نانوذراتی‌که توده‌های سرطانی را ردیابی می‌کند

در افراد مبتلا به بیماری‌های سرطانی گاهی پس از گذشت مدت زمان کوتاهی، توده‌های سرطانی به ‌اندازه‌ای گسترش پیدا می‌کند که دیگر کار از کار می‌گذرد و روش‌های درمانی برخلاف انتظار نمی‌تواند مؤثر واقع شود. در این شرایط تشخیص زودهنگام بیماری‌ها به منزله تضمین موفقیت فرآیند درمان است.

 ‌گرچه معاینات دوره‌ای می‌تواند نقش مهمی در تشخیص زودهنگام بیمار‌ها داشته باشد، اما روش دقیقی نیست و گاهی دچار خطا می‌شود.

از این رو به نظر می‌رسد برای تشخیص هر بیماری باید از روش اختصاصی پیشرفته‌ای بهره گرفت که می‌تواند نشانه‌های بیماری را حتی در مراحل اولیه در بدن ردیابی کند. آزمایش‌های تخصصی نظیر آزمایش خون نیز با همین هدف برای افراد تجویز می‌شود.

اما تاکنون آزمایش اختصاصی برای تشخیص زودهنگام سرطان در افرادی که مشکوک ابتلا به سرطان هستند یا سابقه خانوادگی دارند وجود نداشته است. با توجه به اهمیت این موضوع، محققان در سراسر دنیا می‌کوشند از نشانگرهای اختصاصی برای ردیابی توده‌های سرطانی در بدن استفاده کنند.

پژوهشگران نانوبیوتکنولوژی پژوهشگاه ابن‌سینا موفق به طراحی و سنتز نانوذرات کوانتومی با قابلیت تشخیص زودهنگام توده‌های سرطانی شده‌اند که در صورت موفقیت آزمایشات بالینی، می‌توان از آن به عنوان آزمایشی برای تشخیص بیماری‌های سرطانی در مراحل اولیه استفاده کرد. با دکتر رامین قهرمان‌زاده، عضو هیات علمی این پژوهشگاه و از مجریان این طرح درباره ساختار و ویژگی‌های این نانوذرات گفت‌وگو کرده‌ایم.

نانو نقاط کوانتومی چه ویژگی منحصر به فردی دارد که می‌توان از آنها برای تشخیص زودهنگام سرطان استفاده کرد؟

نانو نقاط کوانتومی، نانوذراتی هستند که‌ اندازه آنها بین دو تا ده نانومتر است. این ذرات ساختارهای مختلفی دارند؛ بعضی از آنها کروی شکل و بعضی دیگر میله‌ای هستند. گروهی از آنها نیز هرمی شکل‌اند. ما در این طرح تحقیقاتی از نانو نقاط کوانتومی کروی شکل برای تشخیص سلول‌های سرطانی استفاده کرده‌ایم. این ذرات از سه ‌لایه تشکیل شده‌اند. هسته ذرات از جنس کادمیوم سلنیوم است. در مرحله بعد پوسته‌ای از جنس سولفید روی، دورتادور هسته این ذره را می‌پوشاند و در آخرین مرحله نیز پلیمری در اطراف پوسته قرار می‌گیرد که موجب آب دوست شدن این ذره می‌شود تا بتوان در محیط‌های بیولوژیکی مانند خون و محیط بدن از آنها استفاده کرد. با این که جنس همه این ذرات یکسان است، با توجه به ‌اندازه آنها که می‌تواند دو، چهار یا پنج نانومتر باشد رنگ‌های متفاوتی را منتشر می‌کنند و این ویژگی بارزترین ویژگی نانوذرات کوانتومی محسوب می‌شود. روند کار این ذرات به این‌گونه است که طول موجی را جذب می‌کنند. طول موج جذب شده در محدوده امواج فرابنفش است. در مقابل این ذرات طول موجی را منتشر می‌کنند. امواج منتشر شده از این ذرات در محدوده طول موج مرئی قرار می‌گیرد و با چشم غیرمسلح به آسانی قابل مشاهده است. ذراتی که ریزتر هستند و اندازه آنها حدود دو تا سه نانومتر است رنگ‌های سبز و آبی از خود نشان می‌دهند. ذراتی که کمی بزرگ‌تر هستند و ابعاد آنها حدود چهار نانومتر است رنگ زرد‌ ـ‌ نارنجی از خود نشان می‌دهند و ذراتی که ابعادشان حدود پنج نانومتر است به رنگ قرمز دیده می‌شوند. بنابراین مهم‌ترین عاملی که موجب تغییر رنگ این ذرات می‌شود که همه از یک جنس هستند، ابعاد آنهاست.

آیا این تغییر رنگ می‌تواند قابلیت‌های این نانوذرات را هم تحت تأثیر خود قرار دهد؟

یکی از مهم‌ترین کاربردهای تغییر رنگ نانوذرات کوانتومی با توجه به ابعاد این ذرات، تشخیص زودهنگام توده‌های سرطانی در بدن است. پیش از دستیابی به این روش، برای تشخیص توده‌های سرطانی از روش رنگ‌آمیزی سلولی استفاده می‌شد. در این روش یکسری ترکیبات آلی برای رنگ‌آمیزی سلولی مورد استفاده قرار می‌گرفت. این روش قابلیت تشخیص چند نوع سلول سرطانی را با رنگ‌آمیزی و استفاده از رنگ‌های مختلف داشت، اما در روش جدید از نانو نقاط کوانتومی در اندازه‌های مختلف و به عبارتی در رنگ‌های مختلف برای تشخیص چند توده سرطانی از هم استفاده می‌شود.

مهم‌ترین مزیت نانو نقاط کوانتومی در مقایسه با روش رنگ‌آمیزی سلولی چیست؟

از این نانو نقاط کوانتومی می‌توان علاوه بر تشخیص سرطان در فناوری‌های مختلف مانند ساخت دیودهای نوری LED و حوزه‌های فنی و اپتیکی بهره گرفت، اما مهم‌ترین مزیت این ذرات کوانتومی در مقایسه با رنگدانه‌هایی که از آنها برای رنگ‌آمیزی سلولی و تشخیص توده‌های سرطانی استفاده می‌شد، این است که میزان انتشار آنها به مراتب بیشتر است. آزمایش‌ها و مطالعات انجام شده نشان داده است درخشش نانو نقاط کوانتومی 50 تا صد برابر میزان درخشش رنگدانه‌هایی است که در روش‌های قبلی برای رنگ‌آمیزی سلولی و تشخیص توده‌های سرطانی از آنها استفاده می‌شد. در این روش پایداری رنگ‌ها نیز بیشتر است. برای مثال در روش رنگ‌آمیزی سلول‌ها تنها برای مدت زمان کمتر یک دقیقه تغییر رنگ سلول‌ها قابل مشاهده بود و بعد از گذشت یک دقیقه رنگ سلول‌ها از بین می‌رفت؛ بنابراین همه کارها از عکسبرداری تا تعیین جایگاه این سلول‌ها باید در این مدت زمان کوتاه انجام می‌شد؛ اما عمر یا به عبارتی پایداری نوری این ذرات بیشتر از چند ساعت است و به همین دلیل بسیار راحت و بدون محدودیت زمانی تا هنگامی که این سلول‌ها رنگشان را از دست نداده‌اند می‌توان درباره آنها تحقیقاتی انجام داد و داده‌های مورد نیاز را استخراج کرد تا در مراحل بعدی تحقیقات بیولوژیکی روی آنها انجام شود.

این نانو نقاط کوانتومی چگونه می‌تواند سلول‌های سرطانی را شناسایی کند؟

این ذرات قابلیت اتصال به آنتی‌بادی را دارند. در مراحل اولیه رشد سلول‌های سرطانی نمی‌توان جایگاه این سلول‌ها را در بدن به طور دقیق شناسایی کرد؛ یعنی نمی‌توان تشخیص داد در کدام قسمت از بدن، سلول‌های سرطانی در حال رشد هستند؛ اما آنتی‌بادی‌ها می‌توانند این سلول‌ها را در بدن ردیابی کنند. مشکل ما اینجاست که نمی‌توانیم ردپای آنتی‌بادی‌ها را در بدن پیدا کنیم تا بتوانیم بر این اساس محل رشد سلول‌های سرطانی در بدن را هم پیدا کنیم. آنتی‌بادی‌ها می‌توانند به این نانو نقاط کوانتومی متصل شوند؛ بنابراین آنتی‌بادی در حالی توده‌های سرطانی را در بدن ردیابی می‌کند که نانو نقاط کوانتومی به آن متصل هستند و به این ترتیب با ردیابی نانو نقاط کوانتومی سلول سرطانی که در بدن در حال رشد است، شناسایی می‌شود.

این نقاط چگونه به آنتی‌بادی‌ها متصل می‌شوند؟

اتصال آنتی‌بادی به نانو نقاط کوانتومی بر اساس واکنش‌های شیمیایی است که بین آنها انجام می‌شود. آنتی‌بادی یکسری گروه‌های عاملی (موقعیت‌های فعال در ترکیبات آلی که می‌توانند به هم واکنش داده و به هم بچسبند) مانند کربوکسیل و آمین دارد. از طرفی در مرحله سوم روی نقاط کوانتومی با پوششی از لایه پلیمری پوشانده می‌شود. این پلیمر هم می‌تواند یکسری گروه‌های عاملی داشته باشد که با گروه‌های عاملی آنتی‌بادی واکنش می‌دهد. به این ترتیب آنتی‌بادی جایگاه توده‌های سرطانی در حال رشد در بدن را شناسایی می‌کند و این در حالی است که نانو نقاط کوانتومی متصل به آنتی‌بادی‌ها مسیر حرکت آنتی‌بادی را مشخص می‌کند. به عبارت دیگر با شناسایی محل دقیق نانو تقاط کوانتومی جایگاه توده‌های سرطانی در مراحل اولیه رشد در بدن شناسایی می‌شود. از آنجا که این توده‌های سرطانی در مراحل اولیه رشد است احتمال موفقیت در روش‌های درمانی نیز به‌مراتب بیشتر است.

نانو نقاط کوانتومی به چه روشی وارد بدن می‌شود؟

نانو نقاط کوانتومی در حالی که به آنتی‌بادی متصل شده است به بدن تزریق می‌شود؛ البته هنوز آزمایشات بالینی این طرح روی انسان‌ها انجام نشده است؛ چراکه هنوز به طور قطعی درباره این که آیا این نانوذرات می‌تواند موجب ایجاد مسمومیت شود یا این که هیچ خطری برای بدن ندارد به نتیجه نرسیده‌ایم. حتی ممکن است نانوذرات نقره‌ای که در فرآیند تولید پوشاک مورد استفاده قرار می‌گیرد در بلند‌مدت خطراتی را برای بدن همراه داشته باشد. اکنون این آزمایش‌ها روی موش‌ها انجام شده است. هسته اصلی این ذرات از کادمیوم سلنیوم تشکیل شده و کادمیوم یکی از سمی‌ترین فلزات است. به طور کلی فلزات سنگین بسیار سمی هستند، اما با توجه به این که در مرحله اول روی هسته پوششی از سولفید روی قرار می‌گیرد و در مرحله بعد نیز یک پوشش پلیمری روی این ذرات قرار داده می‌شود، به نظر می‌رسد میزان سمی بودن این ذرات تا حد امکان کاهش داده می‌شود و شاید حتی این ذرات دیگر سمی نباشد، چراکه کادمیوم در وسط این ذرات به دام افتاده است. آزمایش‌های انجام شده روی موش‌ها نشان داده است حتی پس از گذشت پنج ماه نیز هیچ اثری از این مواد در بدن یافت نمی‌شود، اما باید آزمایشات بالینی روی انسان‌ها هم انجام شود تا بتوانیم با قطعیت درباره سمی نبودن این مواد در بدن صحبت کنیم.

آیا این ذرات از بدن حذف می‌شود یا بقایایی از آن در بدن در مجاورت سلول‌های سرطانی باقی می‌ماند؟

این مواد به صورت تزریقی وارد بدن شده و به مرور زمان تجزیه شده و از بدن دفع می‌شود، اما به طور قطع مشخص نیست که آیا کادمیوم به طور کامل از بدن دفع می‌شود یا درصدی از آن در بدن باقی می‌ماند. یکی از نگرانی‌ها در این زمینه هم این است که ممکن است کادمیوم در بلندمدت مسمومیتی را در بدن ایجاد کند که خطر آن حتی از خطر توده سرطانی که در بدن وجود دارد هم بیشتر باشد.

فرانک فراهانی‌جم -‌ گروه دانش