مولکول‌هایی که درست به هدف می زنند

فکر می‌کنم برای فهم بیشتر اهمیت پلیمرهایی قالب مولکولی بهتر است ابتدا این مواد را به زبان ساده توضیح دهید؟

این پلیمرها یا آنتی‌بادی‌های مصنوعی به گونه‌ای ساخته می‌شوند که با توجه به ویژگی‌های مولکولی مواد، به شکل قالب مولکول در آمده و در مقابل این مولکول‌ها شبیه قفل عمل می‌کنند و به این ترتیب فقط مولکول مورد نظر را جذب می‌کنند، از این‌رو پلیمر قالب مولکولی نام گرفته‌اند. گزینش پذیری منحصر به فرد این پلیمرها که شبیه آنتی‌بادی است باعث کاربردهای متنوعی برای پلیمرهای قالب مولکولی شده است. از نظر گزینش‌پذیری و پایداری، این پلیمرها نسبت به دیگر جاذب‌های شیمیایی مورد استفاده، کارایی بهتری دارند. همچنین در مقایسه با جاذب‌های بیوشیمیایی مورد استفاده در این زمینه از مزایای پایداری در محیط‌های گوناگون، ارزان بودن، طول عمر بیشتر و قابلیت ساخت برای دسته وسیعی از مواد برخوردارند.

اما اهمیت پلیمرهای قالب مولکولی در چیست؟ در واقع چه کاربردهای مهم و متفاوتی باعث شده‌اند روی این مواد کار کنید؟

در تحقیقات انجام شده در زمینه پلیمرهای قالب مولکولی، جدای از اهمیت مولکول‌های الگوی به کار رفته (داروها، سموم، ترکیبات آلی، کاتیون‌ها و...) توسعه دانش فنی ساخت پلیمرهای قالب مولکولی یاMIP بسیار حائز اهمیت است. این پلیمرهای هوشمند، پلیمرهای سنتزی با گزینش‌پذیری بالا برای مولکول الگو هستند. با توجه به مزایایی نظیر گزینش‌پذیری، آزادی عمل برای طراحی مولکولی، پایداری مکانیکی و شیمیایی، سادگی و ارزان قیمت بودن، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه صورت گرفته که منجر به کاربردهای متعدد این تکنیک شده است. از طرفی، بسیاری از مفاهیم مربوط به این علم نیز ازجمله نوع برهمکنش‌ها، ویژگی نانوحفره‌ها،... با انتخاب مولکول‌های الگوی متفاوت به دست آمده است. در گذشته برای سنتز ترکیباتی که برهمکنش مناسبی با گونه مورد نظر داشته باشند یا حفره متناسبی با گونه مورد نظر داشته و از آنها بتوان برای اندازه‌گیری یا جداسازی آنها استفاده کرد، طی مدت‌های طولانی با روش‌های پیچیده، پرهزینه و چند مرحله‌ای این مواد تهیه می‌شدند. در صورتی که با دستیابی به دانش فنی ساخت پلیمرهای قالب مولکولی برای بسیاری از مواد می‌توان براحتی، با هزینه پایین و در زمان کمتر، این آنتی‌بادی‌های مصنوعی را ساخت. امتیاز دیگر این روش، گزینش‌پذیری بالای آن است که نسبت به روش‌های دیگر بسیار بیشتر است. اهمیت دیگر پلیمرهای قالب مولکولی در روش‌های جداسازی و اندازه‌گیری داروها، سادگی این روش‌ها و امکان اتوماسیون روش‌هاست. به طور معمول برای اندازه‌‌گیری دارو در سرم یا خون باید با روش استخراج مایع مایع دارو را از سیال استخراج کرد که این روش به مقدار زیادی حلال آلی نیاز دارد و پر هزینه بوده و ار نظر محیط زیستی نیز مضر است. در حالی که روش استخراج فاز جامد با پلیمرهای قالب مولکولی بسیار ساده و سریع بوده و قابلیت اتوماسیون دارد. کل حجم حلال آلی در این روش به 5 میلی‌لیتر نمی‌رسد. از آنجا که پلیمرهای قالب مولکولی، توانایی جذب کاملا گزینشی مولکول هدف را دارند، امکان جداسازی گزینشی دارو در ماتریس‌های پیچیده به طور مستقیم وجود دارد. این روش نسبت به روش‌های دیگر مبتنی بر روش استخراج مایع مایع حد تشخیص را 100 تا 1000 برابر پایین می‌آورد.

این پلیمرها از چه زمان و در چه کشورهایی طراحی شده‌اند؟

ایده ساخت آنتی‌بادی‌های مصنوعی به روش پلیمریزاسیون از سال‌ها قبل وجود داشته است، اما تلاش‌های جدی برای ساخت این نوع مواد به 3 دهه اخیر مربوط می‌شود. در سال 1981 برای اولین بار قالب‌گیری مولکولی به روش غیرکووالانسی توسط کلاوز مسباخ و همکارانش در سوئد به طور موفقیت‌آمیزی به کار گرفته شد. آنها نشان دادند با مخلوط کردن مونومر عاملی و مولکول الگو، اتصالات غیرکووالانسی سریعا شکل می‌گیرد و با ادامه پلیمریزاسیون، قالب‌گیری مولکولی به نحو مطلوبی انجام می‌شود. در دهه 90 دانشمندان به موفقیت‌های چشمگیری در زمینه ساخت و کاربرد این پلیمرها نایل آمدند و از این زمان بود که ما شاهد افزایش مقالات منتشر شده در این زمینه هستیم. از طرفی تولید تجاری این پلیمرها را برای بسیاری از ترکیبات مهم مانند سموم، داروها و ترکیبات بیولوژیکی توسط شرکت‌هایی از آمریکا، ژاپن و سوئد می‌بینیم.

ویژگی پلیمرهای تولیدی شما نسبت به موارد مشابه آن که تاکنون تولید ومورد استفاده قرار گرفته‌اند، چیست؟

برای برخی داروهای بررسی شده در این تحقیق، تاکنون پلیمرهای قالب مولکولی تهیه نشده و نتایج این طرح برای اولین‌بار در دنیا گزارش شده است. تحقیقات انجام شده ما بیشتر معطوف به کاربرد این پلیمرها در زمینه‌های مختلف بوده است. به عنوان مثال در یکی از پژوهش‌های صورت گرفته، روشی جدید برای طراحی و ساخت حسگرهای پتانسیومتری با استفاده از این پلیمرها در دنیا گزارش کردیم.

از چه زمانی کار روی این طرح را شروع کرده‌اید و اکنون در چه مرحله‌ای هستید؟

بررسی‌های اولیه برای ساخت پلیمرهای قالب مولکولی از سال 1384 شروع شد و در حال حاضر این پروژه ابعاد گسترده‌ای پیدا کرده است. در بخشی از این پژوهش که برای اولین‌بار در دنیا صورت گرفته، جداسازی و اندازه‌گیری برخی داروها مانند ترامادول، متوکلوپرامید، دیپریدامول، برم‌هگزین و تری‌فلوپرازین در سیال‌های بیولوژیکی با استفاده از پلیمرهای قالب مولکولی انجام شد. از طرفی پلیمرهای قالب مولکولی برای داروهای کربامازپین، دیپیریدامول و کلرامفنیکل ساخته و از آنها به عنوان حامل‌های دارورسان در محیط‌های مختلف استفاده شد. در حال حاضر پژوهش روی پلیمرهای قالب مولکولی، برای برخی از داروهای دیگر از جمله آنتی‌بیوتیک‌ها در حال بررسی است.

برای طراحی این پلیمرها چه مراحلی را پشت سر گذاشته‌اید؟

برای تهیه ذرات یکنواخت و گزینش‌پذیر پلیمرهای قالب مولکولی داروهای مورد نظر از روش‌های مختلف پلیمریزاسیون استفاده شده و شرایط تهیه و پارامترهای تاثیرگذار در این زمینه مانند دمای واکنش، نوع مونومر، حلال، عامل شبکهای‌کننده و نسبت مولی بین مواد، بررسی و بهینه‌سازی شده است. ابتدا ذرات پلیمری بسته به روش به کار رفته و شرایط واکنش، در اندازه‌های نانومتر تا میکرومتر تهیه شدند و سپس ویژگی‌های آنها نسبت به پلیمر شاهد مقایسه و بررسی شد. پلیمرهای قالب مولکولی که قابلیت جذب و تشخیص خوبی برای مولکول الگو (دارو) داشته برای کاربردهای موردنظر استفاده شده‌اند.

در تولید این پلیمرها، از چه فناوری و تجهیزاتی استفاده شده است؟

برای تهیه ذرات یکنواخت و گزینش‌پذیر پلیمرهای قالب مولکولی داروهای مورد نظر از تکنیک‌های مختلف پلیمریزاسیون مانند رسوبی، تودهای یا مینی‌ امولسیونی استفاده شده است. به این منظور واکنش‌گاههای شیشه‌ای با ابعاد موردنظر طراحی و ساخته شده است. برای بررسی اندازه، ریخت و ویژگی‌های گزینشی این پلیمرها نیز از دستگاه‌های میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) ، پراش دینامیک لیزر (DLS) ، طیف‌بینی مادون قرمز، روش‌های آنالیز حرارتی و کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) استفاده شده است.

اجرای این طرح از لحاظ علمی، اقتصادی و... چه اهمیتی دارد؟

در سال‌های اخیر در دنیا تحقیقات فراوانی روی پلیمرهای قالب مولکولی انجام شده است. این تحقیقات به کاربرد این مواد در صنایع مختلفی ازجمله دارویی، بهداشتی، غذایی، محیط زیستی، شیمیایی و غیره منجر شده است. در حالی که تحقیقات در زمینه این مواد پیشرفته در ایران با کمی تاخیر انجام شده، ولی در حال حاضر در برخی از زمینه‌ها پژوهش‌های صورت گرفته در سطح تحقیقات کشورهای پیشتاز در حال انجام است. امید است با توجه بیشتر محققان کشور، این مواد پیشرفته در ابعاد وسیع‌تری به کار روند و امکان تجاری شدن آنها فراهم شود.

چه سازمان‌ها یا مراکزی این طرح را حمایت کرده‌اند؟

تاکنون سازمان یا مرکزی از این طرح حمایت نکرده و پروژه‌ها تنها با امکانات و اعتبارات دانشگاهی انجام شده است.

آیا این محصول می‌تواند در فاز صنعتی به تولید انبوه برسد و آیا به طور کلی امکان صادرات این محصول هم وجود دارد؟

امروزه برخی از شرکت‌های بزرگ در دنیا انواع پلیمرهای قالب مولکولی را به صورت تجاری می‌فروشند. اگر این طرح در مرحله مقیاس بزرگ مورد حمایت قرار گیرد، با بررسی‌های فنی و اقتصادی امکان تولید این مواد برای نیازهای داخلی یا خارجی فراهم خواهد شد.

از نتایج تلاش‌های شما مقاله‌ای هم در نشریات بین‌المللی به چاپ رسیده؟

از تحقیقات انجام شده در این طرح تاکنون 24 مقاله علمی در کنفرانس‌های ملی و بین‌المللی و 7 مقالهISI منتشر شده و دو اختراع به ثبت رسیده است.

آینده این طرح را چگونه ارزیابی می‌کنید و چه کاربردهای ویژه‌ای برای آنها متصور هستید؟

تجربه در ساخت برخی از انواع پلیمر قالب مولکولی موجب فراهم شدن دانشی شده که ما را در راه ساخت انواع دیگر پلیمرهای قالب مولکولی، متناسب با نیاز مراکز تحقیقاتی، صنعتی و پزشکی قادر می‌سازد. امروزه این پلیمرها کاربردهای مختلفی دارند که می‌توان به تهیه ستون‌های کروماتوگرافی، کاتالیزور واکنش‌ها و طراحی حسگرهای شیمیایی اشاره کرد. یکی از کاربردهای دیگر این پلیمرهای هوشمند در دارورسانی برای رهاسازی کنترل‌شده دارو است. شاید در آینده‌ای نزدیک بتوان از این پلیمرها برای دارورسانی هدفمند به سلول‌های سرطانی در بدن استفاده کرد.

بهاره صفوی