فناوری نانو در دارو رسانی و مهندسی بافت



نگاه کلی 
کاربرد فناوری نانو در پزشکی که از آن به عنوان نانو پزشکی یاد می شود، امکانات هیجان انگیز بی شماری را ارائه می دهد. در اینجا ما در مورد دو جنبه مهم نانوپزشکی، تحویل دارو و مهندسی بافت، بحث می کنیم. در سال های اخیر پیشرفت ها در زمینه فناوری پزشکی و به طور خاص در دارورسانی هدفمند، به سرعت در فناوری نانو افزایش یافته است. در حال حاضر بسیاری از مواد برای تحویل دارو و به ویژه برای سرطان درمانی تحت تحقیق هستند. جالب توجه است که علوم دارویی همچنین از نانوذرات برای کاهش سمیت و عوارض جانبی داروها استفاده می کنند. علاوه بر این، اندازه کوچک نانو امکان دسترسی به سلول و بخش های مختلف سلولی از جمله هسته را فراهم می کند. همچنین در نظر گرفته شده است که نانوذرات به عنوان کاوشگرهای داخل عروقی یا سلولی جدید، برای اهداف تشخیصی و درمانی (انتقال دارو / ژن)، که انتظار می رود نوآوری های جدیدی ایجاد کند و نقشی اساسی در پزشکی داشته باشد، و به مرحله تولید برسند. تحویل دارویی-ژنی هدفمند و تشخیص به موقع آن در درمان سرطان یکی از اولویت های تحقیقاتی است که در آن نانوپزشکی نقش حیاتی دارد. در نتیجه نانوذرات برای تحویل دارو و تصویربرداری به تدریج به عنوان روش های جدید برای درمان سرطان و تشخیص ایجاد شده است. این بررسی نقش ظهور فناوری نانو در تحویل دارو را نشان می دهد.

در صنایع دارویی، یک نهاد مولکولی جدید (NME) که فعالیت بیولوژیکی قوی را نشان می دهد، اما حلالیت آب در آن ضعیف است، یا نیمه عمر در گردش خون بسیار کوتاه است، به احتمال زیاد با چالش های توسعه قابل توجهی روبرو خواهد شد یا غیرقابل توسعه ارزیابی می شود. از طرف دیگر، فعالیت کمتر اما ترکیبات بهینه دارویی ممکن است کاندیداهای مناسب برای توسعه باشند. در هر صورت، همیشه درجاتی از مصالحه وجود دارد و چنین معامله هایی ممکن است به طور ناگزیر منجر به تولید داروهای کم ایده آل شود. با روندهای ظهور و پیشرفت های اخیر در فناوری نانو ، رفع برخی از کاستی های مرتبط با NME های بالقوه به طور فزاینده ای امکان پذیر شده است. با استفاده از وسایل و ابزار حمل و نقل مواد و ترکیبات در مقیاس نانو، خواص دارویی (به عنوان مثال، حلالیت و نیمه عمر در گردش) این NME ها می تواند به شدت بهبود یابد، اساساً منجر به کشف نامزدهای دارویی بهینه و بی خطر می شود. اما این فقط یک نمونه است که نشان می دهد تا چه اندازه فناوری نانو می تواند در قوانین و امکانات کشف دارو انقلابی ایجاد کند و چشم انداز صنایع دارویی را تغییر دهد.

کاربردها

کاربرد مقیاس نانو در پزشکی 

تحویل دارو

وسایل تحویل در مقیاس نانو می توانند اثر درمانی را افزایش دهند و مشکلات مربوط به دارو های موجود را به حداقل برسانند. وسایل حمل در مقیاس نانو میتوانند کلاس های جدیدی از درمان را فعال کنند. تحویل در مقیاس نانو باعت تحقیق مجدد در مورد دارو های مولکولی جدید و بهینه تر منجر شده و داروهای به لحاظ بیولوژیکی که که غیرقابل توسعه محسوب می شدندرا به نحوی فعال سازند.

در شرایط آزمایشگاه تشخیص

حسگر های مبتنی بر فناوری نانو (به عنوان مثال نانو سیم ها/ نانولوله ها/ ذرات نانو / کانتبلور های زیستی و... میتوانند تشخیص با سرعت سریع و بالا از نشانگر های زیستی بیماری را با حساسیت بالاتر و مصرف نمونه کمتر فراهم کنند. فناوری نانو همچنین برای تشخیص زود هنگام ویروس ها و باکتری ها یا سلول های تومور زا در گردش خون و همچنین تجزیه و تحلیل تک سلول ها و انالیز و... امیدواری به سزایی ایجاد کرده است.

تصویربرداری در شرایط آزمایشگاهی

نانوپروپ های تصویر برداری هدفمند (به عنوان مثال نانوذرات مغناظیسی، نقاط هدف کوانتومی،نانوتیوب های کربنی) میتوانند روشی سریعتر، کمتر تهاجمی و دقیق تر را برای تشخیص موارد (مثلا سرطان) در سخت ترین مراحل خود و نظارت بر پیشرفت بیماری ارائه دهند. یکی دیگر از شرایط های احتمالی شامل گزارش اثر بخشی درمان ها در شرایط آزمایشگاهی و ردیابی توزیع زیستی نانو حامل ها در بدن می باشد. علاوه بر این نانوپروپ های تصویربرداری می توانند به جراحان در تعیین محل تومور ها و حاشیه درگیر با آنه ،ساختار های مهم و نقشه برداری از غدد لنفاوی نگهبان کمک کنند.

تکنیک های درمانی

برخی از نانومواد ها دارای خواص درمانی منحصر به فردی هستند که با داروهایی معمولی متفاوت هستند و می توانند به طور مستقیم برای درمان بیماری ها مورد استفاده قرار گیرند؛نانوذرات مبتنی بر اکسید هافنیم و طلا می توانند تا حد زیادی پرتو ایکس را تقویت کنند. نانوپوسته ها، نانومیله های طلا، نانولوله های کربنی؛می توانند هیپوترمی را برای از بین سلول های سرطانی القا کنند٬ یا مثلا نقره نانوکریستالی به عنوان یک ماده ضد میکروبی استفاده می شود.

مواد بیولوژیکی (مواد زیستی)

نانومواد های زیست سازگار که دارای خواص مکانیکی بهینه هستند می توانند به عنوان کاشت های پزشکی مانند ترمیم کننده های دندان و جایگزین های استخوان استفاده شوند(همچنین به عنوان مهندسی بافت سخت نیز طبقه بندی می شوند.). پوشش های نانو یا سطوح ساختارنانو نیز میتوانند سازگاری زیستی و چسبندگی مواد زیستی را بهبود ببخشند.

مهندسی بافت

فناوری نانو می تواند طراحی و ساخت داربست های زیست سازگار در مقیاس نانو را کنترل کرده و آزادسازی مکانی-زمانی عوامل بیولوژیکی، شبیه ماتریکس خارج سلولی را کنترل کند تا رفتار های سلولی را هدایت کند و در نهایت منجر به ایجاد بافت های قابل کاشت شود.

فناوری نانو در دارو رسانی 
از آنجا که لیپوزوم ها برای اولین بار در دهه 1960 توصیف شدند و به عنوان حامل پروتئین ها و داروها برای درمان بیماری پیشنهاد شدند، فناوری نانو تأثیر به سزایی در توسعه سیستم های انتقال دارو دارد. انواع نانومواد و مواد غیر آلی و آلی به عنوان وسایل حمل و نقل برای ایجاد روشهای درمانی موثر استفاده شده است. تاکنون بیش از دوازده محصول درمانی مبتنی بر فناوری نانو وجود دارد که برای استفاده بالینی توسط سازمان غذا و دارو تأیید شده اند و تعداد بیشتری از آنها در آزمایشات بالینی قرار دارند. از این محصولات، اکثریت آنها از یک سیستم غیر هدفمند (به عنوان مثال ، لیپوزومها و پلیمرها) و یک دارو، و به همین دلیل در نانوتراپی های نسل اول در نظر گرفته می شوند. در مقایسه با دارو رسانی مرسوم، نانو سیستم های نسل اول مزایای زیادی دارند. به طور خاص، آنها می توانند فعالیت درمانی را با طولانی شدن نیمه عمر دارو، بهبود حلالیت داروهای آبگریز، کاهش ایمنی زایی بالقوه و یا آزاد سازی داروها به روشی پایدار یا محرک افزایش دهند. بنابراین، عوارض جانبی سمی داروها و همچنین دفعات تجویز می تواند کاهش یابد. علاوه بر این، ذرات در مقیاس نانو می توانند از طریق اثر نفوذ پذیری و احتباس افزایش یافته(انعطاف پذیر) در بافتهای خاص(به عنوان مثال تومورها) منفعل شوند. فراتر از این نانوسیستم های کارآمد بالینی، از فناوری نانو برای امکان استفاده از روش های درمانی جدید و توسعه نانوسیستم های نسل بعدی برای تحویل داروی "هوشمند" استفاده شده است. از دیدگاه ما در زیرساخت ها چندین زمینه وجود دارد که در آینده نزدیک پیشرفت های پزشکی ایجاد می کند و برخی از آنها می تواند مشتق شده از "برنامه های قاتل" بعدی باشد.

فناوری نانو در مهندسی بافت 
مهندسی بافت یک رشته میان رشته ای در حال تکامل است که در آن زیست شناسی، مهندسی، علوم مواد و پزشکی ادغام شده و بر توسعه متمرکز است. جایگزین های بیولوژیکی برای بازیابی، جایگزینی، نگهداری یا تقویت عملکرد بافت و اندام می باشد. در طی چند دهه گذشته، پیشرفت مداوم در این زمینه خاص منجر به ایجاد بافت های قابل کاشت شده است، برخی از آنها قبلا در انسان استفاده می شد(به عنوان مثال ، پوست و غضروف) یا وارد آزمایشات بالینی(مثلاً مثانه و رگهای خونی) شده اند. با این وجود، بیشتر استراتژی های مهندسی بافت بر این اصل تکیه دارند که در شرایط مناسب راکتورهای مختلف، سلول هایی که در داربست های زیست سازگار سه بعدی (D3) کاشت می شوند یا به کار گرفته می شوند، می توانند دوباره به ساختارهای عملکردی شبیه بافت های بومی مونتاژ شوند. داربست های مصنوعی اولیه برای تهیه یکپارچگی ساختاری سلول ها در سطح ماکروسکوپی طراحی شده بودند، اما فقط موفقیت متوسطی کسب کردند. در حال حاضر به طور گسترده ای پذیرفته شده است که برای جمع آوری عملکرد مناسب بافت، داربست ها باید یک ریز محیط خاص بافت برای حفظ و تنظیم رفتار و عملکرد سلول را ایجاد کنند. درون بافت ها، سلول ها توسط ماتریس خارج سلولی (ECM) احاطه شده اند که توسط یک شبکه طبیعی از نانو الیاف سازمان یافته سلسله مراتبی مشخص می شود. علاوه بر این، ECM نقشی حیاتی در ذخیره سازی، آزاد سازی و فعال سازی طیف وسیعی از عوامل بیولوژیکی دارد، همراه با کمک به فعل و انفعالات سلول و فاکتور محلول در سلول. بنابراین، توانایی مهندسی مواد زیستی که از نزدیک پیچیدگی و عملکرد ECM را تقلید می کنند برای بازسازی موفقیت آمیز بافت ها محوری است. با این حال ، پیشرفت های اخیر در فناوری نانو، طراحی و ساخت ریز زیست زیست سنجی را در مقیاس نانو فراهم کرده است، و آنالوگ ECM بومی را ارائه می دهد. مشخصاً، این فناوری ها برای ایجاد سطوح نانوتوپوگرافی و داربست های نانو تزیین و کپسول سازی و کنترل انتشار فضایی موقت استفاده شده است. این دستگاه های نانو راهی برای هدایت رفتارهای سلولی ارائه می دهند که از چسبندگی سلول تا بیان ژن را شامل می شود.

منابع 
(1) Wagner, V.; Dullaart, A.; Bock, A. K.; Zweck, A. Nat. Biotechnol.2006, 24, 1211–1217.

(2) Zhang, L.; Gu, F. X.; Chan, J. M.; Wang, A. Z.; Langer, R. S.;Farokhzad, O. C. Clin. Pharmacol. Ther. 2008, 83, 761– .769

(3) Davis, M. E.; Chen, Z.; Shin, D. M. Nat. Rev. Drug Discovery 2008,7, 771–782.

(4) Jain, K. K. The Handbook of Nanomedicine; Humana Press: Totowa, 2008; p 353.

(5) Occupational Health & Safety Report: Nanomedicine Market to Surpass $160 Billion by 2015. http://ohsonline.com/articles/2009/06/29/report-on-nanomedicine-market.aspx (accessed 6/1/10).

(6) Bangham, A. D.; Horne, R. W. J. Mol. Biol. 1964, 8, 660–668.

(7) Riehemann, K.; Schneider, S. W.; Luger, T. A.; Godin, B.; Ferrari, M.; Fuchs, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 872– .897

(8) Matsumura, Y.; Maeda, H. Cancer Res. 1986, 46, 6387–6392.

(9) Putnam, D. Nat. Mater. 2006, 5, 439–451.

(10) Whitehead, K. A.; Langer, R.; Anderson, D. G. Nat. Rev. Drug Discovery 2009, 8, 129–138.