مقالات نانوفناوری پزشکی

نانوژل ها به عنوان سیستم رسانش داروی جدید

همانطور که می دانید نانوژل ها سیستم های جدید رسانش دارو هستند که می توانند نقش مهمی در بخش های داخلی بدن برای هدف قرار دادن بافت ها  داشته باشند. این مواد را می توان به عنوان هیدروژل هایی با اندازه نانو با اتصال عرضی که در محدوده 20 الی 200 نانومتر قرار می گیرند در نظر گرفت.  نانوژل ها را می توان از طریق مسیرهای مختلف همچون مسیرهای دهانی، ریوی، بینی و سایر موارد مدیریت نمود. این ها درجه بالایی از ظرفیت بارگذاری دارویی را دارند و می توانند به خاطر اندازه کوچکشان به خوبی در بافت های مختلف نفوذ کنند.  نانوژل ها بر اساس مکانیسم های مختلفی همچون پاسخ به PH، پاسخ به دما و سایر موارد دارو را منتشر می کنند. این ها را می توان بر اساس پاسخ تحریک کننده یا رفتارهای غیر پاسخ دهنده و نوع لینک موجود در  زنجیره شبکه ژل طبقه بندی کرد.  نانوژل ها را می توان برای درمان سرطان، دیابت، التهاب و تولید مجدد استخوان مورد استفاده قرار داد. این ها سیستم های جدید رسانش دارو برای داروهای آبدوست و آبگریز هستند.  نانوژل ها را می توان به عنوان سیستم هیدروژل با اندازه نانوی اتصال عرضی تعریف کرد که کو پلیمریزه یا مونومری هستند و می توانند یونی یا غیر یونی باشند. اندازه نانوژل از 20 الی 200 نانومتر متغیر خواهد بود.  این مواد شبکه آبدوست سه بعدی هستند که تمایل زیادی به جذب آب  یا مایعات فیزیولوژیکی  دارند  بدون اینکه ساختار شبکه داخلی را تغییر دهند.

اصلاح شیمیایی را می توان برای کمک به  استفاده از لیگندها انجام داد. اینکار به نانوژل ها کمک می کند برای رسانش دارویی هدفمند، انتشار دارو بر اساس تحریک پاسخ یا آماده سازی عناصر کامپوزیتی مورد استفاده قرار گیرند. این موارد دارای کیفیت عالی هستند و می توانند برای رسانش دارو بسیار مفید باشند. نانوژل ها دارای پایداری ترمودینامیکی قابل توجهی هستند و ظرف بالایی از حلالیت را دارند، ویسکوزیته آن ها پایین است و می توانند تحت تکنیک های استریلیزه کردن مختلف قرار گیرند.  نانوژل ها می توانند مولکول های بیولوژیکی و دارویی را به دام بیندازند. به همین خاطر به طور وطیعی در رسانش ژن ها و پروتئین ها مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از  نانوژل ها  ماهیت آبدوستی دارند و همین امر خاصیت کپسوله کردن داروهای آبگریز را کاهش می دهد. این مشکل در کپسوله کردن داروهای ضد سرطانی که ماهیت آب گریزی دارند دیده می شود. به همین منظور، ساختار مناسبی از پلیمرهای مهندسی شده برای کپسوله کردن چنین موادی توسعه داده شده است. نانوژل ها می توانند برای داروهایی که حلالیت اندکی دارند یک سیستم رسانش جدید باشند .  از آنجایی که این مواد نزدیکی بالایی به محلول های آبی دارند و بسیار پایدار هستند می توانند حامل بسیار امیدوارکننده ای برای پروتئین ها، پپتیدها و سایر ترکیبات بیولوژیکی محسوب شوند

 ویژگی  نانوژل ها:

زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری:

نانوژل ها از پلیمرهای مصنوعی یا طبیعی ساخته می شوند. این ها می توانند  بسیار زیست تخربی پذیر و زیست سازگار باشند و به همین خاطر در اندام ها تجمع پیدا نمی کنند. کیتوسان، اتیل سلولز، متیل سلولز و انواع مختلفی از پلمیرهای مبتنی بر پلی ساکارید همچون دکستران، پولولان و دکسترین را می توان برای آماده سازی نانوژل ها مورد استفاده قرار داد. پلی ساکاریدها پرکاربردترین پلیمرهای مبتنی بر کربوهیدرات ها هستند که  از واحدهای مونوساکاریدی تکرار شونده  تشکیل شده اند. این پلیمرها پایداری، غیر سمی، آبذوست و زیست تخریب پذیرند.

 خاصیت تورم در رسانه ها و محیط های آبی:

به این خاطر که نانوژل ها بسیار کوچک و نرم هستند می توانند در رسانه ها و محیط های آبی متورم شوند.  این گزینه یکی از خاصیت های بنیادینی است که می تواند بر روی فعالیت رسانش دارویی اثر بگذارد.

 خاصیت و ظرفیت بالای بارگذاری دارو:

درست همانند هر سیستم رسانش داروی نانویی، نانوژل ها نیز ظریف بارگذاری دارویی بالایی نسبت به اشکال سنتی و معمولی رسانش دارو دارند.  این موضوع عمدتا به خاطر خاصیت تورمی است که به نانوژل ها اجازه می دهد مقدار زیادی از آب را به خود جذب کنند. بارگذاری و به دام انداختن آب می تواند فضای خوب و کافی برای  قرار دادن نمک ها و مواد دیگر فراهم آورد.

 نفوذ پذیری و اندازه ذرات:

چیزی که سیستم های رسانش دارویی نانویی را از سایر سیستم ها متمایز می کند این است که اندازه ظریف ذرات، بار سطح و آبگریزی  می تواند نفوذپذیری این ها را بهبود ببخشد.  علی رغم اینکه نانوذرات می توانند به کمک پخش و انتشار از طریق بافت ها یا نواحی لایه های درون رگی  نفوذ کنند و در برخی از موارد  از طریق سیستم انتقال چنین نفوذی را انجام دهند اما  چالش  عبور از سد خونی – مغزی وجود دارد. به همین خاطر برای غلبه کردن بر چنین مشکلاتی، نانوژل ها  به شیوه ای تهیه شدند که قط 20 الی 200 نانومتر را داشته باشند. این ها به اندازه کافی کوچک هستند تا بتوانند از سد خونی مغزی عبور کنند.

پاسخ غیر ایمونولوژیک:

هر عاملی که وارد جریان گردش خون می شود توسط سیستم فاگوسیت تک هسته ای از طریق opsonization و فاگوسیتوز حذف می شود. opsonization باعث نشانگه گذاری عامل خارجی می شود و آن را برای فاگوسیت ها نمایان می سازد. اپسونین ها به سطح نانوذرات پیوند می خورند و اتصال فاگوسیت ها را تسهیل می نمایند. روش های اندکی برای کمک به نانوذرات برای باقی ماندن طولانی تر در جریان خون توسعه یافته است. به عنوان مثال پلیمرهای آبدوست همانند ورقه یا حفاظی عمل می کنند که  اتصال و پیوند با  اپسونین ها را محدود می نمایند و همین امر باعث می شود نانوذرات برای سیستم ایمنی فابل تشخیص نباشند.

پایدارای کلوئیدی:

زمانی که  نانوذرات مدیریت می شوند، همیشه این احتمال وجود دارد که پایداری کلوئیدی دچار مشکل گردد.

معمولا محققان بار سطح را تغییر می دهند تا از تشکیل توده در جریان خون جلوگیری شود و از بروز عوارض بعدی پیشگیری گردد.   اینکار را می توان از طریف افزایش پتانسیل zeta انجام داد که منجر به ایجاد نیروی بزرگی بین ذراتی می شود که از لحاظ الکتروستاتیکی آن ها را پایدار می سازد. سایر تکنیک ها در برگیرنده استفاده از اصلاح کننده سطح همچون PEG است که اثر فضایی ایجاد می کند.

 مزایای استفاده از نانوژل ها:

نانوژل ها به عنوان سیستم های حمل و رسانش دارو مورد استفاده قرار می گیرند. این موضوع دلایل متعددی دارد که در ادامه سعی می کنیم به برخی از این دلایل اشاره کنیم:

  • همانطور که قبلا نیز بیان کردیم نانوژل ها زیست سازگاری بالایی دارند و همین امر باعث شده است این موارد یکی مواد نانویی جدید و بدیع برای رسانش دارو به اندام های بدن باشند.
  • زیست تخریب پذیری بالایی دارند. این موضوع برای اجتناب از تجمع نانوژل ها در اندام های بدن ضروری است. همانطور که می دانید تجمع نانومواد در اندام ها می تواند به مسمومیت و عوارض جانبی منجر شود.
  • نانوژل ها در سیستم جریان خون  و محیط آبی داخلی، ساکن و راکد هستند . این موضوع بدین معنی است که  پاسخ های ایمونولوژیکی در بدن ایجاد نمی کنند.
  • اندازه بسیار کوچکی دارند و  همین امر نفوذ پذیری را بیشتر می کند.
  • دارای نفوذ پذیری بهبود یافته لایه درون رگی در سایت های پاتالوژیکی همچون تومورهای جامد، بافت های ملتهب و نواحی عفونی است. از آنجایی که بافت تومورها نفوذ پذیری مویرگی بالایی دارند، هر چقدر نانوذرات بیشتری به این بافت ها نفوذ کند و در آن تجمع یابد، رسانش دارو نیز بیشتر خواهد شد.
  • توانایی این نانوژل ها برای دسترسی به نواحی که توسط هیدروژل ها قابل دسترسی نبوده ، بهبود یافته است.
  • نانوژل های حامل دارو با امنیت بیشتری می توانند وارد سیتوپلاسم سلول های هدف شوند و همین امر باعث می شود این مواد گزینه ایده آلی برای رسانش دارویی داخل سلولی باشند.
  • پاسخ سریعی به تغییرات محیطی همچون دما و PH می دهد.
  • نانوژل ها برای مدیریت داروهای آب گریز و آبدوست و نیز  جسن حل شده باردار و سایر عوامل تشخیصی عالی هستند. این خاصیت و ویژگی تحت تاثیر گروه های عالی موجود در شبکه زنجیر پلیمری است
  • نانوژل ها نزدیکی بالایی با محلول های آبی دارند و همین امر موجب می شود زمانی که در سیستم آبی قرار می گیرد متورم شده  یا از حالت تورم خارج شوند. این خاصیت باعث می شود نانوژل ها  کاندید ایده آلی برای گرفتن و رسانش پروتئین ها، پپتیدها و ماکرومولکول های زیستی و نیز داروهای بزرگ باشند.
  • بارگذاری دارو در نانوژل ها زمانی که با سایر حامل های نانویی و سیستم های رسانش دارو مقایسه می شود بسیار بالاست.
  • قرار دادن دارو در نانوژل ها بسیار اسان و  خود به خود است و نیازمند هیچ واکنش شیمیایی نیست.  همین امر موجب می شود فرآیند آماده کردن نانوژل ها بسیار موثر باشد.
  • نانوژل ها به گونه ای آماده می شوند که می توانند دارو را در الگوی کنترل شده و ثابتی در موقعیت هدف رها نمایند. به همین خاطر اثر درمانی داروی مورد نظر بهبود می یابد و از واکنش های جانبی پیشگیری می شود.
  • رسانش داروی هدفمند در نانوژل ها به خاطر حضور گروه های عاملی که با آنتی بادی ها و/یا داروها مزدوج هستند امکان پذیر است. همین امر باعث انتخاب گری بالایی می شود و از تجمع دارو در بافت های غیر هدف جلوگیری می کند.
  • سنتز و تولید نانوژل ها  فرآیند عاری از استرس و فشار است زیرا انرژی مکانیکی به کار نمی رود.

 محدودیت های استفاده از نانوژل ها:

تنها محدودیتی که برای استفاده از این مواد وجود دارد عبارت است از :

حذف سورفکتانت و حلال در انتهای فرآیند آماده سازی بسیار گران است اگرچه خود فرآیند تولید هزینه بر نیست.همانطور که می دانید اگر پلیمر یا سورفکتانتی در بدن باقی بماند عوارض جانبی در پی خواهد داشت.

 سنتز نانوژل ها:

تکنیک های لیتوگرافی نوری:

تکنیک های لیتوگرافی نوری، واکنش های فوتوشیمیایی برای فعال سازی و واکنش های بعدی به منظور تولید ذرات هیدروژل سه بعدی و نانوژل ها برای رسانش دارویی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش ، تمبرها یا قالب های تولید آماده می شوند تا به سطح خاصیت ویژه ای ببخشند  و به ژل های قالبی اجازه دهند عوامل خود را رها سازند.  Microfabrication چنین ژل هایی  از استراتژی عمومی که در آن تمبرهای PDMS برای قالب سازی، رها کردن و تجمیع ژل ها به شکل سه بعدی استفاده می کند تبعیت می نماید. بهینه سازی و اصلاح سطح باعث بهبود چسبندگی یا رها سازی ژل های قالبی در بستر می شود. یکی از روش های شناخته شده برای اصلاح تمبرهای PDMS معمولا از طریق SAM ها یا تک لایه های جذب شده از آلبومین سرم گاوی به دست می اید.

 تکنیک اصلاح شده پولولان:

مثالی که می توان برای این طبقه بندی به کار برد، نانوژل خودتجمعی هیدروفوب شده پولولان است.

معمولا پولولان در دو مرحله اصلاح می شود . در ابتدا متاکریلات به کار می رود و سپس با 1-hexadecanethiol آب گریز کار ادامه پیدا می کند. محصول نهایی یک عنصر دوگانه دوست است که با اضافه کردن آب شروع به خوتجمعی می کند.  نمونه دیگر، نانوژل های پولولان مبتنی بر کلسترول است. در این شرایط، پولولان با 1.4 کلسترول جایگزین می شود و نانوژل با واکنش  کلسترول ایزوسیانات در دی متیل سولفوکسید و پیریدین حاصل می شود.  کلستریل پولولان(CHP) که در برگیرنده متاکریلویل است توسط واکنش CHP با glycidyl methacrylate حاصل شده است.

تکنیک پلیمریزاسیون امولسیونی:

نانوژل های PMMA با گروه عاملی l-proline با طیف وسیعی از عامل دار کردن کاتالیزوری و چگالی اتصالات عرضی توسط تکنیک پلیمریزاسیون امولسیونی تهیه شده است.  در این تکنیک، قطرات مونومر توسط هم زدن مکانیکی تشکیل شده است.

 تکنیک پلیمریزاسیون میکروامولسیونی معکوس:

نانوژل های پلی آکریلیک اسید بارگذاری شده با لیتیم توسط این تکنیک تهیه شده است.

 تکنیک پلیمریزاسیون اتصالات عرضی رادیکال های ازاد:

نانوژل های PBPLP( پلیمرهای نورتابناکی زیست تخریب پذیر Photocrosslinked) توسط اتصالات عرضی رادیکال های ازاد پری پلیمرهای فلورسانت حاوی وینیل برای رسانش دارو و تصویربرداری از سلول ها تهیه شده اند.  توسعه نانوژل های PBPLPs حوزه جدیدی را برای توسعه نانوزیست مواد در نانوفناوری پزشکی برای تحویل دارو و تصویربرداری از سلول ها ایجاد کرده است.

  کاربردهای نانوژل ها:

 بی حسی موضعی:

بی حسی موضعی یکی از کلاس های دارویی است که باعث کاهش درد در بیماران می شود. اثر بی حسی و کاهش دهندگی درد در این شرایط به خاطر مسدود شدن پالس های عصبی در غشای سلول های عصبی به خاطر  بسته شدن کانال های Na+  وابسته به ولتاژ  رخ می دهد.  مدت و شدت تحریک عصبی و نیز پتانسیل استراحت غشا درجه بی حسی ایجاد شده توسط داروی بی حسی خاص را تعیین خواهد کرد.  همانطور که می دانید بی حسی های موضعی از لحاظ بالینی در دو طبقه بندی جای می گیرند: استرهای آمینو و آمینوامیدها.  مصرف بیش از حد داروهای بی حسی موضعی به سمیت بالایی منجر می شود . همین امر باعث شده است دانشمندان به فکر ایجاد یک سیستم رسانش داروی هدفمند و البته کنترل شده باشند.  قرار دادن داروهای بی حسی موضعی در سیستم های رسانش دارویی همچون نانوژل ها می تواند مدیریت این داروها و تحویلشان به سلول های هدف را ساده تر سازد.

 درمان سرطان:

نانوژل های زیست تخریب پذیر آماده شده توسط اتصالات عرضی پلی اتیلن ایمین و PEG/pluronic استفاده شده برای 5’- triphosphorylated ribavirin، سمیت را کاهش داده است.  معمولا نانوذرات دارای قطر میانگین 100 نانومتر ، خنثی بودن و آبدوست بودن سطح هستند  که منجر به حضور بیشتر آن ها در جریان خون می شود و سطح رسیدن به تومورها را بیشتر می کند.

 بیماری های خود ایمنی:

درمان اختلالات خود ایمینی بر اساس توانایی سیستم های رسانش دارو  انجام می شود  تا بتوانند به طور انتخابی سلول های ایمنی  که باعث ایجاد پاسخ های خود ایمنی می شوند را غیر فعال سازند.  به کار بردن داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی در سیستم های رسانش داروی نانوژل، برای این منظور به طور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته است زیرا نانوژل ها می توانند اثر این داروها را با هدف قرار دادن آنتی ژن سلولی که به بیماری منجر می شود بهبود ببخشند. سیستم نانوژل mycophenolic acid به همراه β- cyclodextrin غیر متیل دار شده بر اساس بارگذاری لیپوزوم ها با با کوپیلیمر متوقف شده دی اکریلات پلی (لاکتیک اسید-کو-اتیلن گلیکول) تهیه شده  و برای درمان لوپوس اریتماتوز سیستمی و یک بیماری خودایمنی مورد آزمایش قرار گرفت. اتصالات عرضی بین مونومرهای آکریلات دار شده  و بسته شدن ذرات در یک ترکیب پایدار توسط قرار گرفتن سیستم نانوژل در معرض تابش ماورابنفش به دست آمده است.

بیماری های تخریب کننده سیستم عصبی:

تا به حال درمان خاصی برای اختلالات تخریب کننده سیستم عصبی همچون آلزایمر و پارکینسون پیدا نشده است. با اینحال زمانی که الیگو نوکلئوتیدها پتانسیلی را برای تشخیص و درمان این بیماری ها از خود نشان دادند مرکز توجه مطالعات زیادی شدند. کاربرد الیگو نوکلئوتیدها به خاطر ناپایداری شان در برابر متابولیسم محدود شده است. این مواد نمی توانند به سد خونی مغزی نفوذ کنند و به سرعت دفع می شوند. برای بهبود عملکرد الیگو نوکلئوتیدها، این مواد در سیستم های رسانش داروی نانوژل قرار گرفته است. خاصیت بدیع نانوژل ها به الیگو نوکلئوتیدها اجازه می دهد از سد خونی مغزی عبور کنند و به سیستم عصبی مرکزی برسند. الیگو نوکلئوتیدهای نانوژلی که توسط اتصالات عرضی پلی( اتیلن گلیکول) و پلی اتیلن ایمین تهیه شده است می تواند انتشار آبی پایداری  از کمپلکس پلی الکترولیت ها را ایجاد کند.

 خاصیت ضد التهابی:

نانوژل ها را می توان به عنوان سیستم رسانش موضعی داروهای ضد التهابی غیر استروئیدی در حوزه پوست و زیبایی مورد استفاده قرار داد.

 تحویل واکسن ها:

برای بهینه سازی و افزایش قدرت و عملکرد واکسن ها، می توان از نانوژل های پلیمری استفاده کرد. مزایای نانوژل ها نسبت به واکسن های سنتی به خاطر توانایی نانوژل ها  برای محافظت از واکسن در برابر تخریب آنزیمی است.

 تولید مجدد استخوان:

برای بازسازی مجدد استخوان ها، باید لیتیم و سایر داروها به صورت محلی و به آرامی رها شوند. رشد استخوان ها توسط لیتیم می تواند افزایش یابد و به همین خاطر نانوژل های لیتیم  که توسط پلیمریزاسیون میکرو امولسیون پلی آکریلیک اسید و قرار دادن در ماتریس زیست تخریب پذیر polyhydroxybutyrate به دست می آید  می تواند در انتشار تدریجی و آرام لیتیم در استخوان ها مفید باشد.

 فعالیت ضد میکروبی و آنتی باکتریایی:

معمولا هدف قرار دادن عفونت ها توسط سیستم های رسانش داروی سنتی کمی دشوار است. برای درمان عفونت های میکروبی، فعالیت سریع و محلی بسیار ضروری است. این شرایط را می توان به کمک نانوژل ها تسریع کرد. نانوژل های پلی آکریل آمید اتصال عرضی شده دکستران  به همراه نیترات روی به عنوان عامل آنتی باکتریایی مورد بررسی قرار گرفته است.

  درمان دیابت:

از آنجایی که دیابت در دنیای امروزی بسیار شایع شده است،  اتخاذ رویکردهای جدید برای درمان آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. شبکه تزریقی از نانوژل ها که به تغییرات سطح گلوکز در خون  حساس هستند و مقادیر خاصی از انسولین را منتشر می کنند  در برگیرنده شبکه ای از نانوذرات با  بارهای مخالف هستند.  این نانوذرات همدیگر را جذب می کنند و یک ماتریس ژل مانند ایجاد می کنند که دست نخورده باقی می مانند به تغییرات PH پاسخ می دهند. با به کار بردن دکستران، نانوژل ها می توانند انسولین و سایر آنزیم های مورد نیاز را حمل کنند.

 نتیجه گیری:

نانوژل ها به عنوان یک رویکرد جدید و بهینه برای تشخیص و درمان طیف وسیعی از بیماری ها می توانند پیشرفت های زیادی را در حوزه نانوتکنولوژی پزشکی ایجاد کنند.  همانطور که مشاهده کردید نانوژل ها دارای خواص متعددی هستند و همین امر باعث می شود این مواد برای رسانش دارو یک گزینه ایده آل باشد.

منبع: imedpub

برچسب ها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن