مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

وسایل تشخیصی درجا

در سال های اخیر، وسایل تشخیصی درجا (in situ diagnostic devices) نیز توسعه یافته اند مانند دوربین های آندوسکوپی کپسولی وایرلس. این وسایل بوسیله ی بیمار بلعیده می شود و امکان ارزیابی نزدیک و تعیین مکان خون ریزی و سایر مشکلات روده ای را مقدور می سازند. هم اکنون، بسیاری از این وسایل، مانند CamPill تولیده شده است و بوسیله ی شرکت Given Imaging Ltd به فروش می رسد. این وسایل تنها توانایی تصویربرداری از مشکل را دارا می باشند. در آینده، این وسایل می توانند با سنسورها نیز ترکیب شده و برای تشخیص عوامل شیمیایی خاص، pH، باکتری ها، ویروس ها و ...، مورد استفاده قرار گیرند. نانوتکنولوژی و میکروتکنولوژی، امروزه، اجازه ی ایجاد سنسور بسیار کوچک را ایجاد می کند و همچنین امکان اتصال آنها به کپسول های با قابلیت خورده شدن را نیز مقدور می سازد. این مسئله موجب گسترش کاربردهای این محصولات می شود. در آینده، این بخش ها می توانند برای انتقال دارو و تحویل دارو، استفاده شوند.

درمان

بیماری های مشابه مانند سرطان، می توانند به خودی خود در اشکال مختلفی بروز کنند. برای مثال، حداقل 14 نوع سرطان سینه وجود دارد. بنابراین، در جهان ایده آل، یک درمان باید خاص باشد و بتواند تنها سلول های بد را حذف کند.
یک درمان به صورت نرمال حاوی یک روش دارویی (دارو) برای درمان بیماری از داخل بدن است. همچنین زمانی که درمان های دارویی، جواب نمی دهد و یا مؤثر نیست، سایر روش ها برای مبارزه با بیماری از خارج بدن اعمال می شود (مانند پرتودرمانی). در برخی موارد، جراحی نیز مورد نیاز است. همچنین برخی اوقات بخشی از یک ارگان بدن با یک امپلنت جایگزین می شود. در تمام این روش ها، که اغلب به صورت ترکیبی استفاده می شوند، هدف همواره یکسان است، در واقع هدف حذف گزینشی منبع بیماری در یک شیوه ی مناسب، می باشد. نانوتکنولوژی یک اثر قابل توجه در این زمینه ایجاد کرده است. این کار با توسعه ی داروها و روش های درمانی جدید انجام می شود. برخی از این روش های جدید هم اکنون مؤثر هستند و وارد بازار نیز شده اند.

توسعه ی دارو و دارو رسانی هدفمند

مزیت های مربوط به نانو در داروها، از دو جنبه نشئت می گیرد: یکی توسعه ی داروهای با فعالیت بیولوژیکی جدید (کشف دارو) و توسعه ی سیستم های دارو رسانی جدید که قابلیت رساندن دارو به مکان های خاص بیماری را دارا می باشند. سیستم های رسانش دارویی (DDS) یک جنبه ی جدید نیستند. در حقیقت تحقیقات در این زمینه، از میانه ی دهه ی 1960 شروع شده است و انواع مختلفی از مواد که با این تکنولوژی تولید شده اند، امروزه در بازار موجود می باشند (یعنی داروهایی که اجزای فعال آنها در داخل مواد دیگری کپسوله می شوند و به صورت تدریجی در داخل بدن رها می شوند). سیستم های دارورسانی مشابه قرص ها می باشند که در واقع با بلعیده شدن، اجزای مؤثره ی خود را در داخل بدن، رها می کنند. سیستم های دارو رسانی نیز موجود می باشند که در داخل امپلنت ها و سایر سیستم های موجود در بدن، تعبیه می شوند.

طراحی دارو و غربال گری

ساختار ماکرومولکول های بیولوژیکی یک محیط سه بعدی نانومتری را تعریف می کند که بر روی عملکردهای خاص موجود در سلول اثرگذار می باشند. طراحی داروهای جدید نیازمند یادگیری جزئی محیط های نانومتری است. بنابراین، آگاهی یافتن از ساختارهای ماکرومولکولی در سطح نانومتری، بواسطه ی میکروسکوپ الکترونی، طیف سنجی رزونانسی مغناطیس هسته ای (NMR) و کریستالوگرافی اشعه ی X انجام می شود و این فرایندها، جزء فرایندهای بیولوژیکی مهم در زمینه ی یادگیری این ساختارها می باشند.
یکی از تنگناها در زمینه ی کشف داروها، ضرورت غربال گری هزاران داروی موجود برای بررسی اثربخشی آنها در بیماری ها، می باشد. نانوتکنولوژی و میکروتکنولوژی امکان توسعه ی میکروآرایه ها و روش های تشخیصی جدید، را مقدور می سازد. بوسیله ی این روش ها، بررسی اثرات داروها، سریع تر و آسان تر می شود.

دارورسانی هدفمند

داروهای توسعه یافته از طریق روش های مصنوعی و متداول، بواسطه ی مشکلاتی مانند اثربخشی پایین، حلالیت پایین در آب و فقدان انتخاب پذیری، محدود می باشند. علاوه بر این، موانع فیزیولوژیکی اغلب از رسیدن و عمل مؤثر دارو در محل مورد نظر، جلوگیری می کند. این پدیده را مقاومت دارویی می نامند. حلالیت پایین و فعالیت بیولوژیکی محدود داروهای متداول، به خاطر اتربخشی محدود آنهاست. در واقع بدن اغلب داروها را پیش از اینکه عملکرد آنها کامل شود، از بدن خارج می کند. اثربخشی داروها همچنین به میزان دوز مصرفی نیز وابسته است. در واقع در اکثر موارد، اثرات جانبی مربوط به دوز، اغلب دوز مورد قبول آنها را محدود می کند. فقدان گزینش پذیری یک مسئله ی تعیین کننده است برای مثال، در درمان سرطان، از آنجایی که داروهای ضد سرطان معمولاً در حجم های وسیع توزیع می شوند، سمیت آنها هم برای سلول های سالم و هم برای سلول های سرطانی، مشاهده می شود.
یک نیاز موجود در بهبود در ترکیب دارو، رسانش، رهایش و عملکرد و بنابراین، توسعه ی داروهای جدید که دارای عملکردهای خاص در بیماری ها باشند، موجب می شود تا میزان عملکرد درمانی داروها را افزایش دهند و میزان اثرات جانبی آنها را به حداقل، برساند. برای داروهایی که قابلیت انجام این کار را دارند، سیستم های دارورسانی باید کوچک سازی شوند و بدین صورت قابلیت های پاسخ دهی خاص در این داروها، ایجاد گردد. با استفاده از نانوتکنولوژی، داروهای هدفمند به واقعیت می رسند. در آینده، این مسئله می تواند منجر به ابداع روش های درمانی هدفمند و داروهای خاص شود. هدف در حقیقت، طراحی و تحویل دارو به نحوی است که داروقابلیت تشخیص سلول ها بد از سلول های خوب را داشته باشد. در حقیقت این داروها باید توانایی نفوذ در غشای سلولی و اثرگذاشتن بر روی عملکرد داخلی سلول ها را داشته باشند. این مسئله اغلب برای اثربخشی دارو مهم می باشد زیرا بیشتر ویروس ها در داخل غشای سلولی تکثیر می شوند و همچنین بسیاری از بیماری ها در داخل این غشاء عمل می کنند. این مدل از درمان در هر جایی دست به کار می شود که درمان مورد نیاز باشد. یک مثال از این روش، دارورسانی SiRNA می باشد.
داروهای هدفمند و DDS هدفمند، اجازه ی ایجاد فرمولاسیون های دارویی با میزان بارگذاری های بهینه، را فراهم می آورد. این سیستم ها، تنها در مقادیر مورد نیاز به بدن دارو ارسال می کنند و بدین صورت اثرات جانبی دارو، به حداقل می رسد. کاهش ابعاد در واقع علاوه بر ایجاد خاصیت زیست تخریب پذیری، به ما کمک می کند تا سمیت دارو، کاهش یابد. ایمنی دارویی می تواند همچنین به طور قابل توجهی افزایش یابد. همچنین برچسب دارو می تواند با گذشتن تاریخ انقضای دارو، تغییر رنگ دهد و یا دیگر عملکرد خود را از دست دهد. این مسئله در واقع موجب بهبود عمر مفید و ارزیابی بهتر ایمنی دارویی می شود.

