آینده پزشکی در دستان نانوذرات

ندا اظهری، مترجم: زمانی که اسم نانوپزشکی به گوش می‌رسد، ممکن است ذهن شما به یاد سناریویی شبیه به فیلم Fantastic Voyage تولید سال 1966 میلادی بیفتد. این فیلم یک تیم پزشکی را به تصویر می‌کشد که برای سوار شدن بر یک کشتی رباتیک میکروسکوپی در بدن مردی، کوچک می‌شوند تا لخته خون در مغز او را پاک کنند. البته نانوپزشکی هنوز به آن میزان پیچیدگی نرسیده است. اگرچه دانشمندان قادرند موادنانویی کوچک‌تر از چند نانومتر تولید کنند، اما فناوری نانو امروز قادر به تولید رباتیک الکترونیکی کاربردی نیست که به اندازه کافی و به‌طور ایمن به جریان خون تزریق شود. اما از زمانی که برای نخستین بار در دهه 70 میلادی مفهوم نانوفناوری در دنیا مطرح شد، این مفهوم وارد بسیاری از حوزه‌های زندگی بشر، از الکترونیک و پارچه و موادغذایی گرفته تا آب و فرآیندهای درمانی، لوازم آرایشی و دارو شده است. با توجه به اینکه این موفقیت‌ها در حوزه‌های متفاوتی به چشم می‌خورد، بسیاری از محققان حوزه‌های پزشکی بسیار مشتاق بودند تا از نانوفناوری در امر تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده کنند.

 نانوپزشکی چیست؟
نانوپزشکی به استفاده از موادی در مقیاس نانو برای تشخیص و درمان بیماری‌ها اطلاق می‌شود. برخی محققان این عبارت را به هر محصول پزشکی با استفاده از نانومواد کوچک‌تر از 1000 نانومتر نسبت می‌دهند. برخی دیگر نیز از آن به داروهای تزریقی اطلاق می‌کنند که در آن از نانوذرات کوچک‌تر از 200 نانومتر استفاده می‌شود. محققان از برخی مواد نانویی با موفقیت در تولید واکسن‌ها نیز استفاده کرده‌اند. شناخته شده‌ترین واکسن‌هایی که در ساخت آنها از مواد نانویی و نانوذرات به کار رفته می‌توان به واکسن «بینوتک- فایزر» و واکسن کرونای «مادرنا» اشاره کرد. در این واکسن‌ها از نانوذرات تشکیل شده از لیپیدها یا اسیدهای چرب استفاده شده که به حمل mRNA برای حرکت در بدن و شروع واکنش ایمنی موردنیاز است. همچنین محققان با موفقیت از نانومواد در امر تشخیص و تصویربرداری پزشکی بهره برده‌اند. تست‌های تشخیص سریع کووید- 19 و تست‌های بارداری هم جزء آن دسته از موارد تشخیص پزشکی هستند که در کیت‌های تشخیصی آن از نانوذرات طلا برای تشکیل نوارهای رنگی استفاده می‌شود که درنهایت منجر به تشخیص نهایی می‌شود. محققان در تصویربرداری MRI اغلب از نانوذرات به‌عنوان عوامل کنتراست استفاده می‌کنند که به ایجاد تصاویری واضح‌تر کمک می‌کند. بعضی داروهایی که بر پایه نانوذرات تولید شده‌اند، مجوزهای لازم را برای درمان سرطان به دست آورده‌اند. داروهایی نظیر «دوکسیل» و «آبراکسان» جزء مرسوم‌ترین داروهای شیمی درمانی هستند که در آنها از نانومواد به‌عنوان مکانیسمی برای بهبود کارآمدی درمان و کاهش عوارض جانبی استفاده می‌شود.

 سرطان و نانوپزشکی
به گزارش theconversation، قابلیت نانوپزشکی برای بهبود اثربخشی یک دارو و کاهش میزان سمیت داروها ویژگی منحصربه فردی است که توجه محققان را برای استفاده از آنها به‌منظور درمان سرطان به خود جلب کرده است. آنها از داروهای ضدسرطان که اغلب عوارض جانبی کمتری به همراه دارند، استفاده می‌کنند. درواقع، 65 درصد از آزمایش‌های بالینی که در آن از نانوذرات استفاده می‌شود، در درمان سرطان مورد استفاده قرار می‌گیرد. داروهای نانوذرات سرطان می‌توانند مانند موشک‌های بیولوژیکی عمل کرده و با به حداقل رساندن آسیب وارده به اندام‌های سالم، تومورهای سرطانی را نابود کند. از آنجایی که تومورهای سرطانی دارای عروق خونی نشت‌کننده هستند، محققان معتقدند که این امر می‌تواند به نانوذرات امکان تجمع در تومورها را بدهد. در مقابل از آنجایی که نانوذرات قادرند مدت طولانی‌تری نسبت به درمان‌های سنتی سرطان در جریان خون باقی بمانند، کمتر می‌توانند در ارگان‌های سالم تجمع‌ یافته و از این رو، از سمی بودن داروها می‌کاهند.  اگرچه این استراتژی‌های طراحی در نمونه‌های موش‌های آزمایشگاهی با موفقیت پاسخ داده  اما بیشتر داروهای سرطان نانوذرات اثربخشی بیشتری نسبت به دیگر داروهای سرطان دارند. علاوه‌بر این، از آنجایی که برخی داروهایی که برپایه نانوذرات هستند، قادرند قدرت سمی بودن داروها را برای ارگان‌های خاص کاهش دهند، ممکن است در دیگر ارگان‌ها سمیت داروها را افزایش دهند. به‌عنوان مثال، از آنجایی که داروی نانوذره «دوکسیل» آسیب وارده به قلب را در مقایسه با دیگر گزینه‌های شیمی‌درمانی کاهش می‌دهد، می‌تواند خطر بروز سندروم دست‌وپا را افزایش دهد.

 پیشرفت داروهای سرطان برپایه نانوذرات
محققان براساس یافته‌های خود دریافته‌اند که طراحی نانوذرات برای مصارف خاص و استفاده هدفمند از آنها می‌تواند انتقال آن از نمونه‌های حیوانی به انسان را بهبود بخشد. این به معنای ایجاد نانوذراتی است که کاستی‌های یک داروی خاص مانند عوارض جانبی رایج را برطرف می‌کند و انواع سلول‌هایی را که باید در هر نوع سرطان خاص هدف قرار دهند، شناسایی می‌کند. محققان با استفاده از این معیار نوعی ایمنی درمانی برپایه نانوذرات برای درمان سرطان پستان متاستاز شده طراحی کردند. آنها در ابتدا مشخص کردند که سرطان پستان دارای نوعی سلول ایمنی است که واکنش ایمنی را مسدود کرده و به سرطان کمک می‌کند تا در مقابل درمان‌هایی که محرک سیستم ایمنی برای حمله به تومورهای سرطانی است، مقاومت بیشتری از خود نشان دهد. آنها این فرضیه را مطرح کرده‌اند از آنجایی که داروها می‌توانند بر این مقاومت غلبه کنند، اما نمی‌توانند به اندازه کافی و مطلوب در این سلول‌ها تجمع کنند و به همین دلیل درمان ناکارآمد می‌شود. بنابراین، پزشکان محقق اقدام به طراحی نوعی نانوذرات کرده‌اند که از پروتئینی موسوم به آلبومین تشکیل شده که می‌تواند داروهای سرطان را به‌طور مستقیم به نقطه‌ای تزریق کنند که سلول‌های مسدودکننده سیستم ایمنی واقع شده‌اند. آنها با آزمایش این درمان‌ها برپایه نانوذرات روی موش‌هایی که از نظر ژنتیکی تغییر یافته‌اند، توانسته‌اند تومورهای سرطانی را از بین برده و به بهبودی کامل بیماران دست پیدا کنند. تمام موش‌های مبتلا به سرطان پستان بعد از گذشت 200 روز از زمان تولد هنوز زنده و سرحال بوده‌اند. محققان ابراز امیدواری کرده‌اند که بتوانند به‌زودی نمونه موفق حیوانی درمان سرطان پستان را روی نمونه‌های انسانی پیاده کنند و جان افراد زیادی را از مرگ نجات دهند.

آینده درخشان اما واقع‌بینانه نانوپزشکی
موفقیت برخی داروها که در ترکیب آنها از نانوذرات استفاده شده، مانند واکسن‌های کووید- 19، محققان را به‌شدت نسبت به استفاده از این ترکیبات در سایر داروها و استفاده از آنها در درمان بیماری‌های مختلف هم ترغیب کرده است. مدت‌ها بود که محققان حرف از استفاده از نانوذرات در درمان سرطان می‌زدند. با وجود این، یک واکسن برای یک بیماری عفونی مانند یک واکسن برای درمان سرطان عمل نمی‌کند. واکسن‌های سرطان ممکن است نیازمند استراتژی‌های متفاوتی برای غلبه بر درمان مقاوم سرطان باشند. تزریق واکسن تولید شده برپایه نانوذرات در جریان خون نیز چالش‌های متفاوتی برای طراحی دارند که از تزریق به درون ماهیچه متفاوت‌تر است. از آنجایی که رشته نانوپزشکی پیشرفت‌های خوبی در عرصه تولید دارو و تشخیص بیماری‌های مختلف در شرایط آزمایشگاهی و حتی بالینی داشته است، هنوز هم راه درازی تا درمان صددرصدی مانده است. یادگیری از موفقیت‌ها و شکست‌های گذشته به محققان در کشف راه‌ها و مسیرهای جدید درمانی و تشخیصی کمک می‌کند.

درمان سرطان مغز در دانشگاه MIT
به گزارش MIT، چند روز گذشته بود که خبرها از موفقیت دانشمندان دانشگاه MIT در درمان سرطان با استفاده از نانوذرات اشاره کرده بودند. تاکنون محققان از نانوذرات روی درمان سرطان پستان آزمایش کرده بودند و این نخستین باری بود که محققان این دانشگاه آمریکایی با آزمایش روی نمونه بافت مغزی و از نانوذرات برای تزریق داروی شیمی درمانی برای درمان «گلیکوبلاستوما»ی مغزی مسیر تازه‌ای را پیش روی درمان سرطان آغاز کردند. این بیماری یکی از انواع مخرب سرطان مغز با مرگ‌ومیر بالا به‌شمار می‌رود که تاکنون راهکارهای درمانی بسیار محدودی پیش روی بیماران قرار داشته است. یکی از دلایلی که درمان این بیماری را دشوار می‌کند، آن است که بیشتر داروهای شیمی‌درمانی قادر به نفوذ به عروق خونی اطراف مغز نیستند. گروهی از محققان دانشگاه MIT به‌تازگی موفق به تولید نانوذرات حامل دارو شده‌اند که به نظر می‌رسد موثرتر از داروهای شیمی درمانی موجود برای درمان این نوع سرطان مغز عمل کرده و تا عمق بیشتری به عروق خونی نفوذ می‌کنند. آنها با استفاده از مدل‌های بافت انسانی که در شرایط آزمایشگاهی طراحی کرده و به‌طور دقیق موانع خونی مغزی را بازنمایی می‌کند، نشان داده‌اند که نانوذرات می‌توانند خود را به تومورهای سرطانی رسانده و سلول‌های «گلیکوبلاستوما» را از بین ببرند.  بسیاری از درمان‌های بالقوه گلیکوبلاستوما در نمونه‌های حیوانی موفق عمل کرده‌اند اما در آزمایش‌های بالینی موفقیت چندانی از خون نشان نداده‌اند. این نشان می‌دهد که نمونه‌سازی‌های دقیق‌تری موردنیاز است. محققان امیدوارند که با آزمایش این نانوذرات جدید تولید شده بتوانند از آنها در نمونه‌های واقعی‌تر استفاده کرده و نتایج قابل قبول‌تری را به دست بیاورند. تاکنون صدها آزمایش روی درمان این بیماری انجام شده که نتایج منفی و ناموفق زیادی به دنبال داشته است. سال‌ها پیش، محققان تحقیقات آزمایشگاهی خود را روی نمونه میکروفلوئیدیکی مغز و عروق خونی انجام دادند که موانع خونی مغز را ایجاد می‌کنند. از آنجایی که مغز یکی از ارگان‌های حیاتی بدن به‌شمار می‌رود، عروق خونی اطراف آن محدودکننده‌تر از دیگر عروق خونی بدن است تا از این طریق مولکول‌های خطرناک محفوظ بماند. محققان برای تقلید این ساختار در نمونه‌های بافت مغزی، سلول‌های گلیکوبلاستومای گرفته شده از بیماران را در دستگاه میکروفلوئیدیکی رشد دادند. آنها سپس از سلول‌های اندوتلیال انسانی برای رشد عروق خونی در لوله‌های نازک اطراف فضای سلول‌های تومور استفاده کردند. این نمونه نیز شامل دو نوع سلول است که در انتقال مولکول‌ها از سد خونی مغز نقش دارند. عبور دارو از سد خونی مغزی در بهبود درمان گلیکوبلاستوما که معمولا با ترکیبی از جراحی، اشعه و دیگر داروهای شیمی درمانی خوراکی حیاتی است. عمر 5 ساله بیماران مبتلا به این بیماری کمتر از 10 درصد گزارش شده است.  دانشمندان در این روش جدید برای تولید نانوذرات، از روش لایه‌به‌لایه استفاده کرده‌اند که می‌توانند از آن برای ایجاد نانوذرات دارای عملکرد سطحی استفاده کنند که داروها را در هسته خود حمل می‌کنند. ذراتی که محققان برای این تحقیقات تولید کرده‌اند، با یک پپتید به نام AP2 پوشانده شده‌اند که در بررسی‌های قبلی نشان داده شده که به نانوذرات کمک می‌کند تا از سد خونی مغزی عبور کنند. با وجود این، بدون مدل‌های دقیق، مطالعه چگونگی کمک پپتیدها به انتقال از طریق عروق خونی و سلول‌های تومور دشوار است.
زمانی که محققان این نانوذرات را به نمونه بافت گلیکوبلاستوما و بافت سالم مغز تزریق کردند، مشاهده کردند که این ذرات پوشیده شده از پپتید AP2 در نفوذ به عروق اطراف تومورهای مغزی موفق‌تر عمل کردند. این نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که این انتقال موفق نانوذرات به دلیل اتصال به گیرنده LRP1 صورت گرفته که در نزدیک محل تومور بیشتر از عروق خونی وجود دارند. سپس محققان نانوذرات حامل دارویی را با داروی شیمی درمانی «سیس پلاتین» پر کردند. هنگامی که این ذرات با پپتید هدف پوشانده شدند، توانستند به‌طور موثری سلول‌های تومور گلیکوبلاستوما را در مدل بافتی از بین ببرند. با وجود این، ذراتی که فاقد این پپتیدها بودند، به جای هدف قرار دادن تومورها، به رگ‌های خونی سالم آسیب رساندند. محققان شاهد آن بودند که مرگ سلولی در تومورهایی که با نانوذرات پوشش داده شده با پپتید درمان شده‌اند و در مقایسه با نانوذرات خالی یا عاری از دارو بیشتر نابود شده‌اند. به‌عبارتی، نانوذرات پوشیده شده با پپتید ویژگی بیشتری برای نابودی تومورها از خود نشان داده است.  محققان با استفاده از یک میکروسکوپ جراحی تخصصی برای ردیابی نانوذرات درحال حرکت در مغز، سعی کردند تزریق نانوذرات را در موش‌ها ردیابی کنند. آنها دریافتند که توانایی نانوذرات برای عبور از سد خونی مغزی بسیار شبیه چیزی است که در مدل بافت انسانی دیده شده است. از این رو، آنها اعلام کردند که این نانوذرات می‌تواند رشد تومورهای سرطانی را در موش‌ها نیز تا حد زیادی کاهش دهد.