه به کمک MRI

راه دیگر برای شناسایی بافت سرطانی، هدفمند کردن ذرات با گیرنده های اختصاصی در سطح سلول نرمال می باشد که در سلول سرطانی بیان نمی شود .مثلا گیرنده CCK در سطح SPIO متصل شده و گیرنده ACCK در سطح سلول نرمال پانکراس شناسایی می شود و با توجه به کاهش T2 در بافت های سالم می توان به محدوده بافت توموری پی برد .
سرطان کبد غالبا بدنبال متاستاز ناشی از سرطان های سینه، ریه، رکتوم و کلون می باشد. پژوهشگران بدنبال مارکر خاص برای عامل کنتراست در تصویربرداری MR برای مشخصه یابی سرطان کبد بودند. گیرنده(ASG(asialoglycoprotein در هپاتوسیت های نرمال وجود دارد و در سلول هایی ابتدائی و فرم متاستاز سلول های سرطانی از بین می رود. بدین منظور SPIO ها را به ارابینوگالاکتان AG) ) که لیگاند پلی ساکاریدی ASG می باشد متصل می کنند. تصاویر MR نشان می دهد که استفاده از AG-SPIO در تصویربرداری هدفمند کنتراست خوبی بین دو بافت نرمال و سرطانی ایجاد می کند [3].

7-2-7-ردیابی سلولی
یکی از کاربردهای SPIO بررسی توزیع سلولی در شرایط درون تن است. در حال حاضر از SPIO ها برای ردیابی سلول های بنیادی بسیار استفاده می شود و به طور کلی امکان شناسایی سلول به صورت منفرد را فراهم می کند. برای این منظور از روش های مختلفی استفاده می کنند که عبارتند از:
- جایگذاری SPIO های همراه سلول در بدن موجود زنده وردیابی حرکت و مکان یابی آنها در بافت خاص
- همراه کردن این ذرات با سلول های T
-ورود ذرات از طریق اندوسیتوز وابسته به گیرنده به سلول و بررسی مهاجرت سلول. به عنوان مثال آنتی بادی ضد گیرنده ترانسفرین را به نانوذره کانژوگه کردند و نانوذره از طریق اندوسیتوز وابسته به گیرنده وارد سلول می شوند که امکان بررسی حرکت سلول های الیگودندرسیت فراهم میشود. نتایج کار مهاجرت10mm ذرات در 14 روز را نشان دهند [3].

8- تغییر آسایش مغناطیسی
تجمع SPIO ها یک پدیده مغناطیسی به نام تغییر آسایش مغناطیسی(MRS) را ایجاد می کند. در این شرایط تجمعی از نانو ذرات منفردSPIO در دفاز کردن اسپین پروتون های محیط اطراف موثرتر می شوند که موجب افزایش زمان آسایش اسپین-اسپین T2 می شود. اخیرا از این تکنیک برای تشخیص بیوملکول ها در آزمایش هموژن استفاده می کنند و امکان تشخیص الیگونوکلئوتید، پروتئین، آنزیم و انانتیومر با حساسیت بالایی را فراهم می کند. دقت تشخیص این روش حدود 500 اتم می باشد.
مزیت MRS نسبت به دیگر روش های تشخیصی این است که تغییرات مغناطیسی در شرایط کدر و لیز شده سلولی بدون نیاز به تخلیص پروتئینی را ممکن می کند و از طرف دیگر در MRS امکان بررسی SPIO ها در عمق بافت وجود دارد. بنابراین اهمیت آن در کاربرد های درون تن افزایش می یابد [3].

8-1- تشخیص الیگونکلئوتید
اولین کاربرد سیستم MRS در تشخیص نوکلئیک اسید در محلول بوده است. دو گروه از SPIO ها ی کانژوگه شده با الیگونوکلئوتید سنتز می شوند که بر اساس مکمل رشته هدف بودن طراحی می شوند. هیبرید شدن با رشته DNA یک تغییر قابل توجه در زمان آسایش T2 را ایجاد می کند و یکی از کاربرد های این روش در بررسی میزان بیان ژن تلومراز می باشد که مشخصه بافت های توموری است و می توان به دقت در حد تک رشته از ژن تلومراز دست یافت [3].

8-2- تشخیص پروتئین وآنزیم
پروب MRS در بیوسنسورها قادر به تشخیص پروتئین خاص و حتی ویروس ها بر اساس برهم کنش خاص آنتی بادی می باشد.
سطح SPIO را با آنتی بادی سطحی مخصوص آدنوویروس و یا هرپس متصل می کنند و قادر است تعداد 5 عدد ویروس در lµ10 را شناسایی کند. از تکنیک مشابهی در جهت جستجوی پروتئین خاص مثل پروتئین فلورسنت سبز(GFP ) در ترکیب لیز شده سلولی استفاده می کنند. بعضی روش ها نیز در جستجوی آنزیم ها مثل اندونوکلئاز، متیلاز و پروتئاز می باشند، مثلا برای اندونوکلئاز دو گروه از SPIO های متصل به رشته الیگونوکلئوتیدی مکمل تهیه می شوند. وقتی ذرات باهم مجتمع شوند زمان آسایش T2 کاهش می یابد و چنانچه آنزیم اندونوکلئاز در محیط وجود داشته باشد دو ذره از هم جدا می شوند و منجر به افزایش زمان آسایش T2می شوند.
میلوپراکسیداز آنزیمی(MPO )است که در اترواسکلروزیس و التهاب نقش دارد برای تشخیص این آنزیم از SPIO نشانه گذاری شده با سروتونین استفاده شده است. MPO بین این ذرات اتصال متقاطع ایجاد می کند و این تجمع کاهش T2را به همراه دارد [3].

8-3- تشخیص انانتیومر
با توجه به تفاوت های زیاد در فعالیت فارموکولوژیکی انانتیومر های خاص، نیاز به سیستم های متمایز کننده انانتیومر ها با سرعت،حساسیت و میزان محصول بالا ضروری است. امروزه نانو ذرات MRS به عنوان سنسور های بسیار حساس به ناخالصی های انانتیومری کاربرد دارند.
به عنوان نمونه SPIO ها با فنیل آلانین D ( (D-Pheنشانه گذاری شدند سپس از محلول حاوی آنتی بادی D-Phe استفاده کردند که منجر به ایجاد شاخه هایی از ذرات و بدنبال آن کاهش T2 می شود چنانچه محلول راسمیکی از D-Phe و L-Phe داشته باشیم از این اتصال به صورت رقابتی ممانعت کرده بنابراین افزایش قابل توجه T2 را خواهیم داشت [3].

نتیجه گیری:
انتقال ذرات به بافت به صورت فعال و غیر فعال امکانپذیر است که با توجه به خصوصیات و روش های انتقال در هر بافت انجام می شود. انتقال فعال از غیر فعال کنتراست بیشتری را موجب می شود و در روش های ملکولی کارامدتر است و تشخیص سریعتر و دقیق تر بیماری را به ارمغان می آورد . بحث پوشش هیدروفیلیک ذرات و چگونگی تجمع آنها در بافت هدف به صورت جزئی در هر بخش مطرح شده است. از طرف دیگر تجمع ذرات باعث افزایش سیگنال می شود و با فراهم کردن شرایط تجمع ذرات می توان به کنتراست مطلوب تری دست یافت و تشخیص الیگو نوکلئوتید، پروتئین ،آنزیم و انانتیومر فراهم می شود.






منابـــع و مراجــــع

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

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

3.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 (2006).

نظرات و سوالات

نظرات

0 0

زهرا سعادتی - ‏۱۳۹۷/۰۴/۰۹

خیلی خوب بود