دارورسانی SiRNA

تداخل RNA یک مکانیزم طبیعی اساسی در تنظیم ژن ها می باشد که هم در گیاهان و هم در حیوانات بوقوع می پیوندد. ژن های مواد ژنتیکی را به صورت منفرد حمل می کنند و DNA نیز که در هسته ی یک سلول قرار دارد، حاوی این بخش ها می باشد. وقتی ژن ها فعال می شوند و یا به قولی، بروز پیدا می کنند، اطلاعات ژنتیکی از DNA به مولکول های پیام رسان کپی می شوند. به این پیام رسان ها، RNA (mRNA) می گویند. این پیام رسان ها، سپس تشکیل پروتئین های داخل هسته ی سلول را تنظیم می کنند. در سال 1998، Andrew Fire و Craig Mello کشف کردند که RNA دو رشته ای (dsRNA) می توانند با mRNA تداخل ایجاد کنند و موجب متوقف شدن mRNA برای یک ژن خاص شوند. این کار موجب متوقف شدن تولید یک پروتئین خاص می شود. بنابراین، این ژن خفه شده و تولید پروتئین نیز متوقف می شود. این محققین فهمیدند که این مکانیزم تداخلی RNA خاص می باشد و می تواند با برخی از مولکول های dsRNAانجام شود. همچنین اثر dsRNA می تواند از سلولی به سلول دیگر و از بافتی به بافت دیگر، انتقال یابد. این خاصیت حتی می تواند به فرزندان متولد شده از این گونه نیز انتقال یابد. این کشف موجب شد تا این افراد جایزه ی نوبل در زمینه ی پزشکی را در سال 2006 برنده شوند. امروزه، محققین می دانند که تداخل RNA نقش مهمی در خاموش شدن ژن ها در طی یک توسعه ی بافت و همچنین کنترل عملکرد های سلولی دارند. اما کشف تداخل RNA نه تنها محققین را برای یادگیری بهتر تعدیل ژنی کمک می کند، بلکه همچنین امکان مهندسی ژنتیک در تحقیقات بیولوژیکی و پزشکی را نیز مقدور می سازند. محققین در آزمایشگاه می توانند مولکول های RNA را تغییر دهند و RNA ها را خاموش کنند. با این کار، قابلیت mRNAs (یعنی RNA خاص یک سلول) فعال یا غیر فعال می شود. وقتی مولکول های RNA خاموش شده (siRNA) وارد سلول ها می شوند، تداخل RNA فعال می شود و مولکول های mRNA درونی که به siRNA بچسبند، تخریب می شوند. محققین امروزه امیدوارند تا از تداخل RNA برای درمان بیماری هایی مانند عفونت های ویروسی، بیماری های قلبی و عروقی، سرطان و ناهنجاری های متابولیکی، استفاده کنند. تاکنون، بسیاری از آزمایش ها در مورد تداخل RNA منجر به نتایج مطمئن شده است اما به منظور ماکزیمم شدن اثربخشی درمانی این روش، باید برخی از تفاوت های اساسی حل شود. این موارد عبارتند از حلالیت پایین siRNA در مایع های بیولوژیکی و پایین بودن عملکرد این محصولات به دلیل اثرات ژنی که بوسیله ی مشابهت رفتاری siRNA سنتزی با microRNA تولید شده بوسیله ی سلول ها، ایجاد می شوند. بنابراین، نیاز است تا روش هایی توسعه یابند که بوسیله ی آنها بر موانع داخل سلولی و خارج سلولی فایق آییم و بتوانیم مولکول های siRNA را به انواع درست سلول ها (سلول های هدف) برسانیم، در حالی پایداری siRNA حفظ شود.
محققین iNANO در دانشگاه Aarhus و سایر انستیتوها در سطح جهان، در حال توسعه ی نانوحامل هایی برای رسانش هدفمند siRNA می باشند. برای مثال، آنها یک سیستم رسانش هدفمند را بر پایه ی نانوذرات و کیتوسان مورد مطالعه قرار دارند که موجب تداخل RNA در حالت آزمایشگاهی و داخل بدن، می شود. کیتوسان یک نوع پلی ساکارید کاتیونی طبیعی است که به طور گسترده ای در سیستم های رسانش دارویی، استفاده می شود. این ماده حاوی گروه های آمینی با بار مثبت می باشند که می توانند با زنجیره ی اصلی با بار منفی siRNA واکنش دهند و پلی پلکس تولید کنند. این پلی پلکس ها موجب تولید نانوذراتی با ابعاد 200 نانومتر می شود. گروه های آمینی پروتن دار اجازه دارند تا از غشای سلولی عبور کرده و در سلول ها، اندوسیتوز کنند. این نشان داده شده است که یک سیستم رسانش حاوی نانوذره / siRNA و کیتوسان، موجب خاموش شدن آزمایشگاهی و داخل بدنی ژن ها می شوند (شکل 1). علاوه بر این، این سیستم رسانش دارای زیست سازگارپذیری، غیر سمی بودن و زیست تخریب پذیری مناسب نیز می باشد. یکی دیگر از الزامات مربوط به رسانس هدفمند siRNA قابلیت حامل برای رسیدن به اجزای سلولی خاص و رهایش کارگو (cargo) (siRNA) به داخل سلول می باشد. موادی بر پایه ی پلی کاتیون ها مانند پلی – ال- لیسین به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند اما دارای محدودیت هایی همچون سمیت سلولی بالا، عدم قابلیت ورود به بخش های داخل سلولی و فقدان هدفمندی داخل سلولی می باشد. در عوض، کوپلی پپتیدهای حاوی پل های دی سولفیدی با قابلیت کاهش، که در حقیقت به شرایط اسیدی داخل سلولی واکنش می دهند، مزیت هایی را در تحویل نوکلئیک اسیدها به داخل سلول ها، دارند. این سیستم ها از گرادیان پتانسیل ردوکسی موجود میان محیط های داخل سلولی و خارج سلولی استفاده می کنند. به همین دلیل، تحقیقات در زمینه ی توسعه ی نانوحامل ها حاوی گروه های هیستیدینی در حال انجام می باشد.