پیشرفت در درمان با نانو ذرات

در حقیقت کاربرد فناوری نانو از کاربرد عناصر پایه آن هم در حداقل اندازه‌شان نشأت می‌گیرد. هر کدام از این عناصر پایه، ویژگی‌های خاصی دارند که استفاده از آنها در زمینه‌های مختلف، موجب ایجاد خواص جالبی می‌شود. به عنوان مثال از جمله کاربردهای نانوذرات می‌توان به دارورسانی هدفمند و ساده، بانداژهای بی‌نیاز از تجدید، شناسایی زودهنگام و بی‌ضرر سلول‌های سرطانی و تجزیه آلاینده‌های محیط‌زیست اشاره کرد. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای کاربردهای متنوع دیگری همچون تصویربرداری زیستی دقیق، شناسایی و جداسازی کاملا اختصاصی DNA، ژن‌درمانی و از بین‌بردن باکتری‌ها هستند.

اینها تنها مواردی از کاربردهای بسیار زیادی هستند که برای عناصر پایه قابل تصور است. چراکه امروزه به هر شاخه از علم که می‌نگریم ردپایی از فناوری نانو را می‌بینیم. در واقع در حال حاضر فناوری‌های زیست‌محیطی، کشاورزی، تصفیه آب، انرژی، پزشکی و داروسازی، صنایع هوافضا و صنایع نظامی، نساجی و پوشاک، ارتباطات، خودروسازی، حمل و نقل و مواد پیشرفته همگی به کمک علم نانو متحول شده‌اند. به دلیل گستردگی کاربرد فناوری نانو، در اینجا تنها به نقش این علم در عرصه پزشکی می‌پردازیم.

به طور کلی فناوری نانو در 3 محدوده اصلی پیشگیری، تشخیص و درمان کاربرد دارد و می‌تواند وضعیت سلامت نسل‌های بعدی را متحول سازد.

در حال حاضر بیشتر مراقبت‌های بهداشتی جنبه درمانی دارند نه پیشگیری. چراکه بیشتر آنها زمانی بعد از اولین عفونت یا زخم صورت می‌گیرند یعنی زمانی که آسیب بافت و درد قبلا اتفاق افتاده است. گاهی این آسیب می‌تواند جبران‌ناپذیر باشد، گاهی نیز یک اثر همیشگی بر جای می‌ماند، برای مثال از دست‌دادن عملکرد قسمتی از بدن یا جای زخم و سوختگی آثاری هستند که اثر آنها همیشه می‌ماند. بنابراین اما گفته می‌شود مهم‌ترین جنبه دارورسانی در ابعاد نانومتری در آینده، توانایی‌های آنها در پیشگیری از بیماری‌ها و جلوگیری از آسیب‌هاست. نانوفناوری در این امر از طریق نظارت مؤثرتر بر سلامت فردی اجازه می‌دهد بیماری‌ها در مراحل ابتدایی کنترل شوند. از طرف دیگر، محیط‌های بیمارستانی ضدعفونی‌شده نیز اجازه فعالیت باکتری‌ها و ویروس‌ها و دیگر میکروب‌هایی که عامل بیماری‌های ثانویه هستند را نخواهد داد. از طرف دیگر شناسایی سریع ساختار ژنتیکی بیمار به پزشک این اجازه را می‌دهد که دارویی اختصاصی برای آن بیمار تجویز کند.

تولد پوشش‌های ضدمیکروبی: پوشش‌های ضدمیکروبی با کمک به‌ کاهش پایداری و گسترش میکروب‌هایی از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها و قارچ‌ها می‌توانند منافع مهمی را در محدوده‌ مراقبت‌های بهداشتی دربرداشته باشند. این قبیل پوشش‌ها به‌ عنوان عواملی تکمیلی و نه به ‌عنوان جایگزین، برای فرآیندهای گندزدایی و ضدعفونی تجهیزات جراحی و سطوح عامل جراحی (از قبیل دارو‌های ضدعفونی و...) در محل به حساب می‌آیند. این پوشش‌ها می‌توانند توانایی میکروب‌ها در چسبیدن و رشد روی سطوحی که در معرض تماس با بدن بیمار هستند را به حداقل برسانند. این امر به‌طور غیرفعال از طریق پوشش‌های غیرچسبان‌ و به‌طور فعال از طریق افزودن پوشش‌هایی از قبیل نانوذرات نقره‌ و دی‌اکسید تیتانیوم که می‌توانند میکروب‌ها را به‌طور مستقیم از بین ببرند، امکان‌پذیر است.

نقره از مدت‌ها پیش به عنوان یک ماده تسکین‌دهنده و ضدعفونی‌کننده استفاده می‌شده است. رومی‌ها روی زخم‌ها از نقره برای درمان زودتر استفاده می‌کردند و ایرانی‌ها هم در زمان هخامنشی، در قرن پنجم قبل از میلاد در لشکرکشی‌های طولانی‌مدت، آب را در ظروف نقره‌ای حمل می‌کردند. زیرا نانوذرات نقره بهترین مواد برای از بین‌بردن باکتری هستند. امروزه این ذرات به درون خانه‌ها نیز راه پیدا کرده‌اند. در سال‌های اخیر تولیدکنندگان بزرگ یخچال‌، داخل یخچال‌هایشان را با این نانوذرات پوشش داده‌اند. این سطح ضدباکتریایی کمک می‌کند محیطی سالم و تمیز در داخل یخچال ایجاد شده و محتویات داخل یخچال برای مدت بیشتری تازه بمانند. همچنین فعالیت سطحی این نانوذرات در مقیاس نانومتر آنقدر افزایش می‌یابد که کوچک‌ترین تماس یک باکتری با آن، باکتری را از بین می‌برد.

سطوحی که میکروب‌ها را فیلتر می‌کنند: یکی از مهم‌ترین ابزار پیشگیری از بیماری‌ها، غیر از فراهم کردن سطوح ضدعفونی‌شده، دوری از قرارگرفتن در معرض میکروب‌های بیماریزاست. این امر می‌تواند به صورت تصفیه هوا یا مایعاتی باشد که بیمار در طول دوره درمان در معرض آنها قرار می‌گیرد. خیلی از ویروس‌ها به علت این که کوچک‌تر از منافذ فیلترها هستند، می‌توانند از فیلترها عبور کنند. در نتیجه این ‌فیلترها بدون ‌استفاده خواهند ماند. فیلترهای جدید منافذی با ابعاد نانویی دارند که کوچک‌ترین ویروس‌ها را هم از خود عبور نمی‌دهند. به کاربردن مواد فعالی مثل نانوذرات نقره یا دی‌اکسید تیتانیوم و منابع نور ماوراءبنفش می‌تواند این اثر را با از بین‌بردن ویروس‌ها، باکتری‌ها و قارچ‌های به‌دام افتاده افزایش دهد. این قبیل سیستم‌ها قبلا در مبارزه علیه سارس، جهت جلوگیری از انتشار ویروس از بیماران مبتلا به پرسنل پزشکی به کار گرفته شده‌اند. هر چه ابعاد حفرات فیلتر کوچک‌تر و تخلخل آن بیشتر باشد، فیلتر توانایی بیشتری در جداسازی ذرات خواهد داشت.

شناسایی اولین نشانه‌های بیماری: معاینه وضعیت سلامت بیمار نه‌‌تنها در زمان استراحت بعد از عمل‌های جراحی و درمان مهم است، بلکه برای معاینه معمول موارد خاص نیز حائز اهمیت است. دستگاه‌های مراقبت POC در اندازه‌گیری مولفه‌های فیزیولوژی مختلف بدن مانند فشارخون، شیمی خون (میزان قند، هورمون‌ها و آنتی‌بادی‌های خون)، ضربان قلب و درجه حرارت بدن بیمار، این روزها کاربرد زیادی پیدا کرده‌اند. برای تست‌های پیچیده‌تر، ابزارهای مراقبت POC با ابزار آزمایشگاه روی تراشه همراه می‌شود و اجازه می‌دهد ده‌ها، بلکه صدها بیوملکول مختلف بسرعت اندازه‌گیری شوند. این ویژگی به پزشک اجازه می‌دهد در هر شرایطی بدون خطر از دست‌دادن نمونه‌ها و انتظار چندروزه بیمار برای دریافت نتایج از آزمایشگاه، وضعیت او را معاینه کند. در این صورت احتمال اشتباه در تشخیص به حداقل ممکن می‌رسد. در ضمن این ویژگی امکان انجام آزمایش در جاهای دورافتاده را نیز فراهم می‌کند.

هرچه بیماری یا آسیب به بخشی از بدن زودتر تشخیص داده شود، احتمال درمان موفقیت‌آمیز آن بیشتر خواهد بود. با پیشرفت‌ آزمایشگرهای زیستی امکان شناسایی میکروب‌های عامل بیماری قبل از تظاهر بیماری ممکن می‌شود. به عنوان مثال با توجه به پیشرفت فناوری تصویری می‌توان با دقت بسیار زیادی، محل حضور سرطان‌ و آسیب وارده به بافت‌های بدن و اندام‌ها را تعیین کرد.

کدگذاری عوامل بیماریزا: در پزشکی، شاخص‌های زیستی برای تشخیص حضور بیماری استفاده می‌شوند. این بیماری‌ها می‌توانند بیماری‌های واگیردار (مثل بیماری‌های ویروسی و باکتریایی) و بیماری‌های ژنتیکی (مثل سرطان) باشند. انتخاب نوع بیوملکول به طبیعت بیماری‌ها بستگی دارد، اما می‌تواند یک پروتئین،DNA یا RNA باشد. همه شاخص‌ها با اتصال دلخواه یک ملکول بیولوژیکی (یا بیوملکول) به بیوملکول دیگر کار می‌کنند (مشابه قفل و کلید یا دندانه‌های زیپ). با اتصال بیوملکول‌ها به نانوذرات، شاخص‌ها تغییر وضعیت می‌دهند و وضعیتشان توسط دستگاه گزارش می‌شود. شاخص‌های زیستی دارای خصوصیات متنوعی هستند. با وجود حساسیت بیشتر آنها می‌توانند حضور میزان خیلی کمی از ملکول‌های بیماریزا را گزارش دهند. بنابراین بیماری را خیلی زودتر در مرحله رشد آن آشکار سازند. عملکرد آسان‌تر هم به این شاخص‌ها کمک می‌کند تا سریع و بدون نیاز به خالص‌سازی نمونه‌های گرفته‌شده از بیمار انجام شوند.

با وجود محدوده شناسایی وسیع‌تر، زیست‌نمایه‌ها با اتصال‌دادن بیوملکول‌ها به نانوذرات مختلف، قادر به آشکارسازی بیوملکول‌های (ملکولی که منشا آن ارگان‌های زنده هستند) هدف بیشتر و در نتیجه بیماری‌های بیشتری هستند.

روشهای تصویربرداری به‌روز می‌شوند: آشکارسازی پزشکی به پزشکان اجازه می‌دهد آثار تاثیر بیماری و آسیب به بدن را مشاهده کنند. تاکنون این تصویربرداری برای بافت‌های خاص مطرح بود (مثلا استخوان‌ها)، اما برای بافت‌های نرم انجام این فرآیند آنچنان آسان نیست.

توسعه فناوری نانو اجازه می‌دهد عوامل آشکارساز جدیدی ایجاد شوند که به طور موثری، بافت‌های دلخواه را نشان دهند. این عوامل تصویربرداری شامل ملکول هدفی هستند که می‌تواند به طور خاصی به بافت آسیب‌دیده بیمار متصل شود و یک ملکول آشکارکننده که می‌تواند با روش MRI یا XRD، ماورای صوتی یا روش‌های دیگر آشکارسازی در بیمارستان‌ها، مشکل را شناسایی کند. در این راه فولرین‌ها یا باکی‌بال‌ها ـ که قفسه‌هایی از اتم‌های کربن هستند و می‌توانند ملکول‌های آشکارکننده مثل نقاط کوانتومی را در بر بگیرند و به ملکول‌های هدف نزدیک شوند ـ پیشگام هستند. در همه موارد عامل آشکارسازی پس از تزریق به بدن بیمار می‌تواند با دقت بالا جذب بافت آسیب‌دیده شده و براحتی موقعیت و وخامت بیماری یا آسیب را به پزشک نشان دهد.

در حال حاضر، مقابله با بیماری‌ها معمولا با روش‌های کاملا قدیمی و سنتی صورت می‌گیرد. این در حالی است که روش‌های نوین نیز همیشه و در تمام موارد موفقیت‌آمیز نیستند و با راه‌حل‌ها و روش‌های کلی معمولا به حل دسته خاصی از مسائل می‌‌پردازند. افزون بر این مراقبت‌های بهداشتی امروزه می‌توانند باعث مشکلات متعددی مانند پس‌زدن یا عکس‌العمل نامناسب پیوند عضو شوند. فناوری نانو می‌تواند به روش‌های مختلف، به حل برخی از این مسائل کمک ‌کند. به عنوان مثال خطر پس زدن عضو پیوندی با استفاده از نانو پوشش‌های سازگار با بدن می‌تواند به کمترین مقدار کاهش ‌یابد و در عین حال راه‌های جدیدی نیز برای هدایت دقیق داروها به سمت اهداف توسعه یابد.

استفاده از ابزارهای نوین: اغلب درمان‌های امروزی بر پایه داده‌های بالینی به دست آمده از بیماران است، با این حال پاسخ بدن هر بیمار به داروهای مختلف می‌تواند به طور قابل توجهی دگرگون شود، تا جایی که حتی میزان کافی داروی مصرفی موثر روی یک فرد ممکن است روی فرد دیگر کاملا خنثی یا حتی برای دیگری مهلک باشد.

ابزارهای نوین تشخیص که بر پایه فناوری نانو هستند می‌توانند به سرعت و با اطمینان نمونه‌های بیمار را بررسی کنند و حضور تکرارهای ژنتیکی خاص که شخص را مستعد یا حساس به داروی بخصوصی می‌کنند، همچنین سطوح و نوع پروتئین‌هایی که 450CYP را تولید می‌کنند، مشخص سازند.

تحول در تولید بافت‌های جایگزین: به قرار دادن جسمی در بخش خاصی از بدن، کاشت اطلاق می‌شود. کاشت یا ایمپلنت شامل عملکردهای متفاوتی می‌شود. از جایگزین‌کردن مفصل زانو و فنرهایی که شریان‌ها را باز نگاه می‌دارد تا دستگاه‌های پویای کارگذاری شده مانند دستگاه تنظیم ضربان قلب و سمعک (برای جبران کم‌شنوایی) را می‌توان در این دسته قرار داد. در تمام این موارد کاشت باید طوری انجام شود که با بافت‌های بدن تقابل نزدیکی داشته باشند. یکی از مسائل کلیدی، اطمینان از چسبیدن سلول‌های بیمار به کاشت در جایی که نیاز باشد، مثل اتصال استخوان است که به بازسازی بافت آسیب‌دیده کمک می‌کند. برعکس در جایی دیگر مثل فنرهای بازکننده رگ نباید چنین اتفاقی رخ دهد.

در چند ساله اخیر مشخص شده است خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد، هر دو در قابلیت چسبیدن سلول‌ها و بیوملکول‌ها بـه کاشت موثرند. برای مثال‌ وجود حفره‌ها می‌توانند اتصال سلولی را بیشتر کنند. در حالی که سطوح کاملا صاف در کمترین حد به سلول‌ها اجازه چسبیدن می‌دهند. همراه کردن سطوح با ملکول‌هایی مشابه ملکول‌هایی که در بافت وجود دارد، چسبندگی را زیاد می‌کند. برای مثال در کاشت تیتانیوم استخوان، پوششی از دی‌اکسیدتیتانیوم نانوساختار وجود دارد که اتصال به استخوان را بهبود می‌دهد. همچنین پوشش الماسی شکل فنرهای بازکننده رگ و لوله‌های مجراهای داخلی که صاف و مسطح است، کاهش چشمگیری در چسبندگی پروتئین‌های خون و سلول‌ها دارد.

درمان‌های نوین: بسیاری از داروهایی که ظرفیت بالای درمانی دارند به علت عوارض جانبی یا مشکل تولیدشان به شکلی که براحتی قابل واگذاری به بیماران باشد، توسعه نمی‌یابند. در این ‌گونه موارد فناوری نانو راهکارهایی را با ترکیب اجزای فعال داروها با ملکول‌های دوام‌آور یا با فناوری‌های جدید تولید دارو به حالت پودر خیلی ریزتر ارائه داده است. برای مثال برخی از شرکت‌ها در حال حاضر داروهای تنگی نفس و مسکن را به صورت پودری با ابعاد نانومتری تولید می‌کنند که استنشاق آنها نسبت به روش‌های سنتی جذب سریع‌تری دارد.

تولید داروی ضدویروس ایدز ازجمله دستاوردهای علم نانو است. همچنین درمان‌های جدید سرطان‌ از راه فناوری‌های نانوی نیرو مغناطیسی در حال توسعه هستند. این درمان‌ها براساس نانوذرات آهن‌ مغناطیسی است که با تغییر یک میدان مغناطیسی اعمال شده قابل گرم شدن هستند. این حرارت باعث می‌شود سلول‌های سرطانی که از سلول‌های معمولی به دما حساس‌تر هستند از بین بروند.

دارورسانی هوشمند: اطمینان از این که دارو به بافت‌ یا بخش مورد نظر بدن بیمار هدایت شود، همچنین اطمینان از میزان داروی استفاده شده، 2 نمونه از مهم‌ترین مسائل پزشکی نوین هستند. این مساله به طور خاص برای درمان سرطان اهمیت دارد، چون داروهای شیمی‌درمانی برای سلول‌های عادی و سرطانی مانند سم عمل می‌کنند.

فناوری نانو راهکارهایی را برای رفع این مشکلات پیشنهاد می‌کند. برای مثال، پوشاندن دارو با ملکول‌های مختلف می‌تواند آن ‌را در آب سریع‌تر حل ‌کند (برای به‌کارگیری راحت‌تر) که به آن اجازه می‌دهد خیلی آسان‌تر به غشاهای سلولی وارد شود و حتی دارو را به بافت‌ یا عضوی خاص برساند. علاوه بر این ابزارهای جدیدی مثل iMED، حفره‌هایی با ابعاد نانو دارند که با تغییر در اندازه و طولشان، رهایش داروهایی مثل انسولین را کنترل می‌کنند. چنین ابزاری را می‌توان در بدن بیمار قرار داد و در طول هفته به آن اجازه رهایش داد، به این ترتیب دیگر نیازی به تزریقات منظم هفتگی نیست.

مهندسی بافت: بسیاری از فعالیت‌های فناوری نانو در جهت کمک به پزشکان برای علاج بیماری‌ها یا ترمیم جراحات است. یکی از این بخش‌های مرتبط با پزشکی، مهندسی بافت است. به طور کلی مواد ساخت بشر یا مواد طبیعی به چند دسته اصلی: سرامیک‌ها، فلزات، پلیمرها، ساختارهای ترکیبی (کامپوزیت) و بیومواد تقسیم می‌شوند. با توجه به قرار گرفتن ساختارهای طبیعی در این بخش‌ها، تلاش محققان دستیابی به موادی است که بتوانند کارکرد مواد اصلی را جبران کنند. این بخش از تحقیقات، دانشی به نانو بیومیمتیک (Biomimetic به معنای زیست تقلید) را ایجاد کرده است.

فریبا فرهادیان

منابع: nano.ir / nanosid / nanotech2012