طلا و درمان سرطان

“موسسه سلامت ملی امریکا Us National institutes of health” در سال ۲۰۰۵ این علم را پایه‌گذاری کرد. در آوریل ۲۰۰۶، مجله‌ی نیچر مترلیاز Nature Materials طی یک ارزیابی اعلام کرد حدود ۱۳۰ دارو با پایه‌ی نانوتکنولوژی کشف شده‌اند که از طلا استفاده می کنند.
نانو پزشکی یک صنعت بسیار وسیع است که سطح فروش محصولات آن در سال ۲۰۰۴ به سقف ۸/۶ میلیارد دلار رسید.

حدود ۲۰۰ شرکت در این زمینه، با ۳۸ محصول در سراسر دنیا وجود دارند، سالانه دست کم ۸/۳ میلیارد دلار در این زمینه سرمایه‌گذاری می‌شود از آنجایی‌که Nano medicine رشد فزاینده‌ای دارد،‌ پیش‌بینی می‌شود که تاثیر بسیار زیادی بر روی اقتصاد داشته باشد.

• سرطان: تصویربرداری و درمان ملکولی

اندازه بسیار کوچک این ریز ذرات، ویژگی‌های کارآمدی را در زمینه‌ی تومورشناسی و به خصوص تصویربرداری از تومور به آن‌ها می‌بخشد. ذرات کوآنتومی (ریز ذراتی با خواص محدودشده‌ی کوانتومی، نظیر تنظیم‌پذیری میزان انتشار نور)، هنگامی‌که به همراه MRI مورد استفاده قرار گیرند دارای قابلیت ایجاد تصاویر استثنایی از محل تومورها می‌باشند.

این بدان معناست که در صورت کاربرد ذرات کوانتومی فلورسنت، تصاویر ایجاد شده از کنتراست(تباین) بیشتر با قیمت پایین‌تر در مقایسه با رنگ‌های ارگانیکی (زیستی) برخوردارند.

لازم به ذکر است که ذرات کوانتومی اغلب از عناصر تا حدودی سمی تشکیل شده‌اند.

از دیگر ویژگی‌های ریزذرات طلا آن است که نسبت سطح این ذرات در مقایسه با حجم آن‌ها بیشتر است و امکان اتصال ذرات طلا (گروه‌های عملکردی) دیگر به آن‌ها فراهم می‌شود این ذرات طلا به نوبه‌ی خود دارای قابلیت یافتن سلول‌های سرطانی و اتصال به آن‌ها می‌باشند.

به علاوه، اندازه‌ی کوچک ریزذرات (۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر)، این امکان را برای آن‌ها فراهم می‌کند که به صورت انتخابی در محل تومورها تجمع کنند زیرا تومورها دارای سیستم زهکشی لنفی مناسبی نیستند.

یک سؤال تحقیقاتی جالب آن است که چگونه این تصویربرداری‌ها به کمک ریزذرات طلا می‌تواند به درمان سرطان کمک کنند.

به طور مثال آیا این امکان وجود دارد که ریزذراتی با چند قابلیت، نظیر یافتن، تصویربرداری و درمان تومورها کشف شوند؟

برای پاسخ‌گویی به این سؤال تحقیقات گسترده‌‌‌ای در حال انجام است و پاسخ به آن به معنای درمان سرطان در آینده می‌باشد.

با این کار روش‌های نویدبخشی برای درمان سرطان ابداع که جایگزین روش‌های پرتوافکنی و شیمی درمانی می‌شوند و دارای قابلیت آزمایش بر روی انسان می‌باشند.

در یک روش درمانی به نام درمان “کانزیوس آر اف” ریزذرات میکروسکوپی به سلول‌های سرطانی متصل می‌شوند و سپس به کمک امواج رادیویی، تنها به ریزذرات و سلول‌های (سرطانی) مجاور آن حرارت داده می‌شود و به اصطلاح تومورها پخته می‌شوند.

“تراشه‌های آزمایشی حسگر Sensor test chip” که دارای هزاران “ریز مفتول Nanowire” می‌باشند، قابلیت یافتن پروتئین‌ها و دیگر علامت‌گذاری‌های زیستی هستند که از سلول‌های سرطانی به جا می‌مانند و امکان یافتن و تشخیص سرطان در مراحل اولیه از روی چند قطره خون بیمار فراهم می‌شود.

دلیل کاربرد سیستم دارورسانی بر سه واقعیت استوار است:

الف) قابلیت کپسول‌سازی دارو به نحوی کارآمد

ب) ارسال موفقیت‌آمیز دارویی خاص به محدوده‌ی مشخص از بدن

ج) آزادسازی موفقیت‌آمیز دارو در بافت مشخص.

محققان “دانشگاه رایس Rice university” تحت سرپرستی پروفسور “جنیفر وست Jennifer west‌” نانو پوسته هایی را به قطر ۱۲۰ نانومتر با پوششی از طلا ابداع کردند که دارای قابلیت از بین بردن سلول‌های سرطانی در بدن موش بودند.

این امکان وجود دارد که آنتی‌بادی‌ها یا پپتیدهایی به سطح نانوپوسته‌ها متصل (پیوند برقرار کرد) و آن‌ها را به سمت سلول‌های سرطانی هدایت کرد.

هنگامی‌که محدوده‌ی تومور به وسیله‌ی اشعه‌ی لیزر مادون قرمز، پرتوافکنی می‌شود، طلا تا حدی حرارت می‌بیند که موجب از بین رفتن کامل سلول‌های سرطانی می‌شود البته لازم به ذکر است از آنجایی‌که اشعه‌ی لیزر از بافت‌های سطحی عبور می‌کند، بی‌آنکه حرارت آن‌ها را بالا ببرد، سلول‌های دیگر آسیب نمی‌بینند.

به علاوه جان کانزیوس موفق به ابداع دستگاه امواج رادیویی شد که دارای قابلیت ترکیب امواج رادیویی و کربن یا ریز ذرات طلا و از بین بردن سلول‌های سرطانی می‌باشد.

ریزذرات سلنید کادمیوم (cdSe ترکیبی از پیوند دوتایی کادمیوم و سلنیوم) یا همان ذرات کوانتومی، هنگامی‌که در معرض تابش نور فرا بنفش قرار می‌گیرند حالت درخشان پیدا می‌کند.

پس از تزریق، این ذرات طلا به داخل تومورهای سرطانی نفوذ می‌کنند و از آنجایی‌که تومور حالت درخشان دارد، جراح را به طور دقیق به سوی تومور هدایت می‌کند.

یکی از دانشمندان، دانشگاه میشیگان به نام “جیمز بیکر James Baker” معتقد است که موفق به کشف روشی بسیارکارآمد و موفقیت‌آمیز در زمینه‌ی دارو رسانی(ارسال دارو) به سلول‌های سرطانی شده است که آسیب کمتری به سلول‌های مجاور وارد می‌سازد.

او ملکولی به نام “دندریمر Dendrimer” ساخته که دارای بیش از صد چنگک است و به آن قابلیت اتصال به سلول‌های بدن برای اهداف متفاوت را می‌دهد. بیکر، تعدادی اسیدفولیک (نوعی ویتامین که سلول‌ها آن را جذب می‌کنند) را به این چنگک‌ها متصل می‌کند.

از آنجایی‌که سلول‌های سرطانی بیش از سلول‌های دیگر، ویتامین‌ها را جذب می‌کنند، دندریمرهای دارای ویتامین، توسط سلول‌های سرطانی جذب می‌شوند.

بیکر به دیگر چنگک‌های موجود بر روی دندریمر، داروهای ضد سرطان متصل می‌کند که به همراه دندریمر و ویتامین، جذب سلول‌های سرطانی می‌شوند.

در نتیجه دارو به طور دقیق وارد سلول‌های سرطانی می‌شود و جذب دیگر سلول‌ها نمی‌شود.

در روش درمانی “فتودینامیک Photodynamic”، یک ذره داخل بدن قرار داده می‌شود و سپس از خارج از بدن به آن نور تابانده می‌شود از آنجایی‌که این ذره از جنس فلز است با جذب نور، حرارت آن بالا می‌رود و سلول‌های مجاور را گرم می‌کند.

این حرارت موجب می‌شود که ملکول‌های اکسیژن واکنش شیمیایی نشان دهند، این واکنش دارای توانایی از بین بردن سلول‌های زیستی اطراف (نظیر سلول‌های تومور) است.

از آنجایی‌که نور تنها به ذرات خاصی تابانده می‌شود، هیچ‌گونه مواد سمی از سلول‌های واکنش‌پذیر در بدن(شیمی درمانی) باقی نمی‌ماند، در نتیجه آن را به روشی بسیار مفید و درخور توجه مبدل می‌کند.

درمان فتودینامیک دارای ویژگی غیر تهاجمی است و به آن معنا که هیچ‌گونه خراش یا بریدگی در سطح پوست ایجاد و با غشاء مخاطی تماس برقرار نمی‌شود.

• دارو رسانی (سیستم ارسال دارو)

مراکز تحقیقاتی،‌ آزمایشات خود را بر روی داروسازی در راستای ارتقای سطح فراهمی زیستی ذرات طلا و ملکول‌های نانو متمرکز کرده‌اند. به حضور ملکول‌های دارو در بخشی از بدن که به آن نیاز فراهمی زیستی است، گفته می‌شود. دارو رسانی بیشتر بر روی به حداکثر رساندن فراهمی زیستی در محل‌های خاصی از بدن و طی دوره‌ای مشخص تاکید دارد.

دستیابی به این امر از طریق هدف‌یابی ملکولی به وسیله‌ی ابزارهای “نانو مهندسی Nanoengeneering” امکان‌پذیر می‌شود زیرا هدف‌یابی و دارو رسانی می‌بایستی در مقیاس سلولی انجام شود. سالانه بیش از ۶۵ میلیارد دلار به دلیل فراهمی زیستی ضعیف به هدر می‌رود.

تصویربرداری داخل بدن(in vivo imaging) زمینه‌هایی هستند که ابزار و وسایل مورد نیاز آن می‌بایستی ساخته شوند. با استفاده از عوامل تباین ریزذرات، تصاویر “فرا صوت Utrasound” و ام.آر.ای MRI از توزیع و تباین بیشتری برخوردار خواهند شد.

این احتمال وجود دارد که روش‌های جدید نانو مهندسی که در حال توسعه هستند به منظور درمان سرطان‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

پیشرفت‌های آینده‌ی نانو تکنولوژی خارج از تصور است. با استفاده از سیستم دارو رسانی ریز ذرات لیپید یا پلیمر، خواص دارویی و درمانی داروها را می‌توان بهبود بخشید.

قدرت سیستم‌های دارو رسانی، همان توانایی آن‌ها در بهبود وضعیت فارما کوکینتیک می‌باشد. ریزذرات دارای ویژگی‌های غیرمعمولی هستند که می‌توان از آن‌ها در بهبود دارو رسانی استفاده کرد. در حالی‌که ذرات بزرگ‌تر از بدن دفع می‌شوند، سلول‌ها “ریز ذرات Nanoparticles” را به دلیل اندازه‌ی کوچک آن‌ها جذب می‌کنند.

مکانیزم‌های دارو رسانی پیچیده‌ای کشف شده‌اند که شامل توانایی جذب دارو از طریق غشای سلولی و به داخل سلول سیتوپلاسم می‌شود. کارایی دارو و شیوه درمان از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا بسیاری از بیماری‌ها تا حدود زیادی به فرایند‌های داخل سلول بستگی دارند و تنها از طریق داروهایی که توانایی ورود به سلول را دارند می‌توان از پیشرفت آن‌ها ممانعت به عمل آورد.

داروها وارد بدن می‌شوند و تنها هنگام مواجه شدن با علائم خاص فعال می‌شوند. به طور مثال، داروهایی که قابلیت انحلال ضعیفی دارند با سیستم دارو رسانی جدیدی جایگزین می‌شوند که در محیط‌های “آب دوست Hydrophilic”‌ و “آب گریز Hydrophobic” دارای قابلیت فعالیت باشند.

همچنین این احتمال وجود دارد که دارویی موجب آسیب‌دیدگی بافت شود اما با سیستم دارو رسانی و آزادسازی تنظیم‌شده‌ی دارو این مشکل نیز برطرف می‌شود.

در صورتی‌که دارویی به سرعت از بدن دفع شود، بیمار مجبور به مصرف بیشتر دارو می‌شود، اما به وسیله‌ی سیستم دارو رسانی، می‌توان میزان دفع را به‌وسیله‌ی بهبود وضعیت فارماکوکینتیک دارو کاهش داد. “توزیع زیستی Biodistribution” ضعیف از جمله مواردی است که بر روی بافت‌های سالم از طریق توزیع گسترده دارو، تاثیر می‌گذارد.

اما ریزذرات در سیستم‌های دارو رسانی میزان توزیع گسترده‌ی دارو و تاثیر بر روی بافت‌های غیرهدف را کاهش می‌دهد.

• جراحی

در دانشگاه رایس در آزمایشگاه از روش خاصی برای متصل کردن دو تکه از بافت استفاده می‌شود. به طور مثال به منظور آزمایش، دو تکه بریده شده از گوشت مرغ در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند به گونه‌ای که دو لبه به طور کامل بر هم منطبق شوند. سپس مایعی سبز رنگ، حاوی نانوپوسته‌های پوشانده شده با لایه‌ای از طلا بر روی شکاف آن ریخته می‌شود.

پس از آن اشعه‌ی ‌لیزر مادون قرمز در طول شکاف و بر روی این ماده تابانده می‌شود در نهایت این دو قسمت به یکدیگر پیوند می‌خورند. با استفاده از این روش‌، مشکل معمول خونریزی عروق پس پس از عمل جراحی حل می‌شود.
در عمل‌های جراحی قلب و کلیه هنگامی‌که جراح قصد بخیه کردن دو لبه‌ی شریان‌های بریده شده را دارد این روش به او کمک فراوانی خواهد کرد.

• تصویرسازی

ردیابی حرکات در تعیین چگونگی انتشار دارو و متابولیزم مواد کمک بسیار مفیدی است. از آنجایی‌که پیگیری گروه کوچک سلول‌ها در بدن دشوار است، دانشمندان از سلول‌های رنگی استفاده می‌کردند. به این منظور می‌بایستی سطح انرژی این رنگ‌ها به وسیله‌ی طول موج مشخص نور بالا برده شود تا حالت درخشان پیدا کنند.

از آنجایی‌که رنگ‌های متفاوت، فرکانس‌های مختلفی را جذب می‌کنند، به تعداد سلول‌های بدن، به منابع نوری نیاز بود. شکل دیگر علائم درخشایی(درخشایی: خاصیت ساطع کردن نور، بدون همان مقدار گرمازایی) است. این علائم، ذرات کوانتومی هستند که به پروتئین‌های نفوذ کننده به داخل غشاء سلولی متصل می‌شوند.

ذرات اندازه‌های متفاوت دارند که ممکن است از مواد راکد زیستی ساخته شده باشند. این ذرات دارای خواص ریز ذرات نانو هستند و رنگ آن‌ها ارتباطی با اندازه‌شان ندارد.

• هدف‌گیری به کمک ریزذرات طلا

ریزذرات، ابزارهای احتمالی در توسعه‌ی دارورسانی، تصویربرداری پزشکی و حسگرهای تشخیص به شمار می‌آیند.
گرچه، توزیع زیستی این ریز ذرات، بنا به دشواری پیگیری در اندام‌های بدن، تا حدود زیادی ناشناخته است اما تحقیقات اخیر بر روی سیستم دفع موش‌های آزمایشگاهی نشانگر آن است که ترکیبات طلا دارای قابلیت هدف‌گیری انتخابی اعضای متفاوت، بر اساس اندازه هستند. به وسیله‌ی یک دندریمر کپسول‌سازی، بارالکتریکی مشخصی به این ترکیبات داده می‌شود.

این موضوع به اثبات رسیده است که طلا، با بار الکتریکی مثبت وارد کلیه‌ها می‌شوند در حالی‌که ریز ذرات دارای بار الکتریکی منفی در کبد و طحال باقی می‌مانند.

به نظر می‌رسد که بار مثبت سطح ریز ذرات، میزان “اپسونین Opsonin” ریزذرات کبد را کاهش می‌دهد، در نتیجه بر روی مجاری دفع تاثیر می‌گذارد. با وجود پیشرفت‌های حاصل شده در نانوتکنولوژی، تحقیق بر روی خطرات سمی بودن ریز ذرات، گامی دیگر در زمینه کاربردهای پزشکی آن به شمار می‌آید.

• واسطه‌های نرو-الکترونیک

واسطه‌های نرو الکترونیک، ریز دستگاه‌هایی هستند که امکان اتصال و برقراری ارتباط کامپیوترها را با سیستم عصبی مغز فراهم می‌کنند. این ایده مستلزم ابداع ساختاری ملکولی است که کنترل و ردیابی تکانه‌های عصبی را به وسیله یک کامپیوتر خارجی امکان پذیر می‌سازد.

به این ترتیب کامپیوترها قادر به تفسیر، ثبت و پاسخ به علائم ارسالی از جانب بدن، هنگام تحریک، می‌شوند. از آنجایی که بسیاری از بیماری‌ها (نظیر ام.اس) به دلیل نقص سیستم عصبی به وجود می‌آیند، همچنین، اکثر جراحات و تصادفات که منجر به نقص عملکرد سیستم عصبی و در نتیجه فلج اندام‌های تحتانی می‌شوند تقاضا برای چنین ساختار ملکولی بسیار بالاست.

در صورتی‌که کامپیوترها قادر به کنترل سیستم عصبی از طریق واسطه‌های نرو-الکترونیک شوند، می‌توان مشکلات حاصل از نقص این سیستم و تاثیرات بیماری‌ها و آسیب‌ها را کنترل کرد.
یکی از محدودیت‌های این اختراع، احتمال وقوع تداخل امواج می‌باشد زیرا میدان‌های الکتریکی، “امواج الکترومغناطیسی EMP” و میدان‌های الکتریکی هرز و دیگر ابزارهای الکترونیکی درون بدن آن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین به منظور جلوگیری از تراوش (نشست) الکترون و هدایت سطح انرژی مورد نیاز بدون ایجاد حرارت بالا به عایق‌کاری و سیم‌های ضخیم نیاز است.

با وجود تحقیقات در حال انجام، پیشرفت‌های عملی اندکی حاصل شده است. از آنجایی‌که سیم‌ها می‌بایستی با دقت در سیستم عصبی قرار داده شوند، سیم‌کشی این ساختار بسیار دشوار می‌باشد. به علاوه این ساختار می‌بایستی با سیستم ایمنی بدن سازگار باشد تا به مرور زمان دست نخورده باقی بماند.

از دیگر مشخصه‌هایی که این ساختار می‌بایستی داشته باشد، قابلیت تشخیص جریان‌های وابسته به یون الکتریکی است.

• ماشین‌های بازسازی سلول و طلا

(این بخش حاوی ادعاهایی می‌باشد که صحت و سقم آن هنوز مشخص نشده است.)
با استفاده از دارو و عمل جراحی پزشکان بافت‌های سلولی را به منظور بازسازی خود، تحریک می‌کنند. به کمک ماشین‌های ملکولی، فرایند بازسازی دقیق‌تر صورت خواهد پذیرفت. از آنجایی‌که زیست‌شناسان بدون از بین بردن سلول‌ها، قادر به فرو کردن سوزن به داخل آن‌ها می‌شوند، دسترسی به سلول‌ها امکان‌پذیر می‌شود.

بنابراین، ماشین‌های ملکولی، دارای قابلیت ورود به سلول هستند. همچنین، تمامی بر هم‌کنش‌های ‌بیوشیمیایی نشانگر آن است که سیستم‌های ملکولی قادر به تشخیص دیگر سلول‌ها، ساخت یا بازسازی هر یک از ملکول‌های داخل یک سلول و تجزیه‌ی سلول‌های آسیب‌دیده هستند.

بنابراین از آنجایی‌که طبیعت، چگونگی فرایندهای بنیادین بازسازی سلولی را به خوبی نشان داده است، در آینده، ماشین‌های بازسازی سلولی ساخته خواهند شد که قادر به ورود به سلول‌ها، تشخیص تفاوت میان سلول‌های سالم و سلول‌های نیازمند بازسازی ساختاری می‌باشند.

در صورت عملی شدن این احتمال، علم پزشکی متحول خواهد شد. به دلیل کوچک بودن اندازه‌ی ویروس‌ها یا باکتری‌ها اجزای این ماشین‌های بازسازی سلول می‌بایستی بسیارریز و پیچیده و حتی گونه‌های اولیه آن باید بسیار تخصصی باشند زیرا می‌بایستی دارای قابلیت باز و بسته کردن غشای سلولی یا حرکت در بافت و ورود به سلول‌ها و ویروس باشند.

برای هدایت ماشین‌های بازسازی سلولی، به ریز کامپیوترهایی نیاز است. این کامپیوترها به ماشین‌های بازسازی سلول، توانایی آزمایش، جداسازی و بازسازی ساختارهای ملکولی را می‌دهد.

سپس با کار بر روی تک تک سلول‌ها و بافت‌ها، کل عضو بازسازی و سلامت به بدن بازگردانده می‌شود. در صورتی‌که آسیب سلول‌ها به حدی باشد که به حالت غیرفعال درآیند، ماشین‌های بازسازی با استفاده از تکه‌ی باقی‌مانده، سلول را به طور کامل ترمیم می‌کنند و دیگر نیازی به رها کردن سلول‌ها به امید بهبود و بازسازی نیست.

• کلیه شناسی به کمک ریز ذرات نانو

کلیه شناسی به کمک ریز ذرات نانو شاخه‌ای از نانوتکنولوژی است که با موارد زیر در ارتباط می‌باشد.

۱)    مطالعه ساختارهای پروتئینی در سطح اتمی ۲) ابداع یا به‌کارگیری روش‌های تصویربرداری به کمک نانوتکنولوژی به منظور مطالعه و بررسی فرایندهای سلول‌های کلیه ۳) کاربرد روش‌های درمانی به کمک نانوتکنولوژی و استفاده از ریزذرات به منظور درمان بیماری‌های متفاوت کبدی.

ابداع و به کارگیری مواد و ابزارهایی در مقیاس اتمی که دارای قابلیت تشخیص و درمان بیماری‌های کلیوی باشند، بخشی از برنامه‌های آتی نانوتکنولوژی به شمار می‌آید. به وسیله‌ی شناخت خواص فیزیکی و شیمیایی پروتئین‌ها و دیگر ملکول‌ها در سطح اتمی سلول‌های متفاوت کلیه، روش‌های درمانی جدیدی به منظور مبارزه با بیماری‌های کلیوی کشف خواهند شد.

پاورقی

۱- فراهمی زیستیBioavailability: مقداری از یک دارو یا ماده که بعد از مصرف آن، در اختیار بافت هدف قرار می‌گیرد.
۲- فارماکوکینیک: عمل داروها در بدن در یک فاصله‌ی زمانی که شامل پدیده‌های جذب، پخش، جایگزینی در بافت‌ها، تبدیل در بدن و دفع می‌شوند.
۳- توزیع زیستی Biodistribution: روشی که به کمک آن می‌توان محل حرکت دارویی خاص را در بدن مشخص کرد.
۴- کپسول‌سازی Encapsulation: در علم شیمی، به قرار دادن یک ملکول خاص را داخل ملکول بزرگ‌تر می‌گویند.
۵- سیستم لنفاوی در مهره‌داران، شبکه‌ای از مجاری است که مایعی شفاف به نام لنف را حمل می‌کند.
۶- جان.اس.کانزیوس،(۱ مارچ ۱۹۴۴-۱۸فوریه ۲۰۰۹) مخترع و مهندس رادیو و تلویزیون اهل ایالات متحده. او موفق به ابداع روشی شد که به طور احتمالی قادر به درمان سرطان می‌باشد لازم به ذکر است که او سال‌ها به بیماری سرطان مبتلا بود.
۷- اپسونین Opsonin : نوعی آنتی بادی که میکروب‌ها و سایر سلول‌ها را نسبت به فاگوسیتوز(ذره‌خواری: بلعیده شدن میکروارگانیسم‌ها و یا سایر ذرات معلق خارجی سلولی) آسیب‌پذیر می‌سازد.

منبع: tgju.org