تازه های بیوتکنولوژی
جدیدترین دستاوردهای بیوتکنولوژی، نانوبیوتکنولوژی و بیوانفورماتیکتازه های بیوتکنولوژی
جدیدترین دستاوردهای بیوتکنولوژی، نانوبیوتکنولوژی و بیوانفورماتیکسدهای 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
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].
شکل 1– تغییر فاصلهی بین سلولهای پوششی در بافت تومور در مقایسه با بافت سالم [2]
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
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].
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.
شکل 2– انواع راههای ورود ذرات به سلول [1]
(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.
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).
شکل 3– انتقال ذرات مختلف با کمک CPP امکانپذیر است [3].
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).
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].
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].
شکل 4– مقایسه A: هدفمندسازی غیر فعال و B: هدفمندسازی فعال [5]
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].
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].
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.
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.
منابـــــع :
- 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).
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد