موضوع مقاله: دارورسانی نانوذرات | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دارورسانی نانوذرات | مقدمه: سامانه‌های دارورسانی نوین باید با کمینه‌سازی اثرات جانبی، دوز مصرفی و دفعات تجویز را نیز کاهش دهند. | ## بخش 1: دارورسانی نانوذرات | در سال‌های اخیر، نانوذرات به دلیل کاربرد بالقوه‌شان در دارورسانی کارآمد، توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند. نانومواد در مقایسه با همتایان درشت‌مقیاس خود، ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی یا اثرات زیستی متفاوتی از خود نشان می‌دهند که می‌توانند برای سامانه‌های دارورسانی سودمند باشند. از مهم‌ترین مزایای نانوذرات می‌توان به نسبت سطح به حجم بالا، قابلیت تنظیم شیمیایی و هندسی، و توانایی برهم‌کنش با زیست‌مولکول‌ها برای تسهیل جذب از طریق غشای سلولی اشاره کرد. سطح بزرگ نانوذرات همچنین میل ترکیبی بالایی برای داروها و مولکول‌های کوچک مانند لیگاندها یا پادتن‌ها فراهم می‌آورد که برای هدف‌گیری و رهایش کنترل‌شده به کار می‌رود. هر ماده ویژگی‌های منحصربه‌فرد و قابل تنظیمی دارد و از این رو می‌توان آن را برای کاربردهای خاص طراحی کرد. با وجود مزایای فراوان نانوذرات، چالش‌هایی نیز وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به نانوسم‌شناسی، توزیع زیستی و تجمع، و پاک‌سازی نانوذرات از بدن انسان اشاره کرد. ویژگی‌ها دارورسانی با نانوذرات بر بیشینه‌سازی اثربخشی دارو و کمینه‌سازی سمیت سلولی تمرکز دارد. نسبت سطح به حجم نانوذرات را می‌توان تغییر داد تا اتصال لیگاند بیشتری به سطح فراهم شود. افزایش راندمان اتصال لیگاند می‌تواند دوز مصرفی را کاهش دهد و سمیت نانوذرات را به حداقل برساند. کمینه‌سازی دوز یا دفعات تجویز، جرم نانوذره را به ازای جرم دارو نیز کاهش می‌دهد و از این رو به بازدهی بیشتر می‌انجامد.Hainfeld, J.F. عامل‌دار کردن سطح نانوذرات جنبه مهم دیگری در طراحی است و اغلب از طریق یا جذب منفعل مولکول‌ها بر سطح نانوذره انجام می‌شود. با عامل‌دار کردن سطوح نانوذرات با لیگاندهایی که اتصال دارو را تقویت می‌کنند، پاسخ ایمنی را سرکوب می‌کنند یا قابلیت هدف‌گیری/رهایش کنترل‌شده را فراهم می‌آورند، هم اثربخشی بیشتر و هم سمیت کمتر حاصل می‌شود. نانوذرات فلزی، مانند نانوذرات طلا، ویژگی‌های نوری‌ای دارند که روش‌های تصویربرداری کم‌تهاجمی‌تری را ممکن می‌سازند.Jeong, E.H. افزون بر این، پاسخ فوتوحرارتی نانوذرات به تحریک نوری را می‌توان مستقیماً برای درمان تومور به کار برد. عبور از سد خونی مغزی در بیماری‌ها و اختلالات مغزی؛ تقویت رساندن درون‌سلولی هدفمند برای اطمینان از رسیدن درمان‌ها به سازه‌های درست درون سلول‌ها؛ ترکیب تشخیص و درمان. توسعه سامانه‌های داروی جدید زمان‌بر است؛ تکمیل پژوهش و توسعه بنیادی پیش از پیشرفت به مطالعات پیش‌بالینی روی حیوانات، حدود هفت سال به طول می‌انجامد.Etheridge, M.L. سکوها سامانه‌های کنونی دارورسانی با نانوذرات بر اساس ترکیب سکو به چند گروه تقسیم می‌شوند: نانوذرات پلیمری، نانوذرات معدنی، نانوذرات ویروسی، نانوذرات مبتنی بر لیپید، و فناوری نانوذره-آلبومین (nab). نانوذرات پلیمری نانوذرات پلیمری، پلیمرهای مصنوعی با اندازه‌ای در بازه ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر هستند. بسته به شیمی پلیمریزاسیون، دارو می‌تواند از طریق پیوند کووالانسی، محاصره در هسته آب‌گریز، یا اتصال الکتروستاتیک وارد شود.Pinto Reis, C. زیست‌تجزیه‌پذیری پلیمر جنبه مهمی است که هنگام انتخاب شیمی مناسب نانوذره باید در نظر گرفته شود. نانوحامل‌های ساخته‌شده از پلیمرهای زیست‌تجزیه‌پذیر در بدن دچار هیدرولیز می‌شوند و مولکول‌های کوچک زیست‌سازگار مانند اسید لاکتیک و گلیکولیک اسید تولید می‌کنند.Kumari, A. نانوذرات پلیمری را می‌توان از طریق خودآرایی یا روش‌های دیگری مانند تکثیر ذرات در قالب‌های غیرترشونده (PRINT) ایجاد کرد که سفارشی‌سازی ترکیب، اندازه و شکل نانوذره با استفاده از قالب‌های ریز را ممکن می‌سازد. | ## بخش 2: دارورسانی نانوذرات | درخت‌پارها درخت‌پارها پلیمرهای مصنوعی منشعب ابرمنشعب منحصربه‌فردی هستند با اندازه تک‌پراکنده، ساختار کاملاً تعریف‌شده و سطح انتهایی با کارکردهای فراوان. معمولاً از اسیدهای آمینه مصنوعی یا طبیعی، اسیدهای نوکلئیک و کربوهیدرات‌ها ساخته می‌شوند. داروها را می‌توان به نسبت آسان درون درخت‌پارها یا بر سطح انتهایی شاخه‌ها از طریق برهم‌کنش الکتروستاتیک، برهم‌کنش‌های آب‌گریز، پیوند هیدروژنی، پیوندهای شیمیایی یا اتصال کووالانسی بارگذاری کرد.Gillies, E.R. در حال حاضر، کاربرد درخت‌پارها در سامانه‌های زیستی به دلیل سمیت درخت‌پارJain, K. درخت‌پارها همچنین در یک بازه اندازه باریک (کمتر از ۱۵ نانومتر) محدود می‌شوند و روش‌های سنتز کنونی با بازده پایین روبه‌رو هستند. گروه‌های سطحی در سطح نسل بالا به حد بسته‌بندی متراکم دِژن می‌رسند که درون را از محلول حجیم جدا می‌کند — این ویژگی می‌تواند برای محاصره مولکول‌های داروی آب‌گریز و کم‌محلول سودمند باشد.Boas, U. نانوذرات معدنی معمولاً از فلزات بی‌اثر مانند طلا و تیتانیوم تشکیل شده‌اند که نانوکره‌هایی را می‌سازند؛ هرچند نانوذرات اکسید آهن نیز گزینه‌ای شده‌اند. نقاط کوانتومی (QD)، یا نانوکریستال‌های نیمه‌رسانای معدنی، نیز به دلیل ویژگی‌های نوری وابسته به اندازه و شیمی سطحی چندکاره‌شان به عنوان ابزارهای ارزشمندی در زیست‌نانوفناوری ظهور کرده‌اند. قطرهای آن‌ها (۲ تا ۱۰ نانومتر) در حدود شعاع بوهر اکسیتون هستند که به اثرات محدودیت کوانتومی مشابه مدل «ذره در جعبه» می‌انجامد. مهندسی سطح نقاط کوانتومی برای ایجاد هیبریدهای نانوذره-زیست‌مولکول که توانایی شرکت در فرآیندهای زیستی را دارند، حیاتی است. مواد پوشش‌دهنده‌ای که هسته نقطه کوانتومی را در پوسته‌ای آلی محاصره می‌کنند، نانوکریستال‌ها را زیست‌سازگار می‌سازند و نقاط کوانتومی می‌توانند با زیست‌مولکول‌ها تزئین شوند تا برهم‌کنش اختصاصی‌تری با اهداف زیستی ممکن شود.Zrazhevskiy, P. سمیت با اینکه کاربرد نانوذرات معدنی در زیست‌نانوفناوری پیشرفت‌های دلگرم‌کننده‌ای از دیدگاه علم مواد نشان می‌دهد، استفاده از چنین موادی در بدن زنده به دلیل مسائل مربوط به سمیت، توزیع زیستی و زیست‌انباشتگی محدود است. از آنجا که سامانه‌های نانوذره فلزی معدنی به اتم‌های فلزی سازنده‌شان تجزیه می‌شوند، چالش‌هایی از برهم‌کنش این مواد با سامانه‌های زیستی ممکن است پدید آید و بخش قابل توجهی از ذرات ممکن است پس از درمان در بدن باقی بماند و به تجمع ذرات فلزی که احتمالاً به سمیت می‌انجامد، منجر شود. با این حال، برخی پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که برخی اثرات سمیت زیست‌محیطی نانوذرات تا زمانی که نانوذرات دگرگون شده و یون‌های فلزی آزاد کنند، آشکار نمی‌شوند. در شرایط هوازی و بی‌هوازی مشخص شد که نانوذرات مس، نقره و تیتانیوم سطوح پایین یا ناچیزی از یون‌های فلزی آزاد می‌کنند.Mulenos, M. افزون بر این، پوشش‌های نانوپوسته به طور قابل توجهی در برابر تجزیه در محیط سلولی محافظت می‌کنند و سمیت نقاط کوانتومی را نیز با کاهش نشت یون فلزی از هسته کاهش می‌دهند. نانوکریستال‌های آلی نانوکریستال‌های آلی از داروهای خالص و عوامل فعال سطحی مورد نیاز برای پایدارسازی تشکیل شده‌اند. آن‌ها به عنوان سامانه‌های دارورسانی کلوئیدی زیرمیکرونی عاری از حامل با میانگین اندازه ذره در محدوده نانومتر تعریف می‌شوند. اهمیت اولیه فرمولاسیون داروها به صورت نانوکریستال، افزایش سطح ذره در تماس با محیط انحلال و در نتیجه افزایش زیست‌دسترس‌پذیری است. این انحلال‌پذیری پایین بر زیست‌دسترس‌پذیری دارو تأثیر می‌گذارد، یعنی سرعتی که دارو به سامانه گردش خون و در نتیجه به محل هدف می‌رسد. زیست‌دسترس‌پذیری پایین بیشتر در تجویز خوراکی دیده می‌شود که به دلیل سهولت، هزینه کم و رویه خوب بیمار، روش ترجیحی تجویز دارو است. نانوکریستال‌های به کار رفته برای دارورسانی می‌توانند انحلال‌پذیری اشباع و سرعت پراکنش را افزایش دهند. | ## بخش 3: دارورسانی نانوذرات | معادله اوستوالد-فروندلیخ رابطه زیر را نشان می‌دهد: که در آن Cs انحلال‌پذیری اشباع نانوکریستال، Cα انحلال‌پذیری دارو در مقیاس غیرنانو، σ کشش بین‌سطحی ماده، V حجم مولی ذره، R ثابت گازی، T دمای مطلق، ρ چگالی جامد و r شعاع است. مزیت نانوکریستال‌ها این است که می‌توانند جذب خوراکی، زیست‌دسترس‌پذیری، شروع اثر را بهبود دهند و تغییرپذیری بین افراد را کاهش دهند. نانوکریستال‌ها را می‌توان با دو روش تولید کرد: روش بالا به پایین یا روش پایین به بالا. فناوری‌های پایین به بالا با نام نانورسوب‌دهی نیز شناخته می‌شوند و شامل حل کردن دارو در یک حلال مناسب و سپس رسوب‌دهی آن با ضدحلال هستند. در مقابل، فناوری‌های بالا به پایین از نیرو برای کاهش اندازه ذره به نانومتر بهره می‌گیرند که معمولاً با آسیاب کردن دارو انجام می‌شود. پایداری یکی از معایب بهره‌گیری از نانوکریستال‌ها برای دارورسانی، ناپایداری نانوکریستال است. مشکلات ناپایداری ساختارهای نانوکریستالی از فرآیندهای ترمودینامیکی مانند تجمع ذرات، بی‌شکل‌شدن و بلوری‌شدن حجمی سرچشمه می‌گیرند. ذرات در مقیاس نانو دارای انرژی آزاد گیبس نسبی مازاد هستند که به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر آن‌ها است. برای کاهش این انرژی مازاد، تجمع معمولاً مطلوب است؛ بنابراین، نانوکریستال‌های منفرد به خودی خود نسبتاً ناپایدار هستند و معمولاً تجمع می‌یابند. روش‌هایی مانند همگن‌سازی با فشار بالا و آسیاب مهره‌ای ناپایداری‌ها را با افزایش سطوح افزایش می‌دهند؛ برای جبران، ذرات منفرد ممکن است تجمع یابند یا ساختار بی‌شکل پیدا کنند. چنین روش‌هایی همچنین می‌توانند به رسوب مجدد دارو از طریق تجاوز از انحلال‌پذیری اشباع (پخته‌شدن اوستوالد) بیانجامند. یک روش برای غلبه بر تجمع و حفظ یا افزایش پایداری نانوکریستال، بهره‌گیری از مولکول‌های پایدارکننده است. این مولکول‌ها که با سطح نانوکریستال‌ها برهم‌کنش دارند و از طریق دافعه یونی یا موانع فضایی بین نانوکریستال‌های منفرد مانع تجمع می‌شوند، شامل سورفکتانت‌ها هستند. با این حال، غلظت‌های بالای سورفکتانت ممکن است پایداری نانوکریستال را مهار کند و رشد یا تجمع بلور را تقویت کند. در پژوهشی با بهره‌گیری از PEG به عنوان پایدارکننده مشخص شد که نانوکریستال‌های تحت درمان با PEG تجمع بیشتری در محل‌های تومور و گردش خون بیشتری داشتند. گذار به ساختارهای بی‌شکل ویژگی‌های ترمودینامیکی و جنبشی متفاوتی دارد که بر دارورسانی و جنبش‌شناسی تأثیر می‌گذارد. نشان داده شده که بهره‌گیری از فرایند آسیاب تر با سورفکتانت، بی‌شکل‌شدن را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. وزیکول حاصل که هسته‌ای آبی دارد و با غشایی آب‌گریز احاطه شده، می‌تواند با طیف گسترده‌ای از مولکول‌های آب‌گریز یا آب‌دوست برای اهداف درمانی بارگذاری شود. کلسترول اغلب در فرمولاسیون گنجانده می‌شود تا سختی غشا را تنظیم کند و پایداری را افزایش دهد. توزیع زیستی و نانوذرات در بدن و تجمع آن‌ها در اندام‌های مختلف نگرانی‌های مهمی هستند. | ## جمع‌بندی | نانوذرات معدنی به ویژه به خاطر احتمال ماندن در بدن پس از درمان و ایجاد زیست‌انباشتگی فلزی نگران‌کننده هستند.