کاربردهای درمانی نانوذرات روی-بخش دوم

نانوذرات اکسید روی به طور گسترده ای به عنوان حامل برای تحویل مولکول های درمانی مختلف (داروها، اسیدهای نوکلئیک و …) به محل های هدف استفاده می شوند. با توجه به وجود تعداد قابل توجهی از گروه‌های -OH بر روی سطح ZnO-NPs، عملیاتی کردن آن‌ها با لیگاندها، پروب‌ها و مولکول‌های درمانی مختلف بسیار آسان‌تر است که آنها را به عنوان کاندیدای ایده‌آل به عنوان حامل  تبدیل می‌کند. هدف اصلی ساخت سیستم‌های تحویل مبتنی بر نانوذرات اکسید روی افزایش اثربخشی درمانی مولکول‌های زیستی، افزایش گردش خون سیستمیک و کاهش دوز عوامل درمانی و در نتیجه کاهش عوارض جانبی نامطلوب آنها است.

تحویل دارو (Drug delivery) به وسیله نانوذرات روی

دارورسانی یکی از راهبردهای جدید در پزشکی مدرن برای درمان بیماری های مختلف است. مولکول‌های دارو دارای محدودیت‌های مشترکی هستند، مانند حلالیت ضعیف، غیر اختصاصی بودن، غیرانتخاب‌پذیری، متابولیسم سریع، پاکسازی سریع‌تر از بدن و … سیستم‌های دارورسانی Drug delivery systems (DDS) مبتنی بر نانوذرات می‌توانند با آزاد کردن داروها به شیوه‌ای آهسته و پایدار و رساندن آنها به ناحیه مورد نظر از بدن، بر محدودیت‌های ذکر شده غلبه کنند.

مطلب پیشنهادی: کاربردهای درمانی نانوذرات روی-بخش اول

DDS از حالت هدف گیری فعال یا غیرفعال پیروی می کند تا داروها را به طور خاص تحویل دهد. نفوذ پذیری بالای رگهای بافت تومور، نانوذرات را قادر می‌سازد تا از طریق افزایش نفوذپذیری و اثر (EPR) در هدف‌گیری غیرفعال به تومور برسند. برعکس، برای حالت هدف‌گیری فعال، لیگاندهای هدف (پپتیدها، آنتی‌بادی‌ها، پروتئین‌ها، مولکول‌های قند و …) موجود در DDS به سیستم کمک می‌کنند تا به طور خاص به مکان‌های هدف برسد. چندین گزارش وجود دارد که کاربردهای نانومواد ZnO را برای تحویل عوامل شیمی درمانی برای درمان سرطان نشان می دهد. به عنوان مثال، یک DDS متخلخل مبتنی بر نانومیله (ZnO-FA-DOX)، حاوی اسید فولیک (FA) به عنوان عامل هدف‌گیری و دوکسوروبیسین (DOX) به عنوان داروی شیمی‌درمانی تهیه شد. سیستم ZnO-FA-DOX آزادسازی DOX وابسته به pH و سمیت سلولی قوی را در سلول‌های سرطان سینه MDA-MD-231 نشان می دهد. پژوهشگران ماهیت زیست سازگاری نانو مواد ZnO-FA را با استفاده از مطالعه بررسی سمیت در مدل های موش نشان دادند.

مطالب پیشنهادی: روش های سنتز نانوذرات طلا – کاربرد نانوذرات طلا در درمان بیماری ها

در مطالعه دیگری، DDS هدفمند لنفاوی با نانوذرات اکسید روی پوشش داده شده با چربی (L-ZnO-NPs) حاوی ۶ مرکاپتوپورین (۶-MP) به عنوان عامل ضد سرطان سنتز و مورد بررسی قرار گرفت. سیستم L-ZnO-NPs به دلیل تولید گونه‌های اکسیژن فعال درون سلولی (ROS)، انتشار داروی پاسخ‌دهنده به pH سمیت سلولی قابل‌توجهی را برای سلول‌های سرطانی نشان داد. به طور مشابه، یک DDS جدید حاوی نانوذرات سیلیکا توخالی (HSNPs) که با نقاط کوانتومی (Quantum dots) ZnO مهر و موم شده‌اند، برای تحویل دوتایی DOX و کمپتوتسین طراحی شدند.

در مطالعه دیگری، لیپوزوم (ZNPs-Liposome-DNR) حاوی داروی ضد سرطان دانوروبیسین (DNR) مورد بررسی قرار گرفت. محققین در این پژوهش ادعا کردند که ادغام نانوذرات اکسید روی در DDS از آزادسازی زودرس DNR جلوگیری می کند، که فقط در محیط اسیدی می تواند تحریک شود و اثر ضد سرطانی کارآمدی برای سلول های A549 نشان می دهد. مطالعه آزادسازی درون سلولی در سلول‌های سرطانی با استفاده از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال (CLSM) نشان داد که درمان (ZNPs-Liposome-DNR) باعث آزادسازی قابل‌توجهی DNR می‌شود که منجر به سمیت سلولی بالاتر برای سلول‌های سرطانی در مقایسه با DNR آزاد و DNR کنژوگه (Liposome-DNR) می‌شود.

هان و همکاران (۲۰۱۵) همچنین یک DDS مبتنی بر ZnO-NPs (ZnO-Apt-Dox) آپتامر عاملدار شده، حاوی DOX به عنوان عامل ضد سرطان و اثر ترکیبی شیمی درمانی و پرتودرمانی در سلول های سرطان سینه MCF-7 با استفاده از DDS را مورد بررسی قرار دادند. به طور مشابه، کومار و همکاران (۲۰۱۴) تهیه کپسول‌های کروی خود مونتاژ شده با اندازه زیر میکرون از نانومیله‌های ZnO را نشان دادند و تحویل داروی ضد سرطان DOX را به سلول‌های سرطانی K562 با استفاده از این نانومیله‌های ZnO نشان دادند. علاوه بر این، DDS مبتنی بر نقطه کوانتومی ZnO حاوی اسید هیالورونیک (HA) به عنوان عامل هدف‌گیری و DOX به عنوان عامل ضد سرطان برای درمان سرطان ریه ساخته شده است. این سیستم خاص گیرنده CD44 و انتشار داروی پاسخگو به pH را در بخش های لیزوزومی سلول های سرطانی نشان داد.

اخیرا ژانگ و همکاران. (۲۰۱۱) یک استراتژی جدید برای مبارزه با سلول‌های سرطان کبد انسانی (SMMC-7721) از طریق استفاده از کاربرد ترکیبی نانومیله‌های اکسید روی با داروی ضد سرطان DNR در درمان فتودینامیک (PDT) مورد بررسی قرار داد، که در آن تولید ROS می‌تواند نقش مهمی در نتیجه فعالیت ضد سرطانی سیستم نانوکامپوزیت داشته باشد. محققین نشان دادند که نانوذرات اکسید روی می توانند مقدار بیشتری از DNR را به داخل سلول های SMMC-7721 حمل کنند و از رشد این سلول های سرطانی جلوگیری کنند. علاوه بر این، تابش اشعه ماوراء بنفش بر روی این DDS، مهار تکثیر سلولی را از طریق فوتوکاتالیز نانومیله‌های اکسید روی افزایش داد. برای بررسی مسیر سیگنال دهی فعالیت ضد توموری DDS در PDT، پژوهشگران فعالیت کاسپاز-۳ را که مشخصه آپوپتوز است، بررسی کردند.

مطالب پیشنهادی: میکروسکوپ نیروی اتمی در آنالیز نانوذرات – تست پراش اشعه ایکس XRD

تحویل ژن با استفاده از نانوذرات روی

انتقال ژن عمدتاً برای درمان اختلالات ژنتیکی مختلف با استفاده از ژن‌ درمانی به کار می‌رود. با این حال، بار منفی غشای پلاسمایی انتقال اسیدهای نوکلئیک را محدود می کند. در این راستا، نانوتکنولوژی یک استراتژی جایگزین برای انتقال اسیدهای نوکلئیک است. گزارش‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهد نانوذرات اکسید روی می‌تواند یک سیستم کارآمد برای کاربردهای انتقال ژن باشد. به عنوان مثال، ژانگ و لیو (۲۰۱۰) یک سیستم تحویل DNA مبتنی بر نقاط کوانتومی ZnO را طراحی کردند که انتشار لومینسانس زرد را نشان می دهد. ترکیب این نانوذرات با DNA پلاسمید، کارایی انتقال ژن عالی را در سلول‌های COS-7 با سمیت کم نشان داد. وجود لومینسانس زرد امکان مشاهده انتقال ژن را فراهم می کند. همچنین کومار و همکاران (۲۰۱۳) یک نانوکپسول زیست سازگار SiO_۲-ZnO با ساختار مزوپور برای تحویل داروها و اسیدهای نوکلئیک توسعه دادند. ادغام ZnO-NPs در ماتریس SiO_۲ بارگیری اسیدهای نوکلئیک با بار منفی را در SiOZO-plex فعال کرد.

خدمت مرتبط: طراحی پرایمر جهت بررسی بیان ژن

فعالیت ضد سرطانی نانوذرات روی

سرطان یک مشکل عمده سلامتی است که از رشد کنترل نشده سلول ها ناشی می شود. در سال‌های اخیر، حوزه نانوبیوتکنولوژی سرطان به دلیل کاربردهای متنوع نانوذرات در استراتژی‌های تشخیصی و درمانی سرطان‌ها اهمیت پیدا کرده است. محققان دریافتند که علاوه بر کاربردهای نانوذرات اکسید روی به عنوان حامل دارو ها، آنها همچنین می توانند دارای خواص ضد سرطانی باشند. به عنوان مثال، نانومیله های اکسید روی فعالیت ضد سرطانی در برابر سلول های A549 نشان می دهند که به واسطه تولید ROS داخل سلولی و فعال‌سازی پروتئین‌های p53 و کاسپاز سلولی رخ می دهد. همچنین محققان با بررسی سمیت سلولی نانوذرات اکسید روی در سه رده سلولی سرطانی مختلف (HepG2، A549، BEAS-2B) و سلول‌های طبیعی موش (آستروسیت‌ها و سلول‌های کبدی) دریافتند که ZnO-NP ها سمیت سلولی را در سلول های سرطانی القا می کند. جالب توجه است که اثر سیتوتوکسیک نانوذرات ZnO در سلول‌های آستروسیت و سلول‌های کبدی طبیعی مشاهده نشد. کشتن انتخابی سلول‌های سرطانی کبد توسط ZnO-NPs می‌تواند برای توسعه استراتژی‌های درمانی برای سرطان‌های کبد مفید باشد.

خاصیت رگ زایی نانوذرات روی

آنژیوژنز به عنوان ایجاد رگ های خونی جدید از عروق موجود تعریف می شود. دوره بیولوژیکی حیاتی است که فرآیندهای مختلف فیزیولوژیکی (مانند رشد جنین، رشد مو، چرخه قاعدگی، بهبود زخم) و فرآیندهای پاتولوژیک (مانند رتینوپاتی دیابتی، آترواسکلروز، آرتریت روماتوئید، سرطان، بیماری های ایسکمیک و قلبی عروقی) را تنظیم می کند. تکثیر و مهاجرت سلول‌های اندوتلیال جزو مراحل کلیدی رگ‌زایی هستند، استفاده از نانو ذرات گل شکل اکسید روی (Zinc Oxide Nanoflower) در آزمایش‌های تکثیر و خراش سلولی (scratch-wound assay) در سلول‌های اندوتلیال نشان می دهد که نانوگل‌های اکسید روی تکثیر و مهاجرت سلول‌های اندوتلیال را به روشی وابسته به دوز در مقایسه با آزمایش شاهد درمان‌نشده القا می‌کند.

مطلب پیشنهادی: آنالیز نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی SEM – آنالیز نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی TEM

ایمونوتراپی با استفاده از نانوذرات روی

در دهه های اخیر، ایمونوتراپی با ارائه مولکول های ایمنی (آنتی ژن ها، ادجوانت ها و آنتی بادی ها) به یک استراتژی پیشرفته برای مبارزه با بیماری های مختلف تبدیل شده است. با این حال، تحویل این مولکول ها به شیوه ای هدفمند برای دستیابی به مزایای درمانی چالش برانگیز است. در این زمینه، نانوتکنولوژی نقشی محوری برای تحویل انواع مختلف مولکول‌های ایمنی برای واکسیناسیون، درمان کمکی و ایمونوتراپی ایفا می‌کند. اخیراً نانوذرات اکسید روی مورد توجه محققان در زمینه ایمونوتراپی قرار گرفته است. به عنوان مثال، اثر کمکی ZnO-NPs در هنگام تجویز داخل صفاقی با اووالبومین (OVA) نشان می دهد که سطوح سرمی IgG1 و IgE با درمان نانوذرات اکسید روی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در مطالعه دیگری، نشان داده شد که نانوذرات سنتز شده باهسته اکسید آهن و پوسته اکسید روی، منجر به تحویل آنتی ژن کارسینومبریونیک (CEA) به سلول‌های دندریتیک (DC) می شود.

فعالیت ضد میکروبی نانوذرات روی

بیماری‌های ناشی از عفونت‌های باکتریایی از مشکلات جدی بهداشت جهان هستند. توسعه مقاومت آنتی بیوتیکی نیز به چالش دیگری برای درمان بیماری های عفونی تبدیل شده است. در این راستا، نانوتکنولوژی یک استراتژی درمانی جدید برای درمان باکتری های بیماری زا ارائه می دهد. درمان‌های ضد باکتری مبتنی بر نانوذرات اکسید روی در سال‌های اخیر به خوبی شناخته شده‌اند.

در بیشتر مطالعات، محققان دریافتند که تولید ROS توسط ZnO-NP مکانیسم کلیدی پشت اثر ضد باکتریایی آنهاست. به عنوان مثال، در مطالعه ای نشان داده شد که دو نانوذره ZnO و کامپوزیت های مبتنی بر اکسید گرافن (ZnO/GO-1 و ZnO/GO-2) فعالیت ضد باکتریایی بر علیه E. coli داشته و از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. مورفولوژی آسیب دیده باکتری با استفاده از نانوکامپوزیت ها با مطالعه میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان از تغییر مورفولوژی اکثر باکتری ها از ساختار میله ای به ساختار کروی و آسیب به غشاء آنها می باشد.

مطالب مرتبط: نانوذرات فلزی و اکسید فلزی – تست DLS در بررسی اندازه و سایز نانوذرات –نانو ذرات حامل دارو (نانوحامل)
خدمات مرتبط: خدمات علمی پژوهشی در حوزه علم بیوتکنولوژی – تولید نانو ذرات و نانوساختارها با رویکرد پژوهشی و درمانی