برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۰ تا ۱۳۹۷/۰۵/۲۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۲,۴۴۳
  • بازدید این ماه ۷۴
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

دارورسانی با استفاده از فناوری نانو 2 (نانوساختارهای پیشرفته)

در بخش قبل با برخی نانوساختارهایی که به عنوان حامل دارویی در دارورسانی هدفمند استفاده می‌شوند، آشنا شدیم، در این بخش با نانوساختارهای پیشرفته‌تر آشنا خواهیم شد. سامانه‌های دارویی پیشرفته‌تر در انتقال و رهایش داروهای اثرگذار در درمان بیماری‌های سرطانی مؤثرتر هستند. به عنوان مثال لیپوزوم‌ دارای دو فضای قطبی و غیرقطبی مناسب برای انتقال داروهای آب‌دوست یا آب‌گریز است. نانوپوسته به عنوان یک ماده دو جزئی با خاصیت متفاوت در زمینه انتقال دهنده و از بین برنده سلول‌های بیماری بسیار مؤثر هستند. کریستال‌های مایع خواص جالبی در کنترل و رهایش داروها دارند. ماکرومولکول‌هایی چون دندریمر با داشتن حفرات زیاد و تنوع گروه‌های عاملی در این حوزه قابلیت فراوانی دارند.
مقدمه
در بخش قبل با برخی نانوساختارهایی که به عنوان حامل دارویی در دارورسانی هدفمند استفاده می‌شوند، آشنا شدیم، در این بخش با نانوساختارهای پیشرفته‌تر آشنا خواهیم شد. سامانه‌های دارویی پیشرفته‌تر در انتقال و رهایش داروهای اثرگذار در درمان بیماری‌های سرطانی مؤثرتر هستند. به عنوان مثال لیپوزوم‌ دارای دو فضای قطبی و غیرقطبی مناسب برای انتقال داروهای آب‌دوست یا آب‌گریز است. نانوپوسته به عنوان یک ماده دو جزئی با خاصیت متفاوت در زمینه انتقال دهنده و از بین برنده سلول‌های بیماری بسیار مؤثر هستند. کریستال‌های مایع خواص جالبی در کنترل و رهایش داروها دارند. ماکرومولکول‌هایی چون دندریمر با داشتن حفرات زیاد و تنوع گروه‌های عاملی در این حوزه قابلیت فراوانی دارند.

1- لیپوزوم‌ها
یکی از معروف‌ترین حامل‌های مورد استفاده در رهایش دارو، لیپوزوم‌ها هستند. رها شدن لیپوزومی عمدتاً در درمان تومور و سرطان کاربرد گسترده‌ای دارد. لیپوزوم‌ها از تجمع خود‌به‌خودی مولکول‌های آمفی‌فیلی (دوگانه دوست) تشکیل شده‌اند. ساختار کلی لیپوزوم‌ها شامل دو‌لایه‌ فسفولیپیدی با ضخامت 3-6 نانومتر می‌باشد که یک فضای میانی را احاطه کرده است (شکل 1).
با به دام انداختن داروها درون ساختار کیسه مانند لیپوزوم‌ها می‌توان از آنها برای حمل دارو به نقاط مختلف بدن استفاده کرد.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: لیپوزوم حاوی دو فضای آب‌دوست و آب‌گریز است که قابلیت دارورسانی چشمگیری به آن داده است

2- نانوپوسته
نانوپوسته که به هسته-پوسته نیز معروف است، شامل یک هسته کروی است که با پوسته خاصی با ضخامت نانومتری پوشش داده می‌شود. پوسته‌ها بسته به ضخامت خود خواص نوری متفاوتی دارند و می‌توانند طول موج‌های متفاوتی را جذب کنند. یکی از کابردهای فناوری نانو در نانوپزشکی، تولید نانوذرات هسته-پوسته با ضخامت معینی است که با جذب امواج خاصی، در درمان بیماری‌ها و از بین بردن عوامل بیماری‌زا در بدن تأثیرگذار باشد.
نانو‌ذرات سیلیکا به آسانی با روش‌های زیستی و شیمیایی به واسطه زیست ‌مولکول‌ها و عوامل شناسایی در ژن درمانی اصلاح می‌شوند و با مولکول‌های زیستی پیوندهای شیمیایی و فیزیکی برقرار می‌کنند. به همین دلیل یکی از ترکیبات متداول در زمینه رسانش دارو، استفاده از سیلیکا به عنوان هسته و ترکیب چسبنده دیگری برای اتصال نانوذرات به سطح بیرونی و ایجاد پوسته است. چنین پوسته‌هایی برای نابودسازی سلول‌های سرطانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. زمانیکه نانوذرات هسته-پوسته به تومور تزریق می‌شوند، پرتو مادون قرمز به آن اعمال شده و در اثر جذب این امواج، گرم می‌شوند. در اثر این گرما، سلول‌های سرطانی که مقاومت حرارتی آنها کم‌تر از سلول‌های سالم بدن است، از بین می‌روند (شکل 2). در شیوه‌ی دیگر، نانوذرات هسته-پوسته به پلیمر هیدروژل هدفمند حاوی داروی ضد سرطان متصل می‌شوند. این ترکیب با تزریق شدن به بدن در نزدیکی سلول‌های تومور جمع می‌شود. در این هنگام نانوذرات پوسته‌ در معرض لیزر مادون قرمز قرار می‌گیرند. این پوسته‌ها با جذب فرکانس خاصی از این امواج دمای پلیمر را افزایش داده و منجر به ذوب آن می‌شوند. در حین ذوب شدن پلیمر، دارو به تدریج در مکان خاصی آزاد می‌شود.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 2: نابودسازی سلول‌های سرطانی توسط نانوذرات هسته-پوسته. در مرحله اول نانو ذره هسته-پوسته به سلول‌های سرطانی به عنوان هدف متصل شد. در مرحله بعد با تابش نور مادون قرمز و جذب نور توسط نانو ذرات هسته-پوسته گرمای شدیدی ایجاد می شود که باعث مرگ سلول‌های سرطانی می‌شود. در این شیوه درمانی سلول‌های سالم هیچ آسیبی نمی‌بینند.

3- کریستال‌های مایع
کریستال های مایع مانند مایعات هستند، ولی برخلاف آنها ساختار منظم خود را حفظ می‌کنند. از لحاظ نظم مولکولی حالتی بین جامد و مایع دارند. این مواد دارای نظم و هندسه مولکولی متفاوت و قابل تبدیل به هم هستند. مواد دارویی می‌توانند در بین مولکول‌های آن محبوس شوند و با تغییر فاز تحت تأثیر محرک‌ها آزاد شوند.
نوع خاصی از کریستال‌های مایع عبارتند از مواد لیوتروفیک که برای رسانش دارو در زمینه نانوپزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد لیوتروفیک دارای دو شکل فعال کریستالی مکعبی و کریستال شش وجهی هستند. مواد شیمیایی فعال چون داروها و پپتیدها که درون مواد لیوتروفیک بارگذاری می‌شوند، از اکسیداسیون و هیدرولیز محافظت می‌شوند.
جای‌گیری احتمالی دارو در ساختار کریستالی لیپیدی در شکل 3 قابل مشاهده است.

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 3: الف) فاز مکعبی، ب) فاز شش وجهی

به دلیل غیرسمی و تجزیه‌پذیر بودن لیپید‌ها، انواع مختلفی از آنها به عنوان حامل برای آماده‌سازی کریستال‌های مایع لیوتروفیک مورد بررسی قرار‌ گرفته است.
ذرات چربی با سر‌ قطبی و آب‌دوست و دم آب‌گریز هنگامی که در محیط آبی قرار می‌گیرند، تحت تأثیر دما و عوامل دیگر به طور خود‌به‌خودی به اشکال کریستالی مکعبی و شش وجهی درمی‌آیند.
کاربرد کریستال‌های مایع در دارورسانی به علت قابلیت این ذرات برای نفوذ در پوست یا سایر بافت‌ها و رهایش زمان‌بندی‌شده دارو است. برخی از کریستال‌های مایع ترکیبی از مایعات آلی کریستالی هستند که از زیست مولکول‌هایی مثل پروتئین یا لیپید تقلید شده‌ است. استفاده از این مواد روش بسیار ایمنی برای رسانش دارو و هدفمند کردن آن به بخش خاصی از بدن (بافت‌های ملتهب شده و یا سلول‌های تومور) به شمار می‌رود.

4- دندریمر
دندریمرها دسته جدیدی از ماکرومولکول‌های پلیمری با انشعاب‌هایی هستند که همگی از یک هسته مرکزی با تقارن ساختاری منشاء گرفته‌اند که با این ساختار سه بعدی ویژه خواص فیزیکی و شیمیایی به خصوصی دارند. از نظر شکل، اندازه، سطح و انعطاف‌پذیری متغیرند و در محدوده وسیعی از کاربرد‌های بیوپزشکی و صنعتی استفاده می‌شوند.
ویژگی‌های بی‌نظیر دندریمرها شامل اندازه یکسان، بالاترین درجه ایجاد شاخه، حلالیت در آب و وجود حفره‌های درونی، آنها را برای کاربردهای دارورسانی و بیولوژیکی جذاب کرده است.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4: مشخصات کلی دندریمر شامل هسته و گروه‌های سطحی انتهایی

در میان نانوساختار‌هایی که در سیستم‌های دارورسانی به کار می‌آیند، دندریمر کارایی قابل توجهی در مقایسه با بقیه دارد. این نانوذرات شاخه‌دار با عامل‌دار‌ کردن به سلول‌های خاصی متصل می‌شوند. مولکول‌های دارویی و عوامل تمایز در تصویربرداری‌ها، در سطح یا درون حفرات موجود در بین شاخه‌ها کپسوله می‌شوند.
انحلال‌پذیری دندریمرها به شدت تحت تأثیر طبیعت گروه‌های سطحی قرار دارد، برای مثال وجود گروه‌های آب‌دوست باعث می‌شود که دندریمرها در حلال‌های قطبی محلول باشند و گروه‌های انتهایی آب‌گریز موجب انحلال‌پذیری بیشتر دندریمرها در حلال‌های غیرقطبی می‌شود.
خود را بیازمایید:
1- بنظر شما انحلال‌پذیری دندریمر‌ها چه ارتباطی با تأثیرگذاری درمانی هر دارو دارد؟
‌اهمیت دندریمرها در اینجا مشخص می‌شود که تأثیرگذاری درمانی هر دارویی به انحلال پذیری خوب آن در محیط آبی بدن وابسته است. تعداد زیادی از مواد با خاصیت درمانی قوی موجوداند، اما به دلیل نامحلول بودن، برای اهداف درمانی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. دندریمرهای محلول در آب قابلیت اتصال به مولکول‌های آب‌گریز با خواص ضدقارچی یا ضدباکتریایی را دارند. احتمال آزادسازی داروی متصل شده بر اثر تماس با موجودات زنده مورد هدف وجود دارد و بنابراین این کمپلکس‌ها به عنوان سیستم‌های تحویل دهنده دارو لحاظ می‌شوند.

2- چگونه می‌توان دندریمرها را از دسترس دستگاه ایمنی بدن مخفی نگه داشت؟
با عامل‌دار کردن آنها توسط پلیمرهایی مثل پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG) که از پلیمرهای زیستی هستند و سیستم ایمنی بدن قابلیت تشخیص آنها را ندارد.

3- اگر بتوانیم دندریمری را با گروه پلیمری پلی‌اتیلن‌گلیکول عامل‌دار کنیم که ابعاد دندریمر را به نسبت افزایش دهد، دارورسانی نسبت به قبل چه تغییری می‌کند؟
پیدایش دندریمرهای عامل‌دارشده با پلی‌اتیلن‌گلیکول که دندریمرهایی با ابعاد بزرگ‌تر محسوب می‌شوند، باعث انحلال پذیری در آب و افزایش بارگیری دارو می‌شوند.


5- تکتو دندریمرها
اگر دندریمری به عنوان هسته با دندریمرهای دیگر احاطه شده ‌باشد، اصطلاحاً به آن تکتودندریمر می‌گویند.

filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل 5: تکتودندریمر

دندریمرهای اطراف می‌توانند از چندین نوع متفاوت باشند. هر نوع برای انجام یک عملکرد مورد نیاز در نانودستگاه درمانی هوشمند مانند تشخیص سلول‌های بیمار، تشخیص حالت بیماری، دریافت دارو و گزارش دادن موقعیت عامل بیماری‌زا طراحی شده ‌است. عوامل هدفمند‌ کننده نیز به منظور اتصال تکتودندریمر به اجزاء زیستی خاص می‌توانند به دندریمرها متصل باشند.
ویژگی‌های قابل‌کنترل در دندریمرها مثل اندازه، شکل، طول شاخه و خصوصیات سطحی این اجازه را می‌دهد که دندریمرها را برای هر خواسته‌ای اصلاح کرد و آنها را به شکل حامل‌هایی ایده‌ال برای بسیاری از کاربرد‌ها درآورد. مکانیسم‌های بارگیری دارو در حامل‌های دندریمری مختلف است و انتقال دارو بسته به نوع دارو و دندریمر ممکن است از طریق پوست، دهان، چشم و یا ریه انجام پذیرد. دندریمرها در مراحل تشخیصی هم می‌توانند مفید باشند و می‌توانند حامل داروهای ضد سرطان و عوامل تصویر برداری نیز باشند.
دندریمرها کاربردهای زیادی از قبیل کاتالیزگرهای نانومقیاس، حسگرهای شیمیایی و ژن‌رسانی هم دارند.

6- نتیجه گیری:
بهبود شرایط درمانی و ارتقای سطح سلامت افراد اصلی‌ترین هدف فناوری نانو در پزشکی است. استفاده از نانوساختار‌ها با انتقال بهینه دارو به محل سلول‌های بیمار از تأثیرات جانبی دارو بر روی سلول‌های سالم جلوگیری می‌کند. نسبت سطح به حجم بالا در نانومواد، باعث افزایش اثرگذاری دارو به میزان قابل توجه و کاهش میزان داروی مصرف شده و افزایش حس رضایت بیمار می‌شود. تغییر سطح نانوساختارها بوسیله ترکیباتی مانند آنتی بادی‌ها، توالی‌های پپتیدی و ترکیبات دیگر باعث انتقال هوشمند و تحویل کنترل شده دارو به سلول‌های هدف می‌شود. نانولو‌های‌کربنی و فولرین‌ها قابلیت بالایی برای بارگذاری دارو و ایجاد تغییرات سطحی کوالانسی و غیر کوالانسی دارند. همچنین نانولوله‌های‌کربنی در تصویربرداری‌های پزشکی مدرن بسیار کارآمد می‌باشد. داروهای بسیاری بر پایه نانولیپوزوم‌ها به بازار عرضه شده‌اند که بیانگر زیست سازگاری و توانائی بالای این سیستم‌ها در انتقال دارو و فناوری‌های نوین پزشکی هستند. دندریمرها یا درخت‌سان‌ها توانائی انتفال دارو با درجه‌های متفاوتی از آب‌دوستی و آب‌گریزی به داخل سلول‌های هدف را دارا هستند.
کاربرد فناوری نانو در حوزه علوم زیستی و پزشکی به طور قابل توجهی در حال افزایش است. بسیاری از مشکلات پزشکی، زیست محیطی، کشاورزی و صنعتی در آینده‌ای نزدیک با استفاده از سامانه‌های طراحی شده بر پایه فناوری نانو قابل حل خواهند شد. فناوری نانو دریچه‌ای جدید در علم گشوده است که استفاده از آن در زمینه‌های مختلف موج تغییرات بزرگی را رقم خواهد زد.
در بخش‌های بعدی از این فصل با هر یک از نانودارورسان‌ها بیشتر آشنا خواهید شد.


منابـــع و مراجــــع

حسینی نسب، فرزاد. افسری ولایتی، محسن. قاسمی‌نژاد، سیده معصومه. علوم و فناوری نانو 1(مباحث عمومی) . تهران: کوچک آموز ،1392

پاپازوگلو، الیزابت. پارتاساراسی، آراویند. زیست فناوری نانو. مترجمین دکتر حمید راشدی،‌ دکتر قاسم عمو عابدینی، مهندس سمیه اسکندری. تهران : دانشگاه تهران، 1389

Guo, C., Wang, J., Cao, F., Lee, R. J., & Zhai, G. (2010). Lyotropic liquid crystal systems in drug delivery. Drug Discovery Today, 15(23), 1032-1040.

Kubik T, Bogunia-Kubik K, Sugisaka M. (2005). "Nanotechnology on duty in medical applications". Curr Pharm Biotechnol. 6 (1): 17–33.