کاربرد نانوتکنولوژی در پزشکی

فهرست مطالب

نانوتکنولوژی در پزشکی

نانوتکنولوژی مطالعه سیستم‌ها در مقیاس مولکولی و سطح سلولی سلول‌ها است. نانوتکنولوژی عمدتاً بر علم و مهندسی در مقیاس بسیار کوچک در مقیاس نانو که حدود 1 تا 100 نانومتر است متمرکز است. نانوتکنولوژی به درک مبانی علوم فیزیکی، شیمی تحلیلی و عمدتاً زیست شناسی مولکولی برای مطالعه اجسام با اندازه بسیار کوچک کمک می کند.

امروزه دانشمندان نانومواد را به گونه‌ای می‌سازند که از استحکام، وزن سبک‌تر و واکنش‌پذیری شیمیایی بالاتری نسبت به همان مواد در مقیاس بزرگ برخوردار باشند. نانوتکنولوژی در پزشکی فرصت‌های هیجان‌انگیزی را در زمینه‌های تحقیقاتی و پیشرفت‌های بسیار علم و فناوری به‌ویژه در زمینه‌های دارورسانی، مقاومت آنتی‌بیوتیکی، تصویربرداری، تشخیص و درمان‌های سرطان ارائه می‌دهد و تحقیقات بیشتر در زمینه‌های مرتبط با پزشکی در حال انجام است.

نانو پزشکی شاخه ای از فناوری نانو است که به ارائه مجموعه ارزشمندی از ابزارهای تحقیقاتی و دستگاه های مفید بالینی در آینده نزدیک کمک می کند. تحویل دارو بر اساس نانوذرات در طراحی منطقی، بیومیمتیک و سیستماتیک ترکیب‌های درمانی بهینه گنجانده شده است. نانوپزشکی در مطالعات سلولی، پیش بالینی و بالینی منجر به پیشرفت‌های مهم بسیاری شده است. با این حال، بسیاری از این پیشرفت ها در زمینه تشخیص و درمان سرطان بوده است. انتظار می‌رود این تمرکز نامتناسب در سال‌های آینده با تمرکز تحقیقات بر روی چالش‌های پزشکی دیگر مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی و اندام‌های مصنوعی مورد توجه قرار گیرد. نانوپزشکی به دلیل تطبیق پذیری طراحی پلت فرم نانومواد، چه از طریق رویکردهای درمانی چندوجهی و چه از طریق طراحی چند وجهی بسیار تخصصی برای کاربردهای بیولوژیکی مرتبط، سودمند است. اگرچه نانوپزشکی انتظارات هیجان انگیزی را برای بسیاری از مشکلات پزشکی ایجاد کرده است، اما چالش های علمی نیز به وجود آمده است که عمدتاً به دلیل عدم آگاهی در مورد رفتار نانومواد در موجودات زنده است. یک مشکل عمده برای نانوپزشکی شامل مسائلی است که باعث سمیت و اثرات زیست محیطی مواد در مقیاس نانو می شود. با این حال، با توجه به تحقیقات پایه ای که بر روی این موضوعات متمرکز شده است، اکنون به حل آنها و رسیدن به راه حل های پزشکی “واقعی” مبتنی بر نانوپزشکی نزدیک تر شده ایم.

نانوتکنولوژی در دارورسانی

نانوپزشکی عمدتاً شامل نانوذرات برای تحویل یا تزریق داروها برای شناسایی برخی سلول‌های مرتبط با تومور است که باعث سرطان می‌شود. نانو ذرات به طور خاص به منظور جذب سلول بیمار که شامل درمان سلول های مرتبط با تومور است، ساخته می‏شوند. این تکنیک عمدتاً عوارض جانبی را برای سلول های سالم کاