بیماریهایی وجود دارند که از درمان آنها عاجز هستیم. این مسئله چند دلیل دارد. اول اینکه اطلاعات ما از اتفاقاتی که در سطح سلولی و مولکولی بدن انسان رخ میدهد، اندک است و دیگر اینکه ابزارهایی که در حال حاضر در اختیار داریم بسیار بزرگتر از سلول و اجزای درون آن هستند. علاوه بر این ما از موادی استفاده میکنیم که سازگاری چندانی با بدن ما ندارند. فناورینانو برای حل این مشکلات پیشنهادهایی دارد. "نانو پزشکی" حوزه جدیدی از پزشکی است که در ترکیب با فناورینانو بهدست آمده است. این شاخه جدیدِ علم پزشکی، به دنبال آن است که با استفاده از نانومواد، ابزارهای نانومتری و دانش مولکولی از بدن انسان، سلامتی انسان را حفظ کرده و آن را ارتقاء دهد. نانومواد به علت اندازه کوچک، سطح زیاد و قابلیت جذب و انحلال بالا گزینههای مناسبی برای دارورسانی در سیستمهای زیستی هستند. بعلاوه بسیاری از نانومواد، مانند نانولولههای کربنی و فولرینها مواد زیست سازگاری هستند که میتوان از آنها در ساخت اندامهای مصنوعی و یا کپسوله کردن داروها بهره گرفت. معروفترین و شاید جالبترین ابزارهای نانوپزشکی، نانوروباتها هستند. نانورباتها برای شناسایی محل بیماری و درمان سلولهای بیمار و تخریب عوامل بیماریزا بکار میروند. این ابزارهای نانومتری میتوانند در بدن به صورت هوشمند عمل کنند و بدون ایجاد عوارض جانبی و واکنشهای حساسیتزا، به درمان بیماری بپردازند. آنها میتوانند از محل بروز بیماری عکسبرداری کرده و میزان بعضی مواد را در خون اندازهگیری کنند. در کنار این ابزارها برای نمایش سلولها، باکتریها، ویروسها و تک مولکولهای موجود در بدن نیز میتوان از میکروسکوپی الکترونی مانند AFM و STM استفاده کرد. پیشرفت فناورینانو در دستیابی به ابزارها و مواد نانومقیاس میتواند به طور غیر مستقیم سبب توسعه نانوپزشکی شود. بنابراین پیشبینی میشود که با توسعه فناورینانو، بهویژه فناورینانو مولکولی، نانوپزشکی نسبت به سایر حوزهها رشد چشمگیرتری داشته باشد، تا جائیکه محصولات نانوپزشکی حدود 80% بازار جهانی محصولات فناورینانو را به خود اختصاص خواهد داد.فناورينانو تپش قلب و تنفس را تبديل الکتريسيته ميکند
| دانشمندان مؤسسه فناوري جرجيا توانستهاند براي جمعآوري انرژي مکانيکي از حرکات بدن تحت شرايط يک محيط مصنوعي، يک نانوژنراتور بسازند که از حرکات عضلهها نيرو ميگيرد. آنها با استفاده از اين نانوژنراتور تبديل انرژي زيستمکانيکي به الکتريسيته را شرح دادهاند. ژانگ لين وانگ، سرپرست اين دانشمندان ميگويند که اگر چه اين نانوژنراتورها تحت شرايط يک محيط طبيعي قابل استفاده ميباشند، اما قبل از بکارگيري آنها در داخل بدن بايد بعضي از مسائل مهم از قبيل زيستسازگاري و سميتشان بررسي شود. اين پژوهشگران با کاشت يک نانوژنراتور در يک موش زنده براي جمعآوري انرژي توليدشده به وسيلهي تنفس و تپش قلبش، براي اولين بار بکارگيري فناورينانو براي تبديل حرکت فيزيکي بسيار کوچک به الکتريسيته در يک محيط طبيعي، را شرح دادهاند. وانگ ميگويد: مطالعه ما توان بالقوه بهکارگيري نانوژنراتورها را براي جمعآوري انرژي عضلهاي فرکانس پايين توليدشده به وسيلهي يک حرکت فيزيکي بسيار کوچک را نشان ميدهد. اين انرژي را ميتوان به الکتريسيته تبديل کرد و براي راندن افزارهها در داخل محيط طبيعي استفاده کرد. |
 |
| يك نانوژنراتور مبتني بر يك نانوسيم پيزوالكتريك منفرد. |
| نانوژنراتور انعطافپذير ساخته شده به وسيلهي اين محققان بر کشيدن و رهاکردن دورهاي يک نانوسيم پيزوالکتريک که در دوانتها به الکترودهاي فلزي متصل است، مبتني ميباشد. اين نانوسيم و الکترودهاي فلزي به يک بستر انعطافپذير محکم متصل شدهاند. اين پژوهشگران براي آزمايشات خود از يک نانوسيم اکسيد روي پيزوالکتريک با قطري بين 100 تا 800 نانومتر و طولي بين 100 تا 500 ميکرومتر استفاده کردند. اين نانوسيم با استفاده از يک فرآيند ترسيب بخار فيزيکي رشد داده شده بود. وانگ توضيح داد: ما دو انتهاي اين نانوسيم را با استفاده از چسب نقره محکم به سطح يک بستر پليآميدي انعطافپذير ثابت کرديم و دو سيم سربي نيز به اين دو انتها متصل کرديم. به دليل حضور سيالات زيستي در محيط طبيعي، کل اين افزاره را با يک پليمر انعطافپذيري پوشش داديم. اين نانوژنراتور براي تبديل انبساط و انقباض دورهاي ديافراگم يک موش به الکتريسيته، به وسيلهي يک چسب بافتي به سطح ديافراگم متصل شد. اين محققان در طول مدت استنشاق (دم) يک پالس جريان/ ولتاژ مثبت مشاهده ميکردند که بلافاصله بهنگام بازدم به پالس جريان / ولتاژ منفي تبديل ميشد. بهطور متوسط، بزرگي اين سيگنالهاي ولتاژ و جريان به ترتيب يک ميلي ولت و يک پيکوآمپر بود. نتايج اين تحقيق در مجلهي Nature Nanotechnology منتشر شده است. |
پژوهشگران دانشگاه ملي سنگاپور موفق به ارائه روشي براي درمان سرطان شدند روشي که ميتواند عوارض جانبي کمتري داشته باشد. اين گروه تحقيقاتي به رهبري ژانگ يانگ معتقدند که اين روش ميتواند رشد تومور را متوقف کرده و بيان ژن را در موش کنترل کند. اين اولين باري است که از نانوذرات براي درمان فتوديناميک غيرمخرب سرطان استفاده ميشود.
اين تيم تحقيقاتي با استفاده از نانوذراتي که ميتواند تابش پرتوهاي مادون قرمز نزديک را به اشعه ماوراء بنفش تبديل کند، بيان ژن را کنترل کردند. ميتوان اين نانوذرات را بهدرون سايتهاي بدن بيمار وارد کرد تا آنها کارشان را انجام دهند. اين ژنها در نهايت موجب تشکيل پروتئيني ميشود که کنترل رفتار طبيعي سلولها را به عهده دارد. هرچند گاهي اوقات اين فرآيند اشتباه عمل کرده و منجر به برخي سوء رفتارها ميشود که نتيجه آن بيماريهاي مختلف است. اما پزشکان با استفاده از بيان ژن توسط اشعه ماوراء بنفش بر اين مشکل فائق آمدند. با اين تفاسير، استفاده از پرتوهاي ماوراء بنفش بيش از آنکه مفيد باشند، مضر هستند.
ژانگ رهبر اين تيم تحقيقاتي ميگويد پرتوهاي مادون قرمز نزديک هم سمي نيستند و هم ميتوانند در بخشهاي عميق بافت ايجاد شوند. زماني که اين پرتوها به نقاط عميق بدن ميرسد، نانوذراتي که ما ساختيم قادرند اين پرتوها را به پرتوهاي ماوراء بنفش تبديل کنند. با اين کار پروتئين مورد نظر توليد ميشود از آنجايي که مقدار پرتوهاي ماوراء بنفش توليد شده قابل کنترل است بنابراين مقدار پروتئين توليد شده نيز قابل کنترل خواهد بود. نتايج اين تحقيق در Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رسيده است.
از آنجايي که اين نانوذرات ميتوانند پرتوهاي تابيده شده را به نور مرئي تبديل کنند، کاربردهاي اين روش براي درمان بيماريهاي مختلف بسط پيدا ميکند. در روش پرتودرماني، از نور مرئي براي فعال کردن داروي حساس به نور استفاده ميشود که در نهايت دارو موجب درمان تومور ميشود. اما در اين روشها نور مرئي تا عمق زيادي نفوذ نميکند بنابراين براي درمان تومورهايي که در بخشهاي عميق بدن هستند مناسب نميباشد.
در اين روش جديد، داروها با استفاده از پرتوهاي مادون قرمز که توانايي نفوذ بالايي دارند فعال ميشود. اين پروژه در موسسه فناوري آاستار سنگاپور انجام شده است.
پتنت يکي ديگر از داروهاي نانويي ضد سرطان به ثبت رسيد
گروهی از دانشمندان فناوری نانو سیستمی را اختراع کردهاند که با استفاده از آن یک نانوذره، داروی ضد سرطان را حمل کرده و آن را تنها در داخل سلول سرطانی آزاد میکند و بدین ترتیب از سلولهای سالم اطراف محافظت میشود.
این تحقیقات که در ایالات متحده آمریکا انجام شده است اخیرا پتنت شده است. رائو پاپیننی، دانشمند نانوفناوری مذکور بیان کرد که تقاضانامه پتنت آنها در 19 ژوئن تائید شده است (شماره پتنت: US 8,202,544 B2).
دکتر پاپیننی دانشمند و محقق ارشد در زمینه کاربردهای فناوری نانو در شرکت کراستریم هلت آمریکا به همراه همکارانش، برای این پتنت در سال 2009 پرونده تشکیل دادند. او میگوید: «این پتنت بصورت بالقوه روش اجرای پرتودهی را تغییر خواهد داد. این فناوری پایش و تعیین محل تومور را بهبود خواهد داد و در انتقال به شدت هدفمند دارو برای از بین بردن سلولهای سرطانی کمک خواهد کرد.»
دکتر پاپیننی به همراه الان پولاک، رئیس بخش رادیوتراپی دانشگاه میامی، در مورد توانایی نانوذرات برای انتقال هدفمند دارو تحقیق کردهاند. بصورت کلی نانوذره مشابه ماشینی است که ضمن انتقال دارو به بافت سرطانی و تخریب بافت مذکور میزان آسیب رسانی به بافتهای سالم و عادی را در طی پرتودرمانی کاهش میدهد.
دکتر پاپیننی میگوید: «عنوان این پتنت «حاملهای غیرویروسی با ظرفیت بالا» است. این حاملهای غیرویروسی همان نانوذرات هستند. این نانوذرات امکان رسیدن دارو به محل بیماری را با دقت زیاد میسر ساخته و عملکرد دارو را افزایش میدهند.» |
Nanostructures for Medicine and Pharmaceuticals
Xing-Jie Liang,1 Anil Kumar,1 Donglu Shi,2,3 and Daxiang Cui41CAS Key Laboratory of Biomedical Effects of Nanomaterial and Nanosafety, National Center for Nanoscience and Technology of China, Beijing, China
2The Institute for Advanced Materials and Nano Biomedicine, Tongji University, Shanghai 200092, China
3School of Electronic and Computing Systems, College of Engineering and Applied Science, University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221, USA
4Institute of Micro/Nano Science and Technology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, ChinaReceived 22 March 2012; Accepted 22 March 2012Copyright © 2012 Xing-Jie Liang et al.
This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.The rapid developments in nanostructured materials and nanotechnology will have profound impact in many areas of biomedical applications including delivery of drugs and biomolecules, tissue engineering, detection of biomarkers, cancer diagnosis, cancer therapy, and imaging. This field is expanding quickly, and a lot of work is ongoing in the design, characterization, synthesis, and application of materials, for controlling shape and size at nanometer scale to develop highly advanced materials for biomedical application and even to design better pharmaceutical products. In recent years, novel nanostructure with multifunctionalities has been focused on the use of nanostructures toward solving problems of biology and medicine. The main scope of this special issue is to demonstrate the latest achievement of nanotechnology and its application in nanomedicine particularly in new approaches for drug delivery such as targeted drug delivery system, nanostructure for drug storage, nanomaterials for tissue engineering, medical diagnosis and treatment, and generation of new kinds of materials from biological sources. Therefore, many critical issues in nanostructured materials, particularly their applications in biomedicine, must be addressed before clinical applications. This special issue devotes several review and research articles encompassing various aspects of nanomaterials for medicine and pharmaceuticals.We have invited colleagues from worldwide who have been exploring their research in biomedical applications of nanomaterials for design of medicine and pharmaceuticals.The paper by S. M. Christensen et al. focuses on the applications of various nanostructures and nanodevices in clinical diagnostics and detection of important biological molecules. They have introduced some basic techniques of micro-/nanoscale fabrication that have enabled reproducible production of nanostructures. In the same section, the paper by A. Kumar et al. has broadly mentioned the significant properties of gold playing an important role for the diagnosis of cancer and HIV. S. Jin et al. emphasized the application of quantum dots in biological imaging, and H. Yim et al. mentioned magnetic-resonance-imaging- (MRI-) based contrast agents and multifunctional materials for diagnosis and therapy.The following section covers the nanomaterials used for pharmaceutical drug delivery and tissue engineering in which C.-W. Li et al. investigated the self-emulsifying drug delivery systems (SEDDSs). Another author has synthesised the starch-chitosan hydrogel, prepared by using the oxidation method, while some papers discussed polybutylcyanoacrylate for oral delivery. One paper mentioned PMAA- (poly(methacrylic acid)-) coated gelatin nanoparticles encapsulated with fluorescent dye for cell imaging. Some papers discuss clay-based polyurethane nanocomposite as local triamcinolone acetonide delivery system. J. Ali et al. mentioned “Fabrication of coated-collagen electrospun PHBV nanofiber film by plasma method and its cellular study.” Z. Yang et al. have investigated optimization and preparation of amphotericin B Cubosomes for an oral delivery. In the same section, some of papers discuss the delivery of siRNA and its current challenges for cancer therapy. P. He et al. mentioned toxicity of TiO2 nanopowder, and another paper discusses “Mechanical properties of chitosan-starch composite filled hydroxyapatite micro- and nanopowders for biological applications.” F. Li et al. investigated the gene delivery in drug-resistant A2780/DDP ovarian cancer cell line via magnetofection.In another session, X. Junzheng et al. mentioned “Biodistribution study of 60Co–Co graphitic-shell nanocrystals in vivo.” X. Cheng et al. studied about “Characterization of multiwalled carbon nanotubes dispersing in water and association with biological effects,” and C. Riggio et al. comprehensively described the nanooncology and its clinical applications for cancer therapy. In the final section, Z.-S. Chen et al. mentioned the synthesis of nanoparticles from microorganisms and their applications, W. Zhang et al. studied “The effect of superhydrophobic surface of titanium on Staphylococcus aureus adhesion,” and Th. S. Dhahi et al. demonstrated the “Fabrication of lateral polysilicon gap of less than 50 nm using conventional lithography.”In summary, the development of novel nanoplatform for the diagnosis and treatment of disease would continue to remain an area of great attention in the field of nanomedicine. In this special issue, we do hope some covered aspects will also provide some interesting information to the readers and researchers to design better pharmaceutical products for human welfare.AcknowledgmentsThe Editors would like to appreciate all the authors and coauthors of these papers comprising this special issue for their scientific and research contribution. Moreover, the editors would like to express their thanks to all the reviewers for their time and dedication. We hope that this special issue will attract a wide range of readers/researchers who are working or will join this challenging and fast-developing field.Xing-Jie Liang
Anil Kumar
Donglu Shi
Daxiang Cui
بدن انسان از ساختارهای مولکولی فعال و پیچیده ای ساخته شده است و زمانی
که این ساختارها دچار آسیب شوند، سلامتی انسان تهدید می شود .روشهای
متفاوتی برای تشخیص بیماریها وجود دارند .به عنوان مثال یک پزشک می تواند
از طریق سوالاتی که از بیمار می پرسد یا عکس گرفته شده با اشعه X و یا
جراحی ، به علل یک بیماری پی ببرد .پزشکان قادر به تشخیص بیماریهای مختلفی
هستند ولی تاکنون بیماریهای بسیاری نیز ناشناخته و مرموز باقی مانده اند
.شناخت یک بیماری به معنای داشتن اطلاعاتی کامل راجع به آن نیست .مثلا
پزشکان می توانند قبل از اینکه در مورد نوع میکروب اطلاعاتی داشته باشند،
عفونت را تشخیص دهند .بدون در نظر گرفتن درمانهایی از قبیل ماساژ دادن و
پرتوافکنی ، جراحی و مصرف داروها دو نوع اصلی درمان هستند .
جراحی روشی
مستقیم برای برطرف کردن ناراحتیهای بدن است که امروزه توسط متخصصان مجرب و
آموزش دیده انجام می شود .جراحان به منظور درمان ، برای برداشتن غدد
سرطانی ، برطرف کردن انسداد رگها و حتی جایگزین کردن اعضای مختلف ، پوست و
بافت بدن را برش می دهند .این روش می تواند خطرات بسیاری در برداشته باشد
.به هوش نیامدن ، مقاومت بدن در برابر عضو جدید و از بین رفتن سلولها،
نمونه ای از این خطرات هستند .جراحان کنترل دقیق بر عمل جراحی ندارند .بدن
انسان توسط ماشینهای مولکولی که اکثرا داخل سلولها هستند، فعالیت می کند
بدن
انسان از ساختارهای مولکولی فعال و پیچیده ای ساخته شده است و زمانی که
این ساختارها دچار آسیب شوند، سلامتی انسان تهدید می شود .روشهای متفاوتی
برای تشخیص بیماریها وجود دارند .به عنوان مثال یک پزشک می تواند از طریق
سوالاتی که از بیمار می پرسد یا عکس گرفته شده با اشعه X و یا جراحی ، به
علل یک بیماری پی ببرد .پزشکان قادر به تشخیص بیماریهای مختلفی هستند ولی
تاکنون بیماریهای بسیاری نیز ناشناخته و مرموز باقی مانده اند .شناخت یک
بیماری به معنای داشتن اطلاعاتی کامل راجع به آن نیست .مثلا پزشکان می
توانند قبل از اینکه در مورد نوع میکروب اطلاعاتی داشته باشند، عفونت را
تشخیص دهند .بدون در نظر گرفتن درمانهایی از قبیل ماساژ دادن و پرتوافکنی ،
جراحی و مصرف داروها دو نوع اصلی درمان هستند .
جراحی روشی مستقیم
برای برطرف کردن ناراحتیهای بدن است که امروزه توسط متخصصان مجرب و آموزش
دیده انجام می شود .جراحان به منظور درمان ، برای برداشتن غدد سرطانی ،
برطرف کردن انسداد رگها و حتی جایگزین کردن اعضای مختلف ، پوست و بافت بدن
را برش می دهند .این روش می تواند خطرات بسیاری در برداشته باشد .به هوش
نیامدن ، مقاومت بدن در برابر عضو جدید و از بین رفتن سلولها، نمونه ای از
این خطرات هستند .جراحان کنترل دقیق بر عمل جراحی ندارند .بدن انسان توسط
ماشینهای مولکولی که اکثرا داخل سلولها هستند، فعالیت می کند .جراحان قادر
به دیدن مولکولها و در نهایت ترمیم آنها نیستند .بنابراین علم کنونی قادر
به درمان کامل بیماریها و یا حتی تشخیص بسیاری از بیماریها نیست .پزشکان
همواره سعی کرده اند که به بدن کمک کنند تا خود عمل درمان و التیام بخشی را
انجام دهد .در ابتدا این عمل روند کندی داشت ولی با به کارگیری متدها و
تجهیزات جدیدی که امروزه وارد عرصه پزشکی شده اند، سرعت زیادی به خود گرفته
است .در آینده ای نه چندان دور، بیماریهای مهلکی چون ایدز و سرطان ، قابل
پیشگیری و درمان خواهند شد .اگر تصور چنین مساله ای برایتان غیر ممکن است ،
به پیشرفتهای جهان پزشکی توجه کنید .در زمان قدیم تصور بریدن بدن انسان به
وسیله کارد آن هم بدون احساس هیچ گونه دردی ، ناممکن بود .وجود بیماریهای
لاعلاج بسیاری که در دوران قدیم وجود داشته اند و اکنون داروهایی برای
درمان آنها کشف شده است ، این امید را برای ما زنده نگه می دارد که در
آینده ای نزدیک تمام بیماریها قابل پیشگیری و درمان خواهند بود .
قابلیتها
و توانمندیهای نانوپزشکی این نکته را گوشزد می کند که می توان به زندگی و
زنده بودن امیدوار بود .امروزه ممکن است در عنفوان جوانی حمله قلبی یا
سرطان ناگهانی و غیر منتظره به سراغ مان بیایند .اما به راستی بیماران در
حال مرگ چگونه می توانند از فواید تکنولوژیهای آتی پزشکی بهره جویند‚ چگونه
می توان از ساختار فیزیکی بدن محافظت کرد تا پیشرفتهای تکنولوژی پزشکی در
آینده ، سلامتی را به بیماران باز گرداند .
موضوعی خارق العاده در علم
پزشکی مطرح شده است مبنی بر اینکه بیماران در حال مرگ را می توان منجمد کرد
و سپس به مدت چندین دهه یا حتی چندین قرن در نیتروژن مایع نگهداری کرد تا
زمانی که تکنولوژی پزشکی به حدی پیشرفت کند که قادر به بازگرداندن سلامتی
آنها شود.
نانوتکنولوژی ، تکنولوژی برتر قرن بیست و یکم است که امکان
ساخت ماشین های مولکولی پیچیده را در اختیار ما قرار می دهد .نانوپزشکی فن
به کارگیری تدابیر نانوتکنولوژی است و راه حلی است برای پایان دادن به
بحرانهای جهانی مراقبتهای پزشکی .
نانوتکنولوژی قادر به پیشگیری و
معالجه بیماریهاست .البته این مبحث هنوز در حال گذراندن مراحل اولیه خود
است ولی توان متغیر ساختن علم پزشکی قرن بیست و یکم را داراست .ابتدایی
ترین تجهیزات نانوپزشکی را می توان در تشخیص بیماریها به کار گرفت .
در
کنار تمام داروها وتجهیزات پزشکی که نانوتکنولوژی برای علم پزشکی به
ارمغان آورده است ، نانوروباتهای ساخته شده می توانند تا بدانجا توسعه داده
شوند که بدون هیچ آسیب و ناراحتی وارد بدن شوند و به تشخیص بیماریها و
درمان آنها بپردازند .نانوروباتها قادر به ترمیم سلولها، بافتها و اعضاء
هستند .بیماریهایی چون سرطان ، هموفیلی ، آرتروز، رماتیسم ، ایدز و برخی از
بیماریهای ذهنی توسط آنها کنترل می شود و در نهایت از بین می رود
.نانوروباتها به قدری کوچکند که می توانند به راحتی از میان رگها عبور کنند
.این روباتها طور ی طراحی شده اند که توسط سرنگ به بدن انسان تزریق می
شوند و سپس از طریق رگها و دیگر مسیرهای سلولی در بدن انسان گردش می کنند
.نانوروباتها یا نانوماشین ها می توانند اعضای داخلی بدن و چگونگی کارکرد
آنها را تنظیم کنند و به قدری پیشرفته اند که در جراحی پلاستیک نیز به کار
گرفته می شوند .با وجود نانوروباتها، انسانها قادرند فرم بدن خود را از نو
بسازند و حتی جنسیت خود را تغییر دهند .این نانوروبات ها در زمینه های
پزشکی همچون موارد زیر نیز کاربردهای فراونی دارند:
تغییر شکل دادن DNA
مستحکم کردن استخوانهای شکسته
تغییر رنگ مو، چشم و پوست
با
تزریق نانوماشین ها به ماهیچه می توان توانایی انسان را افزایش داد
.نانوماشین ها می توانند جایگزین گلبولهای خون نیز شوند و خونی بسازند که
قابلیت نقل و انتقال وترمیم سلولهای مختلف بدن را داشته باشد و موجب حیات
ابدی شود .خون ساخته شده ارزان قیمت خواهد بود و از لحاظ کارآیی همانند خون
معمولی است و بدون در نظر گرفتن گروه خونی قابل تزریق به همه انسانها نیز
هست .
نانوماشین های نانوپزشکی به وجود آورنده مرحله جدیدی از تکامل
انسانی هستندکه سبب بقاء بشر می شوند .نانو ماشین ها طوری طراحی شده اند که
قادر به ساخت اتم ها و در نتیجه درمان بسیاری از بیماریهای مزمن امروزی
هستند .
تصلب شرائین یکی از این بیماریهاست .در اثر این بیماری ،
کلسترول در دیواره های داخلی رگها رسوب می کند و سبب تنگ شدن رگها می شود
.زمانی که شاهرگهای قلب نیز بر اثر این بیماری تنگ شدند، آن گاه خطر احساس
می شود .هنگامی که جریان خون محدود می شود، بافتهایی که توسط رگها تغذیه می
شوند، خواهند مرد .اولین نشانه های گرفتن رگها در قلب ، بروز آنژین است
.اگر بیماری پیشرفته شود، ماهیچه های قلب می میرند و سبب حمله قلبی می شود
.بدین منظور نانوماشین هایی طراحی و برنامه ریزی شده اند که قادر به جستجو،
یافتن و برطرف کردن رسوبات کلسترول و در نتیجه باز کردن مجدد رگها هستند
.با کمک نانو ماشین های ترمیم کننده سلولها، می توان مشکلات مربوط به
سلولها و بافتها را برطرف کرد .بدین منظور ماشین های ترمیم کننده سلولها به
ابزارها و گیرنده های حسی در ابعاد مولکولی احتیاج دارند .اندازه این
ماشین ها با اندازه باکتریها و ویروسها برابر است .ماشین های ترمیم کننده
سلولها می توانند در مسیر جریان خون حرکت کنند و همان گونه که ویروس ها
داخل سلولها می شوند، به سلولها وارد شوند .نانوماشین ها با تست کردن محتوا
و فعالیت سلولها، مشکلات موجود را مشخص می کنند .نانوماشین ها برحسب مشکل
تشخیص داده شده ، تعیین می کنند که آیا سلول باید ترمیم شود و یا اینکه از
بین برود .برای درمان سرطان نیز از این روش استفاده می شود .در ضمن ، کنترل
این نانوماشین ها توسط نانوکامپیوتر صورت می گیرد .
از آنجایی که تمام
ناراحتی ها و مشکلات فیزیکی انسان در اثر تغییر آرایش اتمها صورت می
پذیرد، ماشین های ترمیم کننده سلولها، اتمها را به محل صحیح خود باز می
گردانند و مشکل را برطرف می کنند .با وجود جالب بودن این موضوع ، باید در
نظر داشت که برطرف کردن ناراحتی های فیزیکی به تنهایی نمی تواند مشکل اصلی
را رفع کند .به عنوان مثال اگر فردی دچار ضربه مغزی شود، بافتهای آسیب دیده
او ترمیم می شوند اما اطلاعاتی که در سلولهای مغز ذخیره شده بودند از بین
می رود .یکی از مواردی که توسط نانوتکنولوژی قابل درمان نیست مربوط به
سلامتی ذهن است .با این وجود برخی از تواناییهای ذهنی از طریق بازیابی سطوح
هورمونی و شیمیایی مغز، درمان می شوند .
مشکل کهولت نیزتوسط نانوماشین
ها برطرف می شود .ناتوان شدن استخوانها، چروک شدن پوست ، کاهش فعالیت
آنزیمها، التیام کند و آهسته زخمها، ضعیف شدن حافظه و تمامی مشکلات ناشی از
کهولت در اثر آسیب مولکولها، موجب عدم توازن شیمیایی و تغییر ساختارهای
مولکولی می شوند.اگر ماشین های ترمیم کننده سلولها بتوانند سلولها و
ساختارهای آسیب دیده را ترمیم کنند، روند کهولت خیلی آرامتر طی خواهد شد
.درنتیجه پیشرفت نانوتکنولوژی و نانوپزشکی ، ممکن است میانگین عمر انسان
زمانی به صدها تا هزاران سال برسد.
درمان بیماریها با ابزارهای نانوتکنولوژی
با
ادغام شرکت های Star pharma و panibo و جذب افراد سرشناسی چون
دونالدتومالیا کاشف درخت سان ها ، توسط این شرکت ها امکان انجام تحقیقات
گسترده تر بر روی ملکولهای درخت سان فراهم گردید ه است. شرکت Starpharma در
نظر دارد تا ا بهره گیری از خواص ویژه درخت سان ها به ابداعات جدیدی در
زمینه دارو درمانی و دارورسانی دست یابد. بگفته آنها درخت سان ها اولین
نانو ساختارهایی خواهند بود که مانند دارو وارد بدن انسان خواهند شد.
17
سپتامبر 2001- جانراف نیز مانند مکانیک ، مهندس یا دانشمند برای کارش به
ابزارهای دقیقی نیاز دارد. اما جائیکه دیگران به دنبال آچار، گیج یا
پیچگوشتی هستند، دکتر راف و تیم محققش در Starpharma در جستجوی لوله
آزمایش هستند.
از سال 1996 آنها در حال پیشرفت بودهاند و ابزارهایی
مولکولی با ابعاد یک میلیاردم متر(نانومتر) ساختهاند. این ابزارها
دقیقترین ابزارها و وسایلی هستند که تا به حال توسط بشر ساخته شده است.
این
گروه در شرکت Starpharma واقع در ملبورن، با مجهز شدن به این مولکولها،
ترکیبات و داروهایی را توسعه دادهاند، که امیدوارند بیماریهای کشنده مانند
ایدز، سرطان، هپاتیتها و قوباء را معالجه و یا از آنها جلوگیری کنند.
هفته
گذشته این شرکت گام مهمی برای رسیدن به این هدف برداشت و خبر داد که شرکت
تشخیص طبی Panbio Limited به DNL (Dendritic Nanotechnologies Ltd.) پیوسته
است- شرکتی که قبلاً توسط Starpharma و دونالد تومالیا (شیمیدان دانشگاه
مرکزی میشیگان) یکی از پیشگامان در این زمینه تاسیس شده بود.
دکتر راف
میگوید، همبستگی باعث تلفیق تخصص پیشگامان سه حوزه علمی در استفاده از
درختسانها (dendrimers)، که مولکولهای دستساز بزرگی هستند، میشود. او
میگوید، دکتر تومالیا و تیم محققش در توسعه ساختارهای درخشان پیشقدم بودند
درحالیکه Starpharma دو یا سه سال است که شروع به رقابت در استفاده از
درختسان برای داروسازی کرده است.
با کار در سطح اتمی، دانشمندان در DNL
درختسانهایی میسازند،که نزدیک به 1000 اتم دارند و تقریباً بزرگترین
مولکولهای جهان هستند. یکی از خصوصیاتی که درختسانها را بینظیر میسازد،
این است که کاملاً یک شکل ساخته میشوند. دکترراف میگوید، چیزی که آنها
را خیلی مفید ساخته این است که میتوان رفتارشان را از لحاظ شیمیایی
دستکاری کرد. " آنها شبیه مولکولهای معمولی رفتار نمیکنند. آنها تقریباً
شبیه ساختارهای مکانیکی رفتار میکنند و میتوانیم آنها را وارد کنیم تا
آنچه را که ما میخواهیم انجام دهند: به کبد بروند، روی سطح سلول بنشینند،
یا به درون آن بروند."
دکتر راف میگوید، این راهکارها در معالجه پزشکی
متحولکننده هستند. درختسانها میتوانند شبیه پروتئینها ساخته شوند و
مانند داربست عمل نمایند و چندین عامل مختلف مقابلهکننده با بیماری را بر
روی خود به جاهای مخصوص دارای عفونت حمل کنند.
دکتر را ف میگوید شرکت
Panbio در مورد شناسایی کاربردهای درختسانها پیشرفتهایی کرده است. با
تغییر دادن سطح یک درختسان، مواد مختلف را میتوانیم وادار کنیم به آن
بچسبند، که این میتواند باعث دقت خیلی بالایی در تشخیص بیماریها شود. او
میگوید ، DNL درختسانها را در عرض چندماه خواهد فروخت و Starpharma پس از
تصویب اداره مرکزی غذا و داروی ایالات متحده (FDA) آزمایشهای انسانی را از
نیمه اول سال بعد شروع خواهد کرد. او میگوید :"درخت سانها اولین
نانوساختارهایی خواهند بودکه مانند دارو وارد بدن انسان خواهند شد."
در ضمن در کنار تحقیقات آنها، یک مسیر کلیدی پژوهشی هم وجود دارد تا قیمت محصول درختسان را پایین بیاورد
|
||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
محققان در سالهاي اخير با اين چالش دست به گريبان بودهاند که بتوانند تأثير عوامل درماني را از طريق رسانش آنها به سلولهاي خاص درون بدن افزايش داده و در عين حال تأثير منفي آنها را روي سلولهاي سالم به کمترين مقدار خود برسانند.
در اين زمينه استفاده از روشهاي جديدي که از نانومواد مهندسي شده براي انتقال داروها و رسانش مستقيم آنها به سلولها بهره ميبرند، نويدبخش بوده است. با وجودي که سامانههاي رسانشي مختلفي از اين دست براي کاربردهاي باليني مورد تأييد قرار گرفتهاند، اما مشکل تمام اين سامانهها محدوديت اندازه و ناکارامدي آنها در هدفگيري دقيق بافتهاست.
حال گروهي از محققان دانشگاه کاليفرنيا در لوسآنجلس با استفاده از فناوري نانو ابزار جديد و بسيار کاراتري براي رسانش هدفمند داروها ابداع کردهاند.
آنها در مقاله خود نشان دادهاند که چگونه ميتوان نانوديسکهاي حاوي دارو را درون نانوذرات گنبدي(Vault nanoparticles) بستهبندي کرد. اين ذرات کپسولهاي نانومقياس طبيعي هستند که براي رسانش داروها مهندسي شدهاند.
نانوذرات گنبدي در سيتوپلاسم تمام سلولهاي پستانداران يافت شده و يکي از بزرگترين کمپلکسهاي ريبونوکلئوپروتييني شناخته شده در مقياس زير 100 نانومتر بهشمار ميروند. اين نانوذرات بشکهاي شکل با دارا بودن فضاي داخلي بزرگ و توخالي، گزينههاي مناسبي براي طراحي حاملهاي رسانش دارو به شمار ميروند.
گنبدهاي نوترکيب غيرايمنيزا بوده و متحمل تغييرات مهندسي زيادي شدهاند که از آن جمله ميتوان به هدفگيري گيرنده سطح سلول و کپسوله کردن محدوده وسيعي از پروتيينها اشاره کرد.
حفره داخلي يک نانوذره گنبدي آن قدر بزرگ است که ميتواند صدها مولکول دارو را در خود جاي دهد. از سوي ديگر خود اين ذراتگنبدي به اندازه يک ميکروب هستند و بنابراين ميتوانند به راحتي همراه با محتواي خود وارد سلولهاي هدف شوند.
محققان UCLA با هدف ايجاد يک ذره گنبدي که بتواند ترکيبات درماني را در خود کپسوله کند، راهکاري براي بستهبندي نانوذره ديگري به نام نانوديسک درون حفره داخلي ذره گنبدي ارائه کردهاند. دانيل بوهلر يکي از محققان اين کار ميگويد: با کپسوله کردن نانوديسکهاي حاوي دارو درون حفره ذره گنبدي، اين نانوديسکها و محتواي آنها از محيط بيروني محافظت ميشوند.
به علاوه، با توجه به فضاي داخلي بزرگ ذره گنبدي، ميتوان چندين نانوديسک را درون آن کپسوله کرد که اين کار غلظت موضعي داروي رها شده را افزايش داده و شانس درمان را افزايش ميدهد.
داروسازی و فناوری نانو
فناوری نانو یكی از آخرین دستاوردهای علمی است. طبق بررسی های شورای پژوهش های اجتماعی _ اقتصادی انگلستان، فناوری نانو از جمله موارد رو به گسترش و مورد توجه اجتماعی _ اقتصادی است. بحث هایی كم و بیش در زمینه كاربرد این نوع فناوری چه منتقدانه و یا طرفدارانه وجود دارد. بیشترین اشكالی كه منتقدان در این زمینه وارد می كنند، ترس از انباشته شدن كره زمین از وجود موادی است كه ممكن است این فناوری در پی داشته باشد و به نوعی خطرناك باشد. اما نقطه نظر طرفداران سرسخت این نوع فناوری بیشتر متوجه تاثیر مثبت آن در ارتقای زندگی، تولیدات جدید و توسعه گرانه و تولید محصولات ارزان تر است.
به طور كلی این فناوری عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یك نانومتر، یك میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد میتوان دسترسی پیدا كرد. یك مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است.
● فناوری نانو
به طور كلی این فناوری عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یك نانومتر، یك میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد می توان دسترسی پیدا كرد. یك مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است. در نوع اول، ساختارهای نانو با كمك ابزار و تجهیزات دقیق از خرد كردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند. در طراحی و ساخت از پایین به بالا كه عموما آن را فناوری مولكولی نیز می نامند، تولید ساختارها، اتم به اتم و یا مولكول به مولكول تولید و صورت می گیرند. به عقیده مدیر اجرایی موسسه نانوتكنولوژی انگلستان، فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه كردن است و به این طریق تولید مواد، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانومتر انجام می شود. درحقیقت فناوری نانو به ما امكان ساخت و طراحی موادی را می دهند كه كاملا دارای خواص و اختصاصات جدید هستند.
به بیان دیگر این نوع فناوری چیزهایی را كه در اختیار داریم با خصوصیات جدید در اختیار قرار می دهد و یا آنها را از مسیرهای نوینی می سازد. اما گویا صنایع داروسازی از مدت ها قبل به ساخت ذرات ریز مشغول بوده اند. به نظر پروفسور Buckton، طی سخنرانی كه در كنفرانس علوم دارویی انگلستان1 انجام داد ادعا نمود كه فناوری نانو در داروسازی، اصطلاح تازه به كار گرفته شده ای برای فناوری تولید ذرات در اندازه میكرونی2 است كه از سال ها قبل تهیه و ساخته می شده اند. پس چه چیزی در این بین، جدید خواهد بود؟ به عقیده مدیر اجرایی موسسه فناوری نانو انگلیس، دستیابی و ساخت دستگاه های آنالیز پیشرفته و ابداع روش های آنالیز نوین سبب می شود تا ما بتوانیم رفتار مواد را به دقت مورد شناسایی قرار دهیم و از این رهگذر بتوانیم آنها را با ظرافت خاصی دستكاری كنیم.
● تغییر در خصوصیات دارویی
كاربرد فناوری نانو در پزشكی تاثیرات مهمی دارد. شركت Elan یكی از شركت هایی است كه از فناوری نانو در تغییر ذرات دارویی استفاده می كند. این شركت فرایند آسیاب كردن كریستال های نانو را در اختیار دارد كه اجازه می دهد بعد از این فرایند، ذراتی مانند داروی Sirolimns متعلق به شركت Wyeth كه اجبارا می بایست در فرمولاسیون محلول خوراكی به كار برند، بهبود یافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارایه نمایند. یعنی با تهیه ذرات نانو فرم محلول این ماده به فرم جامد تبدیل می شوند. داروی Sirolimns به عنوان یك تضعیف كننده سیستم ایمنی همراه سایر فرآورده های دارویی در موارد پیوند اعضا مانند پیوند كلیه به كار می رود. این شركت مدعی است كه با كاهش سایز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداری كه بتواند به فرم قرص ارایه شود افزایش می یابد. از نظر تجاری این نوع فناوری آسیاب نمودن فقط مختص داروهای با حلالیت بسیار ضعیف است، اما به عقیده این شركت ۴۰ الی ۵۰ درصد فرآورده های جدید (NCE) تقریبا در این رده قرار می گیرد. فناوری نانو همچنین در زمینه داروهای پپتیدی كه عمدتا برای محفوظ ماندن از متابولیسم می بایست به فرم تزریقی تجویز شوند به كمك آمده است و شرایطی را می تواند فراهم نماید تا آنها را بتوان از طریق سایر روش های داروسازی ونیز مورد پذیرش بیمار تجویز كرد.
شركت Xstal Bio كه با دانشگاه های Glasgow Strathelyde همكاری می كند، توانسته است كریستال های نوینی بسازد كه با ذرات پروتئینی پوشش داده شده اند. مدیر اجرایی شركت Xstal Bio معتقد است كه اغلب شركت ها، برای تهیه ذرات نانو از مسیر خرد كردن ذرات بزرگ تر به ذرات كوچك تر استفاده می كنند، اما آنها فرایندی را در اختیار دارند كه مستقیما ذرات كوچك از آن تهیه می شود، بدون آنكه احتیاج به فرایند زیادتری داشته باشند. این فرمولاسیون انسولین استنشاقی را انجام می دهد. بیماران می توانند به سادگی با اسپری كردن و تنفس آن، پودر خشك انسولین و یا یك پروتئین دیگری را دریافت كنند. برای اینكه این راه تجویز به طور موثر در اختیار باشد، ذرات محتوی آن باید آنقدر ریز باشند تا بتوانند در بخش های عمقی مجاری تنفسی نفوذ كنند والبته آنقدر ریز هم نباشد تامبادا پس از مصرف از دهان و بینی خارج شوند. بنابر این شركت Xstal Bio مسیر اثباتی خاصی را پشت سر گذرانده است و هم اكنون این فرآورده در بیماران تحت آزمایش است. فناوری نانو در زمینه تشخیص ساده بیماری ها، تصویربرداری ها و برآوردسریع از كارایی مصرف دارو در افراد نیز كاربردهایی دارد. به طور كلی این فناوری در تولید اعضای مصنوعی، كاشت داروها، استفاده از تشخیص های فردی در كنترل آزمایش های درون تنی و تشخیصی و داروسازی نوین كاربرد دارد. درخصوص آخرین مواردی كه اشاره شد، یعنی مونیتورینگ تشخیصی و داروسازی، این فناوری قادر است ریز وسیله داروهایی بسازد تا پس از كاشتن آن در بدن و كمك آن، سطح خونی مواد بیولوژیك درون بدن دائما تحت كنترل باشد و در صورت نیاز مقداری دارو آزاد و ارایه شود.
● ژن درمانی
یكی دیگر از كاربردهای فناوری نانو در زمینه دارو رسانی ژن هاست. Vector های موجود، ویروس های اصلاح شده روی سیستم ایمنی بدن دارای اثراتی هستند، بنابراین تحقیقات روی ساخت، ذرات نانو كه قابلیت حمل ژن ها را داشته باشند از موارد مورد نیاز می باشد. سایر روش های آزادسازی و دارو رسانی به منظور افزایش تاثیر دارو و كاهش اثرات جانبی آنها نیز وجود دارند كه مورد تحقیق می باشند. به طور مثال كاربرد پوشش هایی كه تحت تابش نور فعال می شوند برای كاربرد داروهای خاص در استخوان ها به كار گرفته می شود از این موارد هستند. این نوع داروها عمدتا به علت نوع پوشش دادن آنها، غیرمحلول باقی می مانند و در استخوان ها جذب می شوند. این پوشش ها پس از قرار گرفتن در معرض نور و تابش به فرم محلول درآمده و اجازه می دهند تا دارو به محل اثر خود رسیده و تاثیر نماید. این تحقیقات همچنین بر روی ذرات مغناطیسی كه به كمك آن بتوان داروها را به محل اصلی هدایت نمود نیز انجام می شوند. پوشش ذرات غیر نانو با پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن گلیكول نیز از مواردی است كه به كمك آن داروها را می توان به محل اصلی هدایت نمود. این روش سبب می شود تا اختصاصات دارو تغییر ننماید و دارو از متابولیسم در كبد درامان باقی بماند. این راه دارورسانی نیز به زودی در درمان در دسترس قرار خواهد گرفت. علی رغم آنكه امروزه ممكن است فناوری نانو در مقایسه با علوم رایج و كاربردی بیشتر از یك عبارت باب روز جلب توجه نكند، اما اصلا نباید از توانمندی های آتی آن غفلت كرد.
● تحلیل
مهندسی ذرات و دارو رسانی نوین از مهم ترین فصل های مشترك دارو رسانی با فناوری نانو است، به علت پیشرفت در روندهای ساخت ذرات و فرمولاسیون های دارویی امكان دارو رسانی فرآورده های جدید كه عمدتا از نوع پپتیدها و پروتئین ها می باشند امكان پذیر شده است. هم راستای این پیشرفت ها صنعت ساخت پلیمرهای دارویی امكان تهیه حامل های مناسب برای دارو رسانی به محل های اثر مورد نظر را فراهم كرده است. امید است با یك بازنگری كلی پیرامون توانمندی های موجود در مراكز تحقیقاتی داخلی و امكان سنجی برای انجام پروژه های نانو در عرصه دارو رسانی بتوان از ظرفیت های بالقوه در راستای كاربردی نمودن فناوری نانو در دارو رسانی بهره برداری نمود. متقابلا پژوهشگران نیز می بایستی با درك مناسب از موقعیت فراهم شده و توجه صنایع دارویی از این فناوری، خود را به طور علمی و عملی برای ورود در این عرصه مهیا نمایند و با ارایه دستاوردهای قابل كاربرد، حفظ اعتمام متقابل سرمایه گذاران و گسترش روز افزون این رویكرد در بین صنایع دارویی اقدام نمایند.
برای دانلود مقاله بروی لینک زیر کلیک کنید.
http://www.nano.ir/papers/attach/1060.pdf
