در سال های اخیر ایده استفاده از نانوتکنولوژی در پزشکی که تحت عنوان “نانو پزشکی” شناخته می شود بعنوان راه حلی برای غلبه بر محدودیت های موجود در روش های مرسوم درمان سرطان مطرح گردید تا بتوان این بیماری را با روش هایی ایمن تر و موثر تر تشخیص داد و درمان نمود. نانو ذرات مغناطیسی نظیر نانو ذرات مگنتیت (Fe3O4) یکی از مهم ترین موادی هستند که در نانو پزشکی و تحقیقات آنها استفاده شده و با تکیه بر خواص مغناطیسی آنها دستاورد های مهمی حاصل شده است. در این مقاله به بررسی چند دستاورد مهم نانو پزشکی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی در درمان سلول های سرطانی می پردازیم.
در خصوص کاربردهای فناوری نانو بیشتر بدانید!
هایپرترمیای مغناطیسی (Magnetic Hyperthermia)
یکی از راه های درمان بیماری سرطان ایجاد کردن کردن دمایی بالاتر از دمای نرمال بدن درون سلول های سرطانی می باشد که منجر به از بین رفتن این سلول ها می گردد. دمای مورد نظر برای از بین بردن سلول های سرطانی 42 الی 45 درجه سانتی گراد می باشد که اساس روش هایپرترمیای مغناطیسی را تشکیل می دهد. در این روش، نانو ذرات مغناطیسی به داخل بدن و در نواحی تجمع سلول های سرطانی تزریق شده و سپس با اعمال یک میدان مغناطیسی به آنها از خارج بدن باعث افزایش دمای سلول های سرطانی و سپس از بین رفتن آنها می شوند. افزایش دمایی که در این روش صورت می گیرد به بافت های سالم کناری و اطراف تومور های سرطانی آسیبی نمی رساند که این موضوع نشان دهنده ایمن بودن این روش است. مکانیزم روش هایپرترمیای مغناطیسی به شرح زیر است:
نانو ذرات مغناطیسی قبل از تزریق درون یک سیال آبی و یا هیدروکربنی معلق شده و تشکیل یک سوسپانسیون پایدار را می دهند. سوسپانسیون حاوی نانو ذرات مغناطیسی داخل بدن تزریق شده و در نواحی تجمع سلول های سرطانی قرار می گیرند. در این روش نانو ذرات مغناطیسی در نقش عامل تامین کننده حرارت حاضر می شوند که می توانند توسط یک میدان مغناطیسی فعال شوند. به منظور فعال کردن نانو ذرات مغناطیسی، خارج از بدن بیمار میدانی مغناطیسی قرار داده می شود که وظیفه آن اعمال امواج الکترومغناطیسی با فرکانس پایین می باشد.
زمانیکه امواج الکترومغناطیسی به بدن اعمال می شوند، نانو ذرات مغناطیسی این امواج را جذب کرده که این عمل منجر به ایجاد شدن دو پدیده می شود: الف) Brownian relaxation: در این فرآیند نانو ذرات مغناطیسی شروع به چرخش در جهات تصادفی می کنند که این امر موجب افزایش اصطکاک میان نانو ذرات و مولکول های اطراف آنها شده که با افزایش دمای محیطی همراه است. ب) Néel relaxation: در این فرآیند ممان های مغناطیسی در ساختار کریستالی نانو ذرات مغناطیسی شروع به تغییر جهت کرده که این امر منجر به افزایش دما می شود. این دو فرآیند همزمان نواحی تجمع سلول های سرطانی اتفاق افتاده و حرارت مورد نیاز برای از بین بردن این سلول ها را فراهم می کنند.
دارو رسانی مغناطیسی (Magnetic Drug Delivery)
بزرگترین مشکل روش های مرسوم درمان سرطان مانند شیمی درمانی و پرتو درمانی غیر هدفمند بودن آنها می باشد که باعث می شود تا در هنگام درمان نه تنها سلول های سرطانی بلکه سایر بافت های سالم در اطراف سلول های سرطانی تحت تاثیر دارو قرار گرفته و عملکرد آنها تضعیف یابد. از این رو محققین در سال های اخیر روش های درمان را به سمت هدفمند شدن آنها پیش برده تا از عوارض جانبی دارو بر بدن بیمار جلوگیری گردد. از این رو محققین نانو پزشکی با استفاده از خواص مغناطیسی نانو ذرات روشی نوین، ایمن و موثر تحت عنوان “دارو رسانی مغناطیسی” را برای درمان سرطان مطرح کردند.
این روش قابلیت این را دارد تا علاوه بر درمان تومورهای سطحی، بتوان تومور های سرطانی قرار گرفته در نواحی عمیق تر بدن را نیز درمان کرد. با توجه به اینکه این روش بر پایه نانو ذرات مغناطیسی می باشد بنابراین ترکیب شمیایی نانو ذرات و خواص مغناطیسی آنها اهمیت زیادی دارند و نانو ذرات استفاده شده در این روش باید از ممان های مغناطیسی قدرتمندی برخوردار باشند. نانو ذرات مغناطیسی در روش دارو رسانی بعنوان حامل هایی عمل می کنند که دارو بر روی آنها قرار گرفته و یا اصطلاحا لود (Load) شده است.
داروهایی که روی نانو ذرات مغناطیسی لود می شوند کاملا مناسب با سلول های سرطانی که از قبل نوع آنها تشخیص داده شده است می باشد. پس از لود داروی مناسب بر نانو ذرات و معلق کردن آنها در سیال مناسب، سوسپانسیون تشکیل شده به بدن بیمار تزریق می گردد. در این مرحله از درمان، میدان مغناطیسی بیرون در نزدیکی بدن بیمار قرار گرفته تا با استفاده از آن عملیات هدایت نانو ذرات حامل دارو به سمت سلول های سرطانی و سپس فرآیند رهایش دارو انجام گردد.
در سطح هر سلول سرطانی گیرنده هایی مختص همان نوع سلول قرار دارند که تحت عنوان Receptor شناخته می شوند. با توجه به نوع گیرنده سلول های سرطانی لیگاند هایی که براحتی توسط این گیرنده ها جذب شوند همراه با دارو روی نانو ذرات لود می شوند. زمانیکه نانو ذرات به سلول سرطانی نزدیک می شوند، لیگان لود شده روی آنها توسط گیرنده قرار گرفته بر سطح سلول جذب شده و سپس عملیات رهایش دارو آغاز می شود. با آزاد شدن دارو از روی نانو ذرات، سلول سرطانی تحت تاثیر دارو قرار گرفته و از بین می رود. مکانیزم رهایش دارو فرآیندی قابل کنترل بوده و آغاز و پایان آن در کنار مقدار رهایش دارو توسط محرک هایی نظیر تغییر pH بدن یا افزایش/کاهش قدرت میدان مغناطیسی بیرونی تنظیم می شود تا بهترین نتیجه در درمان حاصل شود. لازم به ذکر است نانو ذرات مغناطیسی که در این روش استفاده می شوند پس از تکمیل فرآیند درمان از بدن بیمار دفع شده و داخل بدن بیمار ماندگار نخواهند شد.
تِرانوستیکس (Theranostics)
تِرانوستیکس را می توان یکی از جذاب ترین ایده های مطرح شده در نانو پزشکی برای مقابله با بیماری سرطان با تکیه بر تکنولوژی نانو دانست. ترانوستیکیس (Theranostics) در لغت ترکیبی از دو کلمه Therapeutics به معنای درمان و کلمه Diagnostics به معنای تشخیص می باشد. ترکیب این دو کلمه با یکدیگر و ایجاد کلمه ترانوستیکس ناشی از یک ایده نوین بوده و اشاره به روشی است که طی آن تشخیص سلول های سرطانی و درمان آنها در بدن بیمار بطور همزمان، هدفمند، دقیق و غیر تهاجمی صورت می گیرد. در ترانوستیکس نوع روش تصویربرداری کلیدی ترین مرحله از فرآیند درمان می باشد از این رو روش MPI (Magnetic particle Imaging) که جدیدترین روش تصویربرداری در سالهای اخیر است بهترین گزینه برای تشخیص نوع سلول های سرطانی می باشد. روش MPI بدلیل سادگی و دقت بالا جدیدا وارد مرحله پیش بالینی شده و به شدت مورد توجه محققین قرار گرفته تا در ترانوستیکس نیز مورد استفاده قرار گیرد. در این روش از نانو ذرات اکسید آهن (مگنتیت) با رفتار سوپرپارامغناطیس استفاده می شود که قابلیت ماندگاری در بدن را تا چند ماه دارا هستند.
مکانیزم تصویربرداری در روش MPI بر اساس تهییج نانو ذرات اکسید آهن با اعمال میدان مغناطیسی و دریافت سیگنال از نانو ذرات می باشد. سیگنال های دریافت شده از نانو ذرات تزریق شده در بدن توسط دستگاه آنالیز شده و در نهایت تصویری سه بعدی از مکان و مقدار سلول های سرطانی در بدن بدست می آید. نانو ذرات اکسید آهن را می توان با لیگاندهای مختص گیرنده های تومورهای سرطانی و همچنین داروی مناسب جهت از بین بردن این تومور ها لود کرده و وارد بدن نمود. در این حالت نانو ذرات مغناطیسی لود شده این قابلیت را دارند تا در حین تصویربرداری و شناسایی تومور های سرطانی به این سلول ها متصل شده و فرآیند رهایش دارو صورت بپذیرد (درمان به روش دارو رسانی). بدین صورت تشخیص و درمان همزمان تومورهای سرطانی که تحت عنوان روش ترانوستیکس انجام می شود. لازم به ذکر است که می توان علاوه بر استفاده از روش دارو رسانی همزمان روش هایپرترمیای مغناطیسی را اعمال کرده تا درمان به شکل موثرتری انجام گیرد. نکته مهمی که باید به آن اشاره نمود این است که ماندگاری بالای نانو ذرات اکسیدآهن در بدن بستری فراهم می کند تا بتوان در حین فرآیند درمان، تغییرات سلول های سرطانی را پس از اعمال دارو کنترل نمود.
قابلیت نظارت بر فرآیند درمان از ویژگی های منحصر بفرد روش ترانوستیکس می باشد و موجب می شود تا درمان بیمار بطور کامل و دقت بالا صورت بپذیرد. با توجه به اینکه این روش منحصر بفرد به تازگی مطرح شده است بنابراین نیازمند مطالعات بیشتر، جامع تر و دقیق تر بوده تا بتوان از آن در مرحله بالینی استفاده کرد.
