نانو قطرات آلیاژ مایعِ بر پایه فلز گالیُم (Ga) به دلیل برخورداری از خواص فیزیکوشیمایی منحصر بفرد منجر به پیشرفت های بزرگ در نانو پزشکی و درمان سرطان شده اند. در تحقیقی که اخیرا در سال 2023 صورت گرفته، از نانو قطرات آلیاژ مایع پایه گالیُمی برای تشخیص و درمان همزمان غدد سرطانی (Cancer Theranostics) استفاده شده است. نانو قطرات آلیاژ گالیم – ایندیم عملکردی چندگانه داشته اند؛ قابلیت دارورسانی، قابلیت تبدیل انرژی نور به حرارت و تخریب سلول سرطانی و قابلیت تشخیص نوع سلول سرطانی. همگی این قابلیت ها باعث شده اند تا درمان سرطان به کمک فناوری نانو بطور قابل توجهی توسعه و بهبود یابد.
نانو قطرات آلیاژ گالیُم و روش درمان ایمونوتِراپی (Immunotherapy)
نانو قطرات آلیاژ مایع پایه گالیمی به دلیل برخورداری از خواص فیزیکوشیمیایی ویژه نظیر انعطاف پذیری بالا، اصلاح سطح پذیر بودن، بازدهی بالا در تبدیل انرژی نور به انرژی حرارتی و نیز زیست سازگاری بالا توجه محققین فعال در زمینه نانو پزشکی را برای استفاده از این ماده در روش های درمان سرطان به سمت خود جلب کرده است. برای شناخت بهتر این ماده ارزشمند و سایر کاربرد های ویژه آن می توانید مقاله ای را که قبلا در مورد نانو قطرات فلزات مایع منتشر کرده ایم مطالعه کنید.
در سال های اخیر روش های گوناگونی برای درمان و تشخیص سرطان که همگی بر پایه تکنولوژی نانو بوده اند معرفی شده اند. کاربرد نانو تکنولوژی در پزشکی. اما روش دیگری برای درمان سرطان وجود دارد که در آن با کمک مواد ساخته شده از ارگانسیم های زنده سیستم ایمنی بدن تحریک شده و از رشد و پیشرفت سلول های سرطانی جلوگیری می گردد. این روش تحت عنوان روش ایمونوتِراپی یا ایمنی درمانی (Immunotherapy) شناخته می شود. با توجه به ویژگی های منحصر بفرد نانو قطرات آلیاژ گالیم اگر از این ماده در روش ایمونوتراپی استفاده گردد علاوه بر بهبود فرآیند درمان سرطان می توان از قابلیت نانو قطرات در تشخیص نوع سرطان نیز بهره برد. از این رو، محققین ژاپنی با تلفیق آلیاژ مایع گالیم – ایندیم (GaIn) و روش ایمونوتراپی برای درمان سلول های سرطانی اقدام کردند.
برای این منظور ابتدا لازم بود تا آلیاژ مایع گالیم – ایندیم را تبدیل به نانو قطره کرده و سپس نانو قطرات را توسط موادی نظیر محرک سیستم ایمنی بدن، لیگاند مختص گیرنده های تومور سرطانی، دارو و سایر مواد اصلاح کننده سطح پوشش دهی شود. یکی از ویژگی های آلیاژ مایع گالیم – ایندیم اصلاح سطح پذیری بالای آن می باشد که کمک می کند تا همزمان با فرآیند تولید نانو قطرات بتوان آنها را توسط مواد مناسب اصلاح سطح و پوشش دهی کرد. با توجه به این موضوع محققین نانو قطرات آلیاژ مایع گالیم – ایندیم پوشش داده شده با PEG (Polyethylene Glycol – عامل تسهیل کننده پراکندگی ذرات در آب)، IMIQ (Immunological Modulator Imiquimod – ماده تحریک کننده سیستم ایمنی بدن) را با استفاده از روش التراسونیک سنتز کردند. در تصویر زیر شماتیک فرآیند سنتز و محصول نهایی نشان داده شده است.
(شماتیک سنتز نانو قطرات آلیاژ گالیم – ایندیم اصلاح سطح شده توسط روش التراسونیک)
مشخصه یابی نانو قطرات سنتز شده
پیش از اینکه نانو قطرات سنتز شده برای تست های درمانی استفاده گردند لازم است تا مشخصه یابی شوند. نتایج به دست آمده از آنالیز DLS (Dynamic Light Scattering) نشان دادند که سوسپانسیون تولید شده حاوی نانو قطرات آلیاژ مایع گالیم – ایندیم دارای پراکندگی مناسب بوده بطوریکه حداقل تا 10 روز قابلیت ماندگاری بدون ته نشین شدن را دارا می باشند.
پراکندگی مناسب نانو قطرات سنتز شده در محلول و پایداری بالای آنها ناشی از اصلاح سطح نانو قطرات توسط PEG می باشد. جهت بررسی اندازه ذره نانو قطرات آلیاژی سنتز شده، سوسپانسیون توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی رزولوشن بالا (HRTEM) تحت تصویربرداری قرار گرفت. تصاویر دست آمده از میکروسکوپ نشان دادند که سوسپانسیون حاوی نانو قطراتی کروی شکل با اندازه ذره 150 – 50 نانومتر می باشد.
اصلاح سطح و پوشش دهی موفقیت آمیز نانو قطرات نیز با مشاهده لایه های شکل گرفته روی سطح آنها تایید گردید. آزمایش دیگری روی نانو قطرات سنتز شده انجام گردید تا تا بازدهی تبدیل انرژی نور به انرژی حرارتی را اندازه گیری کنند. نتایج به دست آمده نشان دادند با تابش لیزر با طول موج 808 نانومتر (طول موجی نزدیک به اشعه فروسرخ) به نانو قطرات می توان دمای آنها را افزایش داد و این افزایش دما با افزایش تعداد نانو قطرات افزایش می یابد. این نتایج نشان دادند که نانو قطرات آلیاژ گالیم – ایندیم قابلیت بالایی در تبدیل انرژی نور به انرژی حرارتی دارد که این امر می تواند در درمان سلول های سرطانی بسیار کارایی داشته باشد.
لازم به ذکر است که مقدار اندازه گیری شده برای بازدهی تبدیل انرژی نور به حرارت برابر با 47% می باشد که این مقدار نسبت به سایر نانو مواد بیشتر است. آخرین آزمایش جهت بررسی میزان جدایش عامل تحریک کننده سیستم ایمنی بدن (IMIQ) انجام شد. نتایج آزمایش نشان دادند که جدایش عامل محرک از سطح نانو قطرات آلیاژ مایع به راحتی صورت گرفته و میزان جدایش عامل محرک را می توان با تنظیم مدت زمان تابش لیزر به نانو قطرات کنترل نمود. مجموع نتایج حاصل شده نشان می دهند که نانو قطرات آلیاژ مایع گالیم – ایندیم می توانند قابلیت بالایی در حذف سلول های سرطانی و درمان این بیماری داشته باشند.
بررسی عملکرد نانو قطرات آلیاژ مایع در درمان سرطان
پس از انجام آنالیز های مشخصه یابی روی محصول سنتز شده، آزمایش نهایی نانو قطرات آلیاژ مایع گالیم – ایندیم در شرایط بالینی (با استفاده از موش آزمایشگاهی) نیز صورت گرفت. برای این منظور، سوسپانسیون اوی نانو قطرات آلیاژ مایع با غلظتی مشخص به در بدن موش دارای سلول های سرطانی تزریق شدند. پس از تزریق، قسمتی از بدن موش که نزدیک به محل سلول های سرطانی می باشد تحت تابش لیزر با طول موج 808 نانومتر در بازه های زمانی و دفعات مشخص قرار گرفت . سپس شرایط موش به دقت مورد بررسی قرار گرفت تا با گذر زمان اثربخشی نانو قطرات و داروی پوشش داده شده روی آنها در حذف سلول های سرطانی مشخص شود.
نتایج تصویر برداری فلئورسنت (Fluorescent Bioimaging) از بدن موش نشان دادند که غلظت نانو قطرات آلیاژ مایع در محدوده سلول های سرطانی زیاد می باشد. این موضوع نشان دهنده هدف گیری مطلوب تومور سرطانی توسط نانو قطرات و لیگاند های موجود در سطح آنها و حرکت آنها به سوی سلول های سرطانی و نهایتا تجمع در محدود تومور می باشد (قابلیت مطلوب نانو قطرات در تشخیص سلول های سرطانی).
علاوه بر این موضوع، مقادیر اندکی از نانو قطرات در کلیه مشاهده گردید که نشان دهنده دفع کلیوی نانو قطرات از بدن موش می باشد. نتایج آزمایشات کنترل دمای بدن موش نشان دادند که دمای سلول های سرطانی در حضور نانو قطرات آلیاژ گالیم – ایندیم و پس از تابش لیزر تا حدود 55 درجه سانتی گراد افزایش یافته است. این افزایش دما ناشی از قابلیت نانو قطرات در تبدیل انرژی نور به حرارت می باشد که متعاقبا منجر به افزایش دمای سطحی سلول های سرطانی شده است.
تصاویر گرفته شده از بدن موش نشان دادند که سلول های سرطانی پس از 6 بار تابش لیزر از بین رفته اند. با توجه به نتایج بدست آمده از بدن موش می توان گفت که تخریب سلول های سرطانی تحت تاثیر چند عامل بوده که عبارتند از:
1. هدف گیری مناسب تومور سرطانی توسط نانو قطرات تزریق شده در بدن
2. حرارت ساطع شده از نانو قطرات در اثر تابش لیزر و اثر مخرب حرارت اعمال شده به تومور سرطانی
3. آزاد شدن دارو از سطح نانو قطرات و تاثیر گذاری آنها در جلوگیری از رشد سلول سرطانی
4. تحریک سیستم ایمنی بدن موش توسط عامل محرک IMIQ در جهت سرکوب رشد تومور سرطانی.
همگی این عوامل نشان می دهندکه نانو قطرات آلیاژ مایع گالیم – ایندیم عملکردی چند گانه در جلوگیری از رشد و در نهایت تخریب تومور های سرطانی داشته که این ماده ارزشمند را به گزینه ای مناسب برای استفاده در روش درمانی ایمونوتراپی تبدیل کرده است.
منابع:
