کاربرد نانوذرات مبتنی بر کیتوزان در ژن درمانی

کیتوزان یک بیوپلیمر است که از کیتین، یکی از فراوان‌ترین و تجدیدپذیرترین مواد روی زمین به دست می‌آید. کیتین جزء اصلی دیواره های سلولی در قارچ ها، اسکلت بیرونی بندپایان، سخت پوستان، حشرات، منقار سرپایان، و فلس های ماهی است.

کیتوزان به دلیل ساختار ماکرومولکولی خاص، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و سایر خواص عملکردی ذاتی خود، از اواخر دهه ۱۹۷۰ مورد توجه علمی و صنعتی قرار گرفت. کیتوزان و مشتقات آن در صنایع غذایی، کشاورزی، داروسازی، پزشکی، آرایشی و بهداشتی، صنایع نساجی و کاغذسازی و شیمی کاربرد دارد.

کاربرد نانوذرات مبتنی بر کیتوزان در انتقال ژن

در چند دهه گذشته، بسیاری از محققان به دلیل پتانسیل عظیم نانوتکنولوژی برای ژن درمانی نظیر خاموش کردن بیان ژن های ناخواسته مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، توسعه حامل‌های ژنی ایمن و برای ژن درمانی بسیار مهم است. در سال‌های اخیر، بسیاری از محققان از نانوحامل‌های مبتنی بر کیتوزان استفاده می‌کنند که به عنوان یک تکنیک تحویل ایمن برای مواد ژنی از جمله DNA پلاسمید (pDNA)، الیگونوکلئوتیدها و siRNA به دلیل ویژگی های عالی کیتوزان و همچنین چگالی بار مثبت بالا توجه روزافزونی به دست آورده‌اند.

در یک محیط اسیدی، گروه های آمینه کیتوزان دارای بار مثبت هستند. این بار مسئول یک برهمکنش الکترواستاتیک قوی با ماکرومولکول های دارای بار منفی، از جمله DNA یا RNA است. بنابراین، در طول فرآیند ژن درمانی، کیتوزان ممکن است به عنوان یک عامل انتقال ماده ژنتیکی به منظور محافظت از مواد ژنتیکی در تضاد با نوکلئاز و غنی‌سازی اثر ترانسفکشن مورد استفاده قرار گیرد، اگرچه، مهم‌ترین فاکتورهای مورد توجه هنگام استفاده از کیتوزان به عنوان یک ماده ژنتیکی وزن مولکولی Mw و درجه استیل زدایی (DDA) آن است. در سال‌های اخیر، مطالعات مختلفی برای کشف تأثیر Mw و DA کیتوزان بر انتقال مناسب مواد ژنتیکی به سلول‌ها انجام شده است.

هر دوی این خواص کیتوزان (Mw و DDA) تأثیر زیادی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن دارند. افزایش Mw و DDA همچنین با افزایش کارایی ترانسفکشن و توانایی اتصال به DNA همراه است. بنابراین، کیتوزان با Mw بالا (تقریباً ۱۰۰ کیلو دالتون) کاربردهای زیادی در فرآیندهای تحویل مواد ژنتیکی از جمله به تأخیر انداختن رهاسازی مواد ژنتیکی، تشکیل اشکال فیزیکی پایدار پلی‌پلکس‌ها و تشکیل پلی‌پلکس‌های پایدار با مواد ژنتیکی است. از سوی دیگر، این کیتوزان با Mw بالا دارای برخی معایب دارویی است، از جمله ویسکوزیته بالا در هنگام استفاده در تحویل in vivo، تجزیه آهسته مواد ژنتیکی، و حلالیت کم در pH فیزیولوژیکی است.

 مامپر و همکاران اولین کسانی بودند که در مورد ویژگی امیدوارکننده کیتوزان که می تواند برای تحویل pDNA در شرایط آزمایشگاهی استفاده شود، گزارش دادند. ژائو و همکاران  نانوذرات کیتوزان-pEGFP را برای مطالعه قابلیت کیتوزان به عنوان یک ناقل انتقال ژن برای تحویل یک ژن اگزوژن به سلول‌های غضروفی اولیه که می‌تواند برای درمان بیماری‌های مفصلی مورد استفاده قرار گیرد، تهیه کردند.

نتایج نشان داد که نانوذرات سنتز شده پتانسیل خوبی برای انتقال ژن‌ های درمانی به طور مستقیم به مفصل برای درمان انواع مختلف بیماری‌های مفصلی دارند. برای بهبود کارایی ترانسفکشن، مطالعات زیادی با اصلاح کیتوزان انجام شده است.

مالمو جی و همکاران  در مورد مکانیسم خود انشعاب کیتوزان ها برای توسعه ویژگی های انتقال ژن آن بدون در نظر گرفتن زیست سازگاری آن مطالعه کردند. و نشان دادند که گروه‌های تیول در (N,N,Ntrimethylated chitosan) TMC کارایی خارج سلولی نانو ساختار‌ها را بهبود می‌بخشد و باعث آزادسازی داخل سلولی siRNA می‌شود. نتایج نشان داد که TMC-SH فعالیت خارج سلولی و همچنین فعالیت خاموش کننده ژنی را بهبود بخشیده و بنابراین به این نتیجه رسیدند که TMC-SH سیستم‌های جذاب‌تری برای ارزیابی‌های in vivo هستند.

در مطالعات مرتبط دیگری، کیتوزان PEGylated و نانوذرات کیتوزان / سیکلودکسترین به عنوان ابزارهای امیدوارکننده برای دارورسانی مبتنی بر DNA شناسایی شدند. به همین ترتیب، نانوذرات مبتنی بر کیتوزان گلیکول (GC) به‌عنوان نانوحامل‌های مفیدی عمل می‌کنند که می‌توانند به طور مؤثری هم داروهای شیمی‌درمانی و هم si-RNA را به دام بیاندازند تا با غلبه بر آسیب دیدگی، حداکثر کارایی را به دست آورند.

در مطالعه ای نانوکامپوزیت های پلی لاکتات گلیکول (d,l-lactide-co-glycolide) اصلاح شده با کیتوزان را سنتز و میزان اتصال پلاسمید با نانوکامپوزیت تعیین شد. نتایج نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه شده یک کمپلکس غیر ویروسی موثر و مفید برای انتقال ژن خواهد بود. بطور کلی کارایی ترانسفکشن و پایداری پلی پلکس های کیتوزان نه تنها به Mw و DDA کیتوزان بستگی دارد، بلکه به pH محیط ترانسفکشن، غلظت مواد ژنتیکی و غلظت سرم نیز بستگی دارد. بنابراین، برای یک سیستم انتقال ژن موثر مبتنی بر کیتوزان، پارامترهای بهینه باید تعیین شوند، از جمله پایداری سرم، DDA، MW، pH متوسط و غلظت مواد ژنتیکی.

مطالب مرتبط: کاربرد نانوذرات طلا در درمان بیماری ها – داکینگ مولکولی در طراحی دارو – کاربرد زردچوبه در نانوبیوتکنولوژی
خدمات مرتبط: خدمات علمی پژوهشی در حوزه علم بیوتکنولوژی – تولید نانو ذرات و نانوساختارها با رویکرد پژوهشی و درمانی