برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۲۴ تا ۱۳۹۷/۰۶/۳۰

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۷۴,۳۸۸
  • بازدید این ماه ۷۴۳
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۳۳۲
  • قبول شدگان ۲۴۸
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۴۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۸
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

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نانوذرات مغناطیسی در دارورسانی هدفمند (1)

نانوذرات مغناطیسی یکی از مهمترین و پرکاربردترین انواع نانومواد می باشند که ویژگی های منحصر به فردشان موجب ایجاد کارایی های خاص آنها نسبت به سایر نانوساختارها می شود. این ذراتدر شاخه های مختلف قابل کاربردهستند. اما نقش آنها در زیست – پزشکی به ویژه در زمینه دارورسانی قابل توجه است به آن جهت که مغناطیس ذاتی آنها بسیاری از کارها از جمله هدف یابی را تسهیل می کند که این خود در دارورسانی بسیار مهم و ضروری می باشد.
در مقاله حاضر سعی شده است اطلاعات کلی پیرامون نانو ذرات مغناطیسی و ویژگی های ذرات در کاربری های زیست – پزشکی داده شود و در ادامه به طور خاص برروی ویژگی های این ذرات در دارورسانی توجه شده است و کاربردهای مختلف آنها مورد بررسی قرار گرفته است.همچنین اهمیت پوشش دار کردن نانو ذرات مغناطیسی به عنوان یک نیاز اساسی برای کاربردهای پزشکی، اشاره شده است. در ادامه، نحوه ی بارگذاری دارو در نانوذرات مغناطیسی،ورود ذرات به بدن،هدف یابی وآزادسازی دارو بحث شده است و در نهایت بحث مختصری در ارتباط با فارموکینتیک داروها و سمیت آنها در بدن ارائه شده است.
۱- مقدمه
سیستم های دارورسانی بر پایه فناوری نانو به سبب تغییر فارموکنتیک دارو،افزایش مدت زمان حضور دارو در جریان خون،کاهش سمیت و افزایش نیمه عمر دارو موجب بهبود چشمگیر در درمان های دارویی شده اند.تمام این ویژگی ها ازانتقال هدفمند دارو میسر می شود که در این بین نقش نانو ذرات مغناطیسی (MNP= Magnetic nanoparticles) به عنوان حامل های دارورسانی به خاطرداشتن ویژگی های منحصر به فرد علاوه بر ویژگی های معمول در سایر نانومواد پررنگ تر است [1].

نانوذرات مغناطیسی که بخش بزرگی از نانومواد را به خود اختصاص می دهند پتانسیل انقلاب در بخش تشخیص و درمان های کلینیکی به سبب خواص منحصر به فرد از جمله مومنتوم تشدید شده مغناطیسی و سوپر پارا مغناطیسی و قدرت برهم کنش های زیستی درسطوح سلولی و ملکولی را دارا می باشند [2].

استفاده پزشکی از پودرهای مغناطیسی به دوران یونان باستان و روم برمیگردد، ولی به شکل اصولی و تحقیقاتی از سال ١٩٧٠ در علوم بیولوژی و پزشکی استفاده شد [1] وپیش بینی می شود این ذرات در آینده نقش چشمگیری در رفع احتیاجات حیطه سلامت بشریت خواهند داشت [2]. MNP ها با تکیه بر فناو ری نانو محدوده گسترده ای از کاربردهای تشخیصی و درمانی در بیماری هایی از جمله سرطان،بیماری های قلبی و عصبی را تسهیل کرده اند[3]. نانوذرات مغناطیسی به فراوانی در تحویل هدفمند عوامل درمانی استفاده می شود وبر اساس هدف یابی دارویی مغناطیسی (MDT= Magnetic drug targeting) که شامل تمایل قوی بین لیگاند و گیرنده می باشدیا ازطریق جذب مغناطیسی بافت خاص عمل می کنند[2]. MNPها به سبب امکان کنترل از راه دورعوامل درمانی در انتقال ذرات به بافت مورد نظر بسیار قابل توجه هستند، وبه همین سبب آنها را حامل های هدفمند مغناطیسی می نامند(MTC= magnetic targeted carriers).

خواص منحصر به فرد این نوع از نانوذرات شامل سوپر پارامغناطیسی، فوق اشباعیت و پذیرفتاری مغناطیسی می باشد که از خصوصیات مغناطیسی ذاتی آنها منشا می گیرد. از سویی دیگر با استفاده از پوشش های سطحی مختلف می توان خواص زیست - پزشکی مطلوب و پایداری را برای این ذرات ایجاد کرد و از اثرات پارتیکوکنتیک و سمیت نانوذرات مغناطیسی ناشی از برهم کنش های آنها با سلول یا پروتئین های بیولوژیکی ممانعت کرد که منجر به افزایش زیست سازگاری نانوذرات مغناطیسی می شود[4].

از کاربردهای نانوذرات مغناطیسی در پزشکی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• انتقال هدفمند ترکیب مورد نظر از جمله ژن، دارو، سلول بنیادی، پروتئین و آنتی بادی به بافت وسلول هدف [4].
• تصویر برداری بر پایه رزونانس مغناطیسی [4].
• درمان سرطان با روش هایپرترمی [1].
• جداسازی سلول ها و ماکروملکول ها و تخلیص سلولی [4].
• -کاربرد در زیست حسگرها
• امکان ردیابی ذرات در شرایط برون تن (in vitro) ودرون تن (in vivo) از طریق تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI= magneticresonance imaging)
• آزمایش های ایمونوسیتو شیمیایی

شکل 1 کاربردهای نانوذرات مغناطیسی در زیست – پزشکی را نشان می دهد.


filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل 1- کاربردهای نانو ذرات مغناطیسی در زیست - پزشکی

۲- ذرات مغناطیسی
ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند. هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند. ترکیب، سایز و مسیر سنتز نانوذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است اما ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند. اینگونه مواد به دلیل گشتاور مغناطیسی واحد شبکه و ساختار دمین ها شدیدا از میدان مغناطیسی خارجی متاثر می شوند به نحوی که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به صورت یک ذره غیر فعال عمل می کنند.
تک دمین بودن و سوپرپارامغناطیسی ازویژگی های نانوذرات مغناطیسی هستند که منشا بسیاری از خواص منحصر به فردشان می باشد.

عنوان : مغناطیس های مولکولی را بیشتر بشناسیم

توضیحات : ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند. مولکول های مغناطیسی ماکرومولکول های پیچیده ای هستند که در شرایط معینی دارای اسپین بزرگ و آنیزوتروپی محوری قابل توجه می باشند و از خود گشتاور مغناطیسی نشان می دهند.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 1: مغناطیس های مولکولی را بیشتر بشناسیم

2-1- ذرات تک دامنه (دمین)
دیواره های دمین دارای یک پهنای مشخصی هستند و گروهی از اسپین های هم جهت را که به شکل هماهنگ عمل می کنند در قالب یک ناحیه (دمین) جدا می کنند. شکل گیری و پایداری دمین ها با مصرف انرژی همراه است. وقتی اندازه ذره به قطر بحرانی کاهش می یابد ذرات تک دامنه تشکیل می شوند که تشکیل دیواره در این شرایط از نظر انرژی مناسب نیست [5].

مطمئناً درک و کنترل خواص مغناطیسی نانوذرات، مکانیسم خواص ‏مغناطیسی مواد و طراحی و کنترل آن را روشن خواهد ساخت. نانوذرات مغناطیسی، به دلیل کاهش ‏حوزه‌های مغناطیسی و در نتیجه ایجاد خاصیت سوپر پارامغناطیس آینده درخشانی دارند [6].

2-2-سوپر پارا مغناطیسی
خواص سوپر ‏پارامغناطیس نانو ذرات مستقیماً تحت تاثیر آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات است.‏ هنگامی که ممان مغناطیسی نانوذرات در جهت محور آسان بلور است، مقدار انرژی آنیزوتروپی ‏مغناطیسی (EA‏) کمینه می‌شود. در نانوذرات مغناطیسی کروی، آنیزوتروپی بلور مغناطیسی برابر با آنیزوتروپی ‏مغناطیسی کل است. این آنیزوتروپی به عنوان سدی برای تغییر جهت مغناطیسی است. هنگامی که ‏اندازه نانوذرات تا حد آستانه‌ایی کاهش می‌یابد،‏EA‏ برابر با انرژی فعال‌سازی ‏گرمایی ‏‎(KBT)‎‏ می‌شود. با وجود سد انرژی آنیزوتروپی کوچک، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی ‏توسط انرژی فعال‌سازی گرمایی و یا میدان مغناطیسی خارجی تغییر می‌کند. اگر انرژی گرمایی بیشتر ‏از ‏EA‏ باشد، تمام جهات و ممان مغناطیسی در جهات کاتوره‌ایی قرار می‌گیرند. اساساً رفتار کلی ‏نانوذرات مغناطیسی مانند اتم‌های سوپر پارامغناطیس است. اگرچه نانوذرات هنوز خاصیت مغناطیسی ‏کمی دارند هر ذره مانند یک اتم پارامغناطیس عمل می‌کند، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. چنین ‏رفتاری، سوپر پارامغناطیس نامیده می‌شود (شکل 2). در ماده سوپر پارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به ‏جای جهت خاصی، سریعاً در حال تغییراست. دمایی که سد انرژی آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات ‏همیشه بر اثرژی فعال سازی گرمایی غلبه می‌کند، دمای بلوکه نامیده می‌شود [6].

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل٢- ساختار مواد سوپر پارامغناطیس

2-3- اثر میدان مغناطیسی بر ذرات مغناطیسی
ذرات مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و به منظور جابجایی ذرات در یک جهت خاص از فضا باید از یک میدان ناهمگن استفاده شود (شکل 3).اثر نیروی مغناطیسی بر روی این ذرات در یک سوسپانسیون مایع با مغناطش ذرات،چگالی جریان مغناطیسی و گرادیان میدان مغناطیسی متناسب است [5].

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل ٣- اثر میدان خارجی بر ذرات مغناطیسی

2-4- فروفلوئید (سیال مغناطیسی)
نانوذرات مغناطیسی در یک مایع مناسب پایدار می شوند این ترکیب از الگومره شدن ذرات ممانعت می کند و یک محلول کلوییدی را تشکیل می دهد که به آن فروفلوئید گویند. در روش های قدیمی تر از تخریب ذرات بزرگ در محلول آلی مناسب در جهت تهیه فروفلوئیدها بهره می بردند ولی اخیرا از روش های سنتز شیمیای استفاده می کنند [5].
به منظور به دست آوردن یک ترکیب فروفلوئید پایدار در محیط فیزیولوژیک با pH طبیعی و قدرت یونی متناسب، سطح ذرات باید عملکردی (عامل دار) شوند. این ذرات با دکستران، آلبومین یا پلیمر های سنتزی مثل متااکریلات پوشش داده می شوند[5].

3- ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی
• MNP ها باید ساختار کریستالی داشته باشند و هر ذره تنها یک دمین داشته باشد [5].
• توزیع اندازه نانوذرات تا حد ممکن باریک باشد و دارای توزیع هم سایز باشند [5].
• تمام نانوذرات در یک نمونه خاص باید هم شکل باشند. به طور غالب از نانوذرات کروی استفاده می کنند. البته از ساختارهای پیچیده تر مثل نانوسیم ها و نانوتیوب ها نیز بهره می برند [5].
• پایداری و زیست سازگاری: یکی از ضروریات برای کاربردهای زیست پزشکی می باشد و با استفاده از ساختارهای پوسته - هسته (core-shell) قابل دست یابی است که شامل یک هسته اکسید فلزی یا فلزی می باشد که در پوششی از پلیمر یا مواد غیرآلی قرار گرفته است که به ذرات زیست سازگاری داده و یا امکان اتصال به بیوملکول ها رافراهم می آورد [4].
• اندازه کوچک و سایز هیدرودینامیک: داشتن انداره کوچکتر از 50 نانومتر یکی دیگر از ویژگی های مورد نظر در این زمینه می باشد. به این دلیل که انتشار را تسهیل می کند و ذرات را از برداشته شدن توسط سیستم رتیکولواندوتلیال بدن (RES) در امان می دارد [1].

4- مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی
1-4- اندازه

اندازه آنها در محدوده یک سلول کوچک (10 تا 100 میکرون)، ویروس (20 تا 45 نانومتر)، پروتئین (5 تا  50 نانومتر) یا ژن (با پهنا 2 نانومتر و طول 10 تا 100 نانومتر) می تواند باشد. بنابراین امکان نزدیک شدن و یا وارد شدن به ساختارهای زیستی را ممکن می سازد و چنانچه ذرات با ملکول های بیولوژیکی مناسب پوشانده شوند توانایی برهم کنش با این ساختارها را پیدا می کنند و یا به آنها متصل می شوند. به همین دلیل یک تکنیک قابل کنترل و دقیق در نشاندار کردن ساختارهای زیستی می باشد [5].

4-2-قابلیت کنترل از راه دور
نانوذرات مغناطیسی بواسطه گرادیان میدان مغناطیسی خارجی که همراه با نفوذپذیری ذاتی میدان مغناطیسی در داخل بافت های انسانی است قابل دستکاری و کنترل می باشند.
این عملکرد و کنترل از راه دور در انتقال و تجمع نانوذرات مغناطیسی، نشاندار کردن اختصاصی ساختارهای زیستی و به طور خاص در انتقال داروهای ضد سرطان به بافت توموری هدف استفاده می شود (شکل 4) [5].

filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل٤- هدایت نانوذرات موجود در بدن با اعمال میدان مغناطیسی خارجی

4-3- واکنش رزونانسی به تغییرات میدان
این ذرات می توانند به صورت رزونانسی به تغییرات وابسته به زمان میدان پاسخ دهند و امکان انتقال انرژی از میدان تهییج شده به نانوذرات را فراهم کنند و به این سبب نانوذرات می توانند منجر به افزایش دما شده که از این خاصیت در هایپرترمی برای درمان و یا به عنوان عوامل تقویت کننده شیمی درمانی و رادیو درمانی استفاده می شود [5].

5- مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی
5-1- جنس ذرات

جنس ذرات مغناطیسی که به طور غالب استفاده می شوند شامل فریت ها با ترکیب عمومی M)Fe2O4) (که M می تواند یک کاتیون دو ظرفیتی مثل Ni,Co,Mg,و یاZn باشد)، مگنتیت(Fe3O4) و مگهمیت (Fe2O3) می باشد [4] و نمونه هسته های جدید شامل آهن، کبالت و نیکل است [5].

5-1-1- آهن اکسید
در مصارف پزشکی عموما به دو شکل مگنت های سوپرپارامغناطیس مگنتیت (Fe3O4) و مگهمیت (Fe2O3ɣ) به کار می روند [4].
اندازه ذرات غالبا در محدوده 30-3 نانومتر و توزیع اندازه حدود %20-10 و قابلیت پراکندگی در آب را دارند . برای استفاده از این ذرات در کاربردهای زیست پزشکی قابلیت انحلال در آب ضروری می باشد.
با جایگزینی آهن موجود در ساختارهای مگنتیت ومگهمیت با کبالت و نیکل خواص مغناطیسی تغییر می کند.

5-1-2- ذرات بر پایه کبالت
این ذرات با میدان برهم کنش های قوی تری دارند. مشکل این نانوذرات، سمیت ناشی از نشت کبالت می باشد که با کپسوله کردن غیرآلی کبالت مثلا با سیلیکا تا حدی بهبود داده می شود [4].

5-1-3- ذرات مغناطیسی بر پایه آهن
مشکل عمده استفاده از این ذرات در کاربردهای پزشکی مشکل حساسیت بالای آنها به اکسیداسیون می باشد که برای حل مشکل از پوشش یا آلیاژهایی مثل پلاتین ،کبالت و کربن استفاده می کنند [4].

5-2- شکل ذرات
ذرات مغناطیسی در مصارف پزشکی به دو شکل اصلی موجود هستند :

5-2-1- ساختار پوسته- هسته (core-shell):
به صورت هسته فلزی که با مواد زیست سازگار پوشیده شده اند که به خاطر آماده سازی راحتتر و کنترل بهتر بیشتر مورد توجه هستند (شکل 5).

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل5 -  نمونه core-shell از هسته فلزی که با سیلیکا یا پلیمرهایی مثل PVA ویا دکستران پوشیده شده اند.

یک نوع از MNP که دارای ساختار core-shell می باشند در آن هسته آهن اکسید مغناطیسی به شکل مگنتیت (Fe3O4) ویا مگهمیت (γFe2O3) است و ساختار پوسته از موادی مثل سیلیکا، دکستران، PVA، یا فلزاتی مثل طلا که امکان اتصال گروه های عملکردی بوسیله رابط (cross-linker) را فراهم می کند. این چنین ذراتی با استفاده از سورفاکتانت های یونی و غیر یونی و یا از طریق کپسوله کردن در داخل ساختارهایی مثل قفس های کربنی یا پروتئین های فریتین سنتز می شود و در نهایت بوسیله اتصال گروه های کربوکسیل، آمین، بیوتین، استرپتوویدین، آنتی بادی و ...عامل دار می شود [5].

5-2-2- ذرات جایگذاری شده در پلیمر متخلخل:
به شکل پلیمرهای متخلخل زیست سازگار است که نانوذرات مغناطیسی در آنها جایگذاری شده اند. مزایای این روش در تولید ذرات با توزیع اندازه نسبتا باریک و مورفولوژی کروی و مشخص می باشد [4] و ذرات core-shell می توانند عامل دار شوند، امکان اتصال دارو و یا ژن را فراهم کند و یا در ماتریکس تجزیه پذیر جایگزین شوند [3].

شکل 6 انواع ساختارهای MNP را نشان می دهد.

filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257
شکل6- ساختارهای  A, B  :MNP) که در پوشش پلیمری کاملا کپسوله شده است C) کپسوله شده لیپوزومی D) -  ساختار MNP با ساختار پوسته – هسته

بحث و نتیجه گیری
در این بحث، علاوه بر معرفی نانوذرات مغناطیسی (MNP= Magnetic nanoparticles) از آنها به عنوان حامل های دارورسانی یاد شد. بخش عظیمی از نانومواد در گستره نانوذرات مغناطیسی قرار می گیرند و لذا نمی توان نقش آنها را در معالجات نادیده انگاشت. از زمان یونان باستان که زمان کشف اینگونه ذرات است تاکنون در کاربری تشخیصی و درمانی بیماری هایی از جمله سرطان، بیماری های قلبی و عصبی به کار رفته اند و همچنین برای تحویل هدفمند در دارورسانی مورد استفاده قرار گرفته اند. این ذرات واجد خواص منحصربه فردی هستند که مجموعه آنها با پوشش های سطحی، به نانو ذرات مغناطیسی خواص زیست پزشکی مطلوبی می بخشد. با توجه به این مطلب کاربرد های نانوذرات مغناطیسی در پزشکی از جمله اولویت های مطرح شده در این مقاله بود. بر انواع ذرات مغناطیسی، تاثیرات میدان بر آنها و ویژگی ها، مشخصات و مزایای مصرف این نانوذرات در پزشکی نیز تمرکز شد.

منابـــع و مراجــــع

1. Kim, J. E., Shin, J. Y. & Cho, M. H. Magnetic nanoparticles: an update of application for drug delivery and possible toxic effects.Archives of Toxicology 86, 685-700, (2012)

2. Sun, C., Lee, J. S. H. & Zhang, M. Magnetic nanoparticles in MR imaging and drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews 60, (2008).

3. Veiseh, O., Gunn, J. W. & Zhang, M. Design and fabrication of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imaging. Advanced Drug Delivery Reviews 62, (2010).

4. Torcilin, V. P. Nanoparticulates as drug carriers. (Imperial CollegePress, 2006

5. Varadan, V. K., Chen, L. & Xie, J. Nanomedicine : design and applications of magnetic nanomaterials, nanosensors and nanosystems. (Wiley, 2008)

سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

نظرات و سوالات

نظرات

8 -4

حسین صادقی

با سلام و عرض خسته نباشید
می خواستم درباره ویژگی های نسل های مختلف دندریمر بهم اطلاعات بدین.
تشکر