نانوذراتی که میتوانند درمان امیدبخش سرطان باشند
طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، سرطان دومین عامل مرگومیر در جهان بوده و بیشترین میزان مرگومیر ناشی از سرطان در سال 2018 داشته است.
براساس موسسه بینالمللی سرطان، تومورها سالانه از هر 100000نفر 2/171 نفر را میکشند. سرطان یکی از مهلکترین و شایعترین بیماریهایی است که عمدتاً بدلیل دشواری درمان آن در نهایت موجب مرگ فرد میشود. دلیل اصلی این مشکل آن است که سرطان از تکثیر کنترلنشده سلولهای طبیعی انسان که به شکلی نامحسوس تغییر یافتهاند ایجاد میشود.
درمانهای سنتی سرطان با خطر آسیب رساندن به بافتهای سالم همراه هستند زیرا برای از بین بردن سلولهای سرطانی کار میکنند و میتوانند به بافتهای سالم نیز آسیب برسانند. دانشمندان در حال حاضر روی روشهای درمانی مبتنی بر فناوری نانو کار میکنند تا بر این محدودیت غلبه کنند و احتمال بقا را در چندین نوع سرطان افزایش دهند.
درمانهای سرطان در حال حاضر به جراحی، پرتودرمانی و شیمیدرمانی محدود میشوند. هر سه روش، خطر آسیب به بافتهای طبیعی یا ریشهکنی ناقص سرطان را به همراه دارند.
معمول ترین و اصلی ترین راه درمان انواع سرطان ها، شیمی درمانی اسدت .با اینکه عوامل شیمیدرمانی مختلف مکانیسدم های متفاوتی دارند؛ ولی عملکرد اصلی آنها ازبین بردن سلول های در حال رشد شامل سلولهای سرطانی و نرمال است؛بنابراین به علت عدم اختصاصی بودن، سمیت سلولی بالایی داشته و باعث عوارض جانبی متعدد از جمله مهار مغز استخوان، ریزش مو و مشکلات گوارشی میشود.
درمانهای موجود نتوانستهاند پاسخگوی نیاز درمانی برای انواع سرطان باشند. بنابراین استفاده از فناوریهای نوین در پیشگیری و درمان سرطان میتوانند راهگشا باشند.
نانوفناوری، روشی برای هدف قرار دادن مستقیم و گزینشی سلولهای سرطانی با روشهای شیمیدرمانی، بهبود جراحی تومورها، افزایش اثربخشی روشهای درمانی مبتنی بر پرتو و سایر روشهای درمانی کنونی به شمار میرود. همه این روشها میتوانند به کاهش خطر برای بیمار و افزایش احتمال بقای او کمک کنند.
پژوهش در مورد درمان سرطان با کمک فناوری نانو، فراتر از دارورسانی و ارائه درمانهای جدید در دسترس، تنها با استفاده از خواص نانومواد گسترش مییابد. اگرچه نانوذرات در مقایسه با سلولها کوچک هستند اما آنقدر بزرگ هستند که بتوانند بسیاری از ترکیبات مولکولی کوچک را در خود محصور کنند.
توسعه یکپارچه نانوذرات جدید و ترکیبات دارویی فعال، امکان کاوش در مجموعه گستردهتری از مواد فعال را فراهم میکند. علاوه بر این، محمولههای ایمنیدرمانی و پوششهای سطحی، به عنوان کمکی برای پرتودرمانی و شیمیدرمانی مبتنی بر نانوذرات و همچنین به عنوان درمانهای مستقل مورد بررسی قرار میگیرند. راهبردهای نوآورانه، طراحی نانوذرات را به عنوان عوامل تحریککننده ایمنی در بر میگیرد که از معماری نانوساختار برای فعالیت ضد تومور پایدار استفاده میکنند.
ظهور فناوری نانو در بسیاری از زمینههای مراقبتهای بهداشتی و تحقیقات علمی تأثیر عمیقی داشته است. درمانهای رایج سرطان شامل شیمیدرمانی، پرتودرمانی و جراحی ممکن است اندازه تومور را کاهش دهند، اما اثر این روشها گذرا بوده و بر بقاء بیمار اثر مثبتی نداشته. لذا جایگزینی درمانهایی موثرتر، اختصاصیتر و دارای عوارض جانبی کمتر با فعالیت ضد سرطانی بالاتر یک مسئله غالب در انکولوژی بالینی است. بلوغ تدریجی فناوری نانو، نهتنها برای درمان سرطان بلکه به صورت گسترده برای انواع برنامههای کاربردی، بهویژه برای تحویل دارو و موارد تشخیصی و تصویربرداری مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. انواع متنوعی از نانوذرات موجود است و انتخاب ناقلین مناسب با توجه به تقاضا مسئله اساسی است.
نانوذرات از نظر ابعاد، کاملاً به مولکولهای زیستی نزدیک بوده و به سادگی میتوانند به درون سلول نفوذ کنند به همین دلیل یکی از اهداف نانوفناوری سوار کردن مولکولها و داروها بر روی نانوذرات و انتقال آنان به سلول مورد نظر میباشد. همچنین میتوان برای نانوذرات خصوصیات سطحی متفاوتی از طریق اتصال لیگاندهای محافظ برای افزایش مقاومت نانوذرات در برابر سیستم ایمنی و افزایش حضور آنان در گردش خون و حتی اتصال لیگاندهایی به منظور اتصال اختصاصی نانوذرات به بافت هدف ایجاد نمود.
نانو تکنولوژی چیست؟
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی شاخه جدیدی از علم است که به بررسی ویژگیهای ساختاری بین اتمها و موادی با بزرگی حداقل یک نانومتر میپردازد. نانولولههای کربنی، نانوکریستالهای فلورسنت، نانوسیلیکای متخلخل، دندریمرها، لیپوزومها، گرافن و نانوذرات از جمله نانومواد هستند . افزایش کاربرد نانومواد در این زمینه به ویژگیهای منحصر به فرد آنها بر میگردد.
برای مثال، نانومواد متخلخل که دارای سطح بالا و توزیع یکنواخت منافذ هستند بهعنوان حامل مواد فعال مختلف در سیستمهای دارورسانی مطرح شدند، در حالیکه نانوکریستالهای نیمهرسانا که پایداری نوری بالایی دارند بهعنوان نشانگرهای (پروب) فلورسنت در تصویربرداری از سلولهای سرطانی استفاده میشوند .
نانوتکنولوژی عبارت است از علم و فناوری که در آن اجسام و ساختارهایی در ابعاد نانومتر (یعنی در مقیاس یک میلیونمین بخش از یک میلیمتر) تولید و کنترل میشوند. استفاده از نانوذرات و نانوساختارها در درمان سرطان به عنوان یک روش جدید و همچنین پیشرفته مطرح شده است. کاربردهای نانوتکنولوژی در درمان سرطان شامل موارد زیر میشود:
1.تحریک دارو: با استفاده از نانوذرات، داروها به صورت مستقیم و هدفمند به سلولهای سرطانی تحریک میشوند، بدون اثر منفی بر سلولهای سالم. این روش میتواند اثربخشی درمان را افزایش دهد و عوارض جانبی را کاهش دهد.
2.تشخیص دقیق: نانوذرات قابل استفاده در تصویربرداری پزشکی هستند و میتوانند به صورت هدفمند به سلولهای سرطانی متصل شوند و آنها را تشخیص دهند. این روش میتواند در تشخیص زودرس سرطان و پیگیری درمان مؤثر باشد.
3.درمان حرارتی: با استفاده از نانوذرات، حرارت به سلولهای سرطانی منتقل میشود و باعث نابودی آنها میشود. این روش به عنوان یک روش درمان حرارتی نوین و کمتر آسیبرسان به بافتهای سالم مطرح شده است.
4.درمان تحویل دارو: نانوذرات میتوانند داروها را به سلولهای سرطانی منتقل کنند و درون آنها رها شوند. این روش باعث افزایش غلظت دارو در منطقه سرطانی میشود و اثربخشی درمان را افزایش میدهد.
نانوذره به عنوان سیستم رهایش دارو، کنترل اندازه ذره، خواص سطحی و رهایش داروي مشخص و کارا در مکان و بازه زمانی مشخص براي اثرگذاري هرچه بیشتر دارو میباشد. نانوذراتی که براي رهایش دارو استفاده میشوند باید داراي خواص زیستسازگاري، داروسازگاري، زیست تخریب پذیري باشند، همچنین متناسب با زمان آزاد شوند و نانوذرات خواص مکانیکی مطلوب و فرآیند ساخت آسان داشته باشند. کاربرد وسیعی در داربستهاي مهندسی بافت، رهایش هدفمند دارو و متاسفانه نانوذرات در هنگام ورود به بدن در تشخیص بیماري دارند. از طریق سیستم گردش خون و یا فاگوسیتوز، گیر میافتند که میتوان این مشکل را از طریق اصلاح سطح حل کرد و آنها را از بیگانه خواري نانوذره ها را حذف از طریق سیستم گردش خون نجات داد. می توان به روش هاي مختلفی دسته بندي کرد. از نظر اندازه، شکل، مواد سازنده میتوانند متفاوت باشند. حتی روش هاي تهیه نانو ذرات نیز میتواند انواع مختلفی از نانوذرات را ایجاد کند. هرکدام از این نانوذرات ظرفیت بارگیري دارو، رهایش، و ماندگاري متفاوت دارند.
پروتیی نها از منابع مواد طبیعی خیلی خوب براي ساخت سیستم هاي نانوذرات هستند. پروتیین هاي گوناگونی مانند ژلاتین و آلبومین و کورکومین براي تحویل دارو، به طور گستردهاي مورد استفاده قرار میگیرند. با طراحی ذهنی نانوذرات پروتیین بر اساس رفتار آنها در محیط میکروسکوپی و براساس سلولهاي سرطانی تومور، بهبود کارایی و ایمنی درمان سرطان میتواند امیدوارکننده باشد. افزون براین، نانوذرات پروتیینی که قادر به حمل مواد درمانی و تشخیصی هستند، در حال حاضر براي مدیریت موثر سرطان مورد توجه قرار گرفتهاند. اگرچه استفاده از نانوذرات پروتیین براي درمان در حال حاضر نتایجی هیجان انگیز را به ارمغان آورده و کارایی هاي بیشتري در آینده به دست می آورد، در مقایسه هاي عملکردي و بازدهی درمانی، پروتیین ها و دیگر سیستم هاي تحویل موجود هنوز هم نقص هایی دارند و نشان دهنده بررسی و مطالعه بیشتر در این زمینه است.
به طور کلی نانوفناوری چگونه درمان سرطان را بهبود میبخشد؟
نانوفناوری با هدایت داروها برای هدف قرار دادن انتخابی سلولهای سرطانی، شیمیدرمانی را تقویت میکند و اثرات نامطلوب آن را کاهش میدهد. همچنین، برداشتن تومورها به واسطه جراحی را با سطوح بالاتری از دقت هدایت میکند و کارآیی پرتودرمانی و سایر گزینههای درمانی کنونی را افزایش میدهد. نتیجه به کارگیری نانوفناوری، کاهش خطر برای بیمار و افزایش احتمال بقای او است.
دانشمندان در حال توسعه روشهای درمانی جدید با استفاده از نانوذرات تازه کشفشده هستند که خواص جدیدی برای کاربرد در علم پزشکی دارند. نانوذرات اندازه کوچکی دارند و ترکیبات دارویی را در خود محصور میکنند. سطح نانوذرات به آنها امکان میدهد تا رشتههای DNA، آرانای، پپتیدها و پادتنها را در خود نگه دارند.
دانشمندان در حال توسعه روشهای درمانی جدید با استفاده از نانوذرات تازه کشفشده هستند که خواص جدیدی برای کاربرد در علم پزشکی دارند.
این افزودنیها، به نانوذره قابلیت بیشتری میدهند تا اثر درمانی را بهبود ببخشد یا به هدایت آن نانوذره در یک مسیر خاص کمک میکنند. در نتیجه، نانوذرات حامل داروی ترکیبی، امکان درمان چندوجهی و تشخیص بهتر را تسهیل میکنند. خاصیت جذب انرژی نانوذرات، به آنها امکان میدهد تا کاربردهای درمان را بهبود ببخشند و از مختل شدن بافت بدن بیمار جلوگیری کنند.
پژوهش در مورد کارآیی نانوذرات در حوزه سرطانشناسی، در حال حاضر به سرعت در حال پیشرفت است و چندین موضوع اصلی مانند توسعه نانوذرات، مواد دارویی فعال، ایجاد محمولههای ایمنی و پوششهای سطحی، درمان به واسطه نانوذرات، پرتودرمانی، شیمیدرمانی و درمانهای مستقل را شامل میشود.
دارورسانی
کاربرد اصلی نانوفناوری در سرطانشناسی، دارورسانی است. پژوهشهای بسیاری نشان دادهاند که نانوفناوری میتواند طراحی سیستمهای متعددی که دارورسانی را بهبود میبخشند و عوارض جانبی را کاهش میدهند، با موفقیت به سرانجام برساند. نانوفناوری، عوارض جانبی داروها را محدود میکند و شانس بقای بیمار را افزایش میدهد. همچنین، نانوفناوری به روشهای شیمیدرمانی امکان میدهد تا انتخابیتر باشند زیرا در رساندن داروها به بافتهای تومور مورد نظر کمک میکند. این روشها، توسعه حاملهایی در مقیاس نانو را شامل میشوند که دارو را در بر میگیرند و به هدف خود میرسانند.
نمونههای زیادی از این نوع سیستمهای دارورسانی وجود دارد. یکی از جدیدترین روشها، برای افزایش اثربخشی داروهای شیمیدرمانی در درمان سرطان روده مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج آزمایشهای بالینی پژوهشگران آمریکایی نشان میدهند که سیستم دارورسانی مبتنی بر نانوذرات میتواند به افزایش میزان بقای بیماران مبتلا به سرطان روده کمک کند که سومین سرطان شایع در جهان است. این سیستم دارورسانی با کمک کردن به تحویل داروهای شیمیدرمانی، آنها را به طور مستقیم به اندامهای بیمار میرساند. بررسیهای صورتگرفته روی حیوانات نشان داد که این سیستم در رساندن “کپسیتابین” (Capecitabine ) به سلولهای بیمار مؤثر است؛ در حالی که به سلولهای سالم آسیبی نمیرساند. این امر، عوارض جانبی مربوط به سمی بودن را کاهش داد و به افزایش کارایی دارو در کاهش فعالیت تومور انجامید.
تقویت ایمنیدرمانی با نانوفناوری
یکی دیگر از زمینههای دلگرمکننده نانوفناوری در حوزه سرطانشناسی، استفاده از آن در تقویت ایمنیدرمانی است. اگرچه ایمنیدرمانی پیشتر به عنوان یک گزینه درمانی هیجانانگیز و بسیار مؤثر برای انواع گوناگون سرطان شناخته شده است اما تعداد بیمارانی که به ایمنیدرمانی پاسخ مثبت میدهند، کم است و تنها حدود ۱۵ درصد از بیماران نسبت به آن واکنش مثبت نشان میدهند. این امر، به روشهای چندگانه فرار ایمنی تومور مرتبط است.
برای کمک به تقویت اثربخشی سیستم ایمنی در برابر سرطان، از نانوفناوری برای مدیریت کنترل سیستم ایمنی استفاده میشود. پژوهشهای اخیر نشان دادهاند که نانوذرات و مواد زیستی به دانشمندان امکان میدهند تا دارورسانی و محل ترکیبات تعدیلکننده ایمنی را کنترل کنند و پاسخهایی را ایجاد کنند که با تجویز همان ترکیبات در یک محلول، قابل افزایش نیستند.
ایمنیدرمانی برای درمان سرطان، از سیستم ایمنی برای مقابله با سرطان استفاده میکند و از آزمایشگاه به مرحله بالینی منتقل شده است. با وجود این، به رغم نتایج درمانی عالی در برخی از سرطانها، استفاده منظم از روشهای ایمنیدرمانی سرطان، محدودیتهای عمدهای را نشان میدهد.
پژوهشگران “دانشگاه یوهانس گوتنبرگ”(Johannes Gutenberg University Mainz) آلمان، گزارشهای نوآورانه و راهبردهای جدیدی را ارائه دادهاند که نانوفناری و ایمنیدرمانی سرطان را با موفقیت ترکیب میکنند. همچنین، آنها بینشی را در مورد چگونگی استفاده از درمانهای مبتنی بر نانوذرات برای بهبود پاسخدهی به درمان، کاهش سمیت ناخواسته و غلبه بر اثرات نامطلوب ارائه دادهاند.
نانوفناوری و پرتودرمانی
پرتودرمانی برای حدود نیمی از بیماران سرطانی، در برخی از مراحل درمان انجام میشود. پرتودرمانی با قرار دادن بیمار در معرض تابش پرانرژی، در کاهش اندازه تومورها موثر است. با وجود این، پرتو میتواند به سلولهای سالم نیز آسیب برساند. دانشمندان روی تقویت اثر پرتودرمانی و همچنین توسعه پرتوهای الکترومغناطیسی جدید کار کردهاند. ترکیب نانوفناوری و پرتودرمانی ممکن است نتایج موثرتری نسبت به پرتودرمانی صرف داشته باشد.
پژوهشگران “دانشگاه علم و فناوری هواژونگ”(HUST) چین، مکانیسمهای مقاومت در برابر پرتو از جمله عوامل ذاتی سلول تومور و همچنین ریزمحیط تومور را بررسی کردند. آنها در مورد حساسکننده پرتوی مبتنی بر نانوفناوری در درمان “گلیوبلاستوما”(GBM) تحقیق کردند و چالشهای این حوزه را مورد بررسی قرار دادند. آنها چشماندازی را برای آینده نانوحساسکنندههای پرتویی ارائه دادهاند. این دادهها نشان میدهند که نانوفناوری، پتانسیل مقابله با بسیاری از چالشهای بالینی را دارد و نانومواد زیستی میتوانند به نسل بعدی حساسکنندههای پرتودرمانی برای درمان گلیوبلاستوما تبدیل شوند.
دادهها نشان میدهند که نانوفناوری، پتانسیل مقابله با بسیاری از چالشهای بالینی را دارد و نانومواد زیستی میتوانند به نسل بعدی حساسکنندههای پرتودرمانی برای درمان گلیوبلاستوما تبدیل شوند.
پژوهشگران “کالج ترینیتی دوبلین”(Trinity College Dublin)، از نانوذرات طلا برای تقویت واکنش ایمنی در موشها استفاده کردند. آنها در این پژوهش، روشهایی را بررسی کردهاند که نانوذرات طلا با استفاده از آنها میتوانند بر انواع سلولها تأثیر بگذارند.
پژوهشگران “دانشگاه اوترخت”(University of Utrecht) هلند، یک سیستم دارورسانی مبتنی بر نانوذرات ابداع کردهاند که میتوانند داروهای بیماریهایی مانند سرطان را مستقیما به سلولهای مورد نظر برسانند. آنها امیدوارند که این روش در آینده، کاربردهایی نیز در پزشکی ترمیمی داشته باشد.
شیمیدرمانی با کمک نانوذرات
استفاده از نانوفناوری در درمان سرطان برای بهبود دارورسانی و کاهش سمیت شیمیدرمانی، از طریق هدفگیری انتخابی و تحویل این داروهای ضد سرطان به بافتهای تومور صورت میگیرد. مزیت این روش این است که میتواند شاخص کلی درمان به واسطه دارو را از طریق نانوذراتی که درمان شیمیایی در آنها محصور میشود، افزایش دهد. این قابلیت تا اندازه زیادی به دلیل اندازه قابل تنظیم و خواص سطح نانوذرات است. اندازه، یک عامل اصلی در ارائه درمانهای مبتنی بر نانوفناوری به بافتهای تومور محسوب میشود. تحویل انتخابی درمان با کمک نانوذرات عمدتا به هدفگیری تومورها از طریق نفوذپذیری بستگی دارد. زمان یا محل انتشار دارو را میتوان با بررسی عواملی مانند پیاچ، گرما یا با ترکیب مواد کنترل کرد.
بسیاری از گروههای پژوهشی در حال حاضر، برای توسعه پلتفرمهای تحویل دارو مبتنی بر نانومواد تلاش میکنند که سمیت داروهای شیمیدرمانی را کاهش میدهند و اثربخشی کلی آنها را بالا میبرند. پژوهشگران مرکز نانودرمانی “دانشگاه واشنگتن”(Washington University)، در حال توسعه راهبردی هستند که سمیت روشهای شیمیدرمانی را که در حال حاضر اثربخشی درمان را برای بیماران مبتلا به “مولتیپل میلوما”(Multiple myeloma) محدود میکند، از بین میبرد. این راهبرد، برای استفاده در مغز استخوان طراحی شده که معمولا برای منابع تشعشع خارجی، غیرقابل دسترس است.
پژوهشگران “دانشگاه ام.آی.تی”(MIT) و “بیمارستان زنان بریگام”(Brigham and Women’s Hospital) در بررسی مشترکی نشان دادهاند که نانوذرات میتوانند دارو را ذخیره کنند و آن را به سلولهای سرطان پروستات انتقال دهند. هنگامی که سلولها نانوذرات را جذب میکنند، دارو در آنها منتشر میشود و به شکل فعال خود درمیآید. این پژوهش نشان میدهد که نانوذرات حامل دارو، سلولهای سرطانی را کارآمدتر از کاربرد دارو به تنهایی از بین میبرند.
پژوهش “دانشگاه جیائو تونگ شانگهای”(SJTU)، در آزمایشی که به مدت ۹ روز روی موشها انجام شد، نشان داد که دارورسانی هدفمند با کمک نانوذرات میتواند اندازه تومور را کاهش دهد و شیمیدرمانی را به صورت کارآمد انجام دهد.
محدودیتهای درمان با نانوذرات
پژوهشها نشان میدهند که کاربرد نانوذرات برای درمان سرطان در آینده بسیار امیدوارکننده خواهد بود اما باید به نکاتی در مورد این موضوع توجه داشت. توانایی نفوذ نانوذرات باید تقویت شود تا آنها به عمق سلولها نفوذ کنند و دارورسانی به صورت کارآمد صورت بگیرد.
از آنجا که نانوذرات با عوامل گوناگونی بارگذاری و اصلاح میشوند، پیچیدگی ساخت و تولید در مقیاس مورد نظر، موانعی هستند که کاربرد آنها در مراکز درمانی را با مشکل مواجه میکنند. برای حل کردن این گونه مشکلات، تلاشهای زیادی برای کشف یک روش قوی، ساده و مقرونبهصرفه صورت گرفته است تا ساخت نانوذرات چندمنظوره امکانپذیر شود که میتوان آنها را در مراکز درمانی مورد استفاده قرار داد.
ایمنی زیستی، مهمترین موضوع برای بیماران است. با وجود این، آن دسته از مواد آلی یا معدنی معرفی شده برای بارگذاری در نانوذرات ممکن است در بلندمدت به بروز سمیت در بدن منجر شوند. در نتیجه، حاملهای طبیعی مانند پروتئینها، اسیدها و عوامل غیر سمی باید برای طراحی نانوذرات به کار بروند. علاوه بر این، استفاده از روشهای متعدد برای ارزیابی سمیت نانوذرات درمانی میتواند ایمنی زیستی را در کاربرد آنها تضمین کند.
اگرچه کاربرد نانوذرات با محدودیتهایی همراه است، اما با توجه به این واقعیت که درمان با کمک نانوذرات میتواند تومور را به طور چشمگیری از بین ببرد و تمرکز پژوهشگران در این زمینه افزایش یافته است، میتوانیم اطمینان داشته باشیم که نانوذرات در سالهای آینده به طور فزایندهای در مراکز درمانی استفاده شوند.
به طور کلی، نانوتکنولوژی به عنوان یک روش نوین و همچنین واعد در درمان سرطان شناخته شده است. با ادامه تحقیقات و پیشرفتهای بیشتر در این زمینه، امیدواریم که روشهای مؤثرتر و کمتر آسیبرسان برای درمان سرطان ارائه شود.
:Resources
-1
-2
-3
https://sjku.muk.ac.ir/article-1-7460-fa.pdf
-4
https://jssu.ssu.ac.ir/browse.php?a_id=5963&sid=1&slc_lang=fa&html=1