کاربردهای درمانی نانوذرات روی-بخش اول

آشنایی با نانوذرات روی

در میان نانومواد های فلزی، نانوذرات اکسید روی یکی از پرکاربرد ترین ها در انواع زمینه های بیولوژیکی است. نانوذرات اکسید روی (ZNO-NPS) برای کاربردهای دارویی متنوعی از جمله تحویل دارو، فعالیت ضد سرطان، خاصیت رگ زایی، فعالیت ضد میکروبی و بهبود زخم دارد.

تاریخچه روی و ترکیبات آن

روی یک عنصر کمیاب و اساسی برای تقریباً همه موجودات زنده، از جمله انسان است. پدر فارماکولوژی ، Paracelsus (1493 -1549) اولین پزشکی بود که مواد شیمیایی (سولفات روی) را به عنوان یک عامل دارویی تجویز کرد، که زمینه تحقیقات زیست پزشکی متحول شد. علاوه بر این، رائولین برای اولین بار در سال ۱۸۶۹ اهمیت روی را برای رشد طبیعی آسپرژیلوس نیجر نشان داد. در سال ۱۹۷۵، کمیته آکادمی کودکان در آمریکا روی را به عنوان یک عامل درمانی برای آکرودرماتیت انتروپاتیکا پیشنهاد کرد. در حال حاضر ، از فلز روی برای گالوانیزه کردن در صنعت، تولید آلیاژ برنج، تولید مواد ساختمانی و… به کار می رود. علاوه بر این، برای چند دهه، نانوذرات روی به طور گسترده در زمینه های متنوع از جمله لوازم آرایشی، نقاشی، منسوجات، کاتالیز، انرژی و بخش مراقبت های بهداشتی (درمان سرطان، تحویل دارو، تحویل ژن، کاربرد ضد میکروبی، تصویربرداری بیو، زیست سنجش) مورد استفاده قرار می گیرند. در این مطلب به کاربردهای مختلف زیست پزشکی نانوذرات روی خواهیم پرداخت.

اهمیت روی در سیستم های بیولوژیکی

از دهه ۱۹۸۰، دانشمندان تلاش زیادی برای درک عملکردهای یون های فلزی مختلف در سیستم های زنده کردند. اکنون مشخص شده است که یون های فلزی مختلفی مانند آهن، روی ، کلسیم ، منیزیم ، منگنز ، مس و … برای عملکرد مناسب دوره های مختلف فیزیولوژیکی سیستم های بدن بسیار مهم هستند. در میان این یون‌های فلزی، روی یکی از ضروری‌ترین ریزمغذی‌ها برای همه موجودات زنده است، زیرا نقش مهمی در فرآیندهای بیولوژیکی از جمله رشد جنین، رشد طبیعی بدن، بهبود زخم، متابولیسم های ایمنی، عملکردهای شناختی، تولید اسپرم، استخوان سازی، فرآیندهای عصبی و آنزیمی دارد. روی با بیش از ۳۰۰ آنزیم مختلف (به عنوان مثال، کربنیک انیدراز، سوپراکسید دیسموتاز، لاکتیک دهیدروژناز، آلکالین فسفاتاز و کربوکسی پپتیداز) مرتبط است که در دوره های بیولوژیکی مختلف نقش دارند.

روی همچنین عاملی حیاتی برای حفظ سطح طبیعی هورمون تستوسترون در سرم است. علاوه بر این، روی دارای خواص آنتی اکسیدانی و ضد التهابی در بدن است یک مطالعه اخیر در سال ۲۰۱۲ نشان داد که ۱۷.۳٪ از جمعیت در سراسر جهان به دلیل دریافت ناکافی روی در معرض خطر هستند. مشخص شده است که کمبود روی اغلب ممکن است باعث اختلالات فیزیولوژیکی، مانند اختلال در بهبود زخم، تاخیر در رشد، نقص ایمنی، تاخیر در بلوغ جنسی، بیماری های پوستی، اختلالات عصبی شود. حتی کمبود روی در خاک کشاورزی می تواند بر عملکرد و کیفیت محصول تاثیر بگذارد.

محققان گزارش داده اند که عفونت های حاد تنفسی با مکمل های روی در نوزادان کاهش می یابد. علاوه بر این، روی یکپارچگی ساختاری انسولین را تقویت و در ترشح و عملکرد انسولین بر متابولیسم گلوکز نقش دارد. بنابراین کمبود روی اغلب باعث عارضه دیابت می شود. علاوه بر ریز مغذی ضروری و کوفاکتور آنزیم های مختلف، روی به عنوان یک سیگنال یونی برای دانشمندان علوم اعصاب در نظر گرفته می شود و به مقدار قابل توجهی در هیپوکمپ مغز یافت می شود. محققان بر این باورند که روی نقش مهمی در تعدیل تحریک پذیری، انتقال دهنده های عصبی و شکل پذیری سیناپسی مغز دارد.

کاربردهای زیست پزشکی نانوذرات اکسید روی

اگرچه یون‌های فلزی نقش بالقوه‌ای در تنظیم چندین فرآیند بیولوژیکی در موجودات زنده دارند، اما زمانی که به صورت خارجی برای اهداف درمانی یا تشخیصی با دوز بالا استفاده شوند، می‌توانند سمیت سلولی داشته باشند. علاوه بر این، مطالعات بررسی سمیت نشان می دهد که استفاده از مواد به صورت حجیم در پزشکی اغلب با محدودیت های متعددی مانند عوارض جانبی نامطلوب، غیر اختصاصی بودن، فراهمی زیستی ضعیف همراه است.

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

دانشمندان در طول زمان دریافتند که استفاده از مواد دارویی به شکل نانوذرات آنها منجر به تغییر خواص فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی مواد می شود که می تواند بر محدودیت های ذکر شده غلبه کند. بنابراین، از چند دهه قبل، دانشمندان به شدت درگیر طراحی و توسعه نانوذرات فلزی مختلف هستند.

ویژگی های نانوذرات روی

در میان نانوذرات، نانومواد ZnO به دلیل مزایای بسیاری مانند

• نقش اساسی روی در فرآیندهای فیزیولوژیکی
• استفاده طولانی مدت
• سازگاری زیستی
• تجزیه پذیری زیستی
• عامل دار شدن آسان تر به دلیل دارا بودن سطح غنی از گروه -OH
• بارگیری چندگانه داروها
• سنتز آسان تر، و هزینه کم از جذابیت زیادی برای محققان برای کاربردهای مختلف زیست پزشکی برخوردار است

نانوذرات اکسید روی اغلب به عنوان حامل بیومولکول های مختلف (دارو، ژن) استفاده می شود. همچنین می‌توان از آن‌ها برای درمان بیماری‌های مختلف مانند سرطان، عفونت میکروبی، دیابت، بیماری‌های ایسکمیک و قلبی عروقی استفاده کرد. علاوه بر کاربردهای درمانی، ZnO-NP ها همچنین می توانند برای اهداف تشخیصی مفید باشند و از ویژگی های آنها برای تصویربرداری زیستی و حسگر زیستی آنها استفاده کرد.

کاربردهای دارویی نانوذرات اکسید روی

نانوذرات بیوسنتز شده عموماً با استفاده از منابع زیستی مختلف از جمله عصاره‌های گیاهی (برگ، میوه، گل)، کشت‌های میکروبی ساخته می‌شوند. مهمترین مزیت بیوسنتز نانوذرات روی این است که ترکیبات دارویی فعال را می توان به سطح آن‌ها متصل کرد. ZnO-NP های بیوسنتز شده از نظر فعالیت های ضد باکتریایی و ضد قارچی قوی تر از ZnO-NP های سنتز شده شیمیایی هستند. پژوهشگران دریافتند که ZnO-NP های بیوسنتز شده (تهیه شده با استفاده از عصاره پودر قهوه) پایداری حرارتی آنزیم پروتئیناز K را افزایش می دهد. این مطالعات به درک تعامل ZnO-NPs با مولکول های پروتئین در سیستم های بیولوژیکی کمک می کند.

اخیراً، نانوذرات ZnO-NP های بیوسنتز شده با استفاده از عصاره برگ جای ترش (هیبیسکوس سابداریفا) و اثر ضد باکتریایی قوی وابسته به ROS خود را در برابر باکتری های E. coli و S. aureus نشان دادند. علاوه بر این، درمان‌های این نانوذرات روی سطح گلوکز خون موش‌های سوئیسی آلبینو دیابتی ناشی از استرپتوزوتوسین را کاهش داد که نشان‌دهنده فعالیت ضد دیابتی نانوذرات اکسید روی بیوسنتز شده است.

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

آینده نانوذرات اکسید روی در کاربردهای زیست پزشکی

در میان نانوذرات فلزی مختلف، نانوذرات اکسید روی دارای ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی قابل تنظیم مانند اندازه، مورفولوژی، بار سطحی هستند که مورد توجه محققان زیست‌پزشکیقرار گرفته است. لازم به ذکر است که اثر The enhanced permeability and retention(EPR) مکانیسمی است که توسط آن داروهای غیر هدفمند با وزن مولکولی بالا و پیش داروها در بافت هایی که نفوذپذیری عروقی را افزایش می دهند، مانند محل های التهاب یا سرطان، تجمع یابند، که می‌تواند برای هدف‌گیری سلول‌های سرطانی توسط ZnO-NP  مورد استفاده قرار گیرد.

موانع زیادی برای کاربردهای عملی نانوذرات فلزی مختلف از جمله نانوذرات اکسید روی (ZnO-NPs) در کلینیک ها وجود دارد. یکی از چالش‌های اصلی، تفسیر نادرست خواص بیولوژیکی و سمیت نانوذرات اکسید روی است. سایر محدودیت‌ها شامل پایداری طولانی‌ مدت، تغییر pH محیط و ناخالصی است.

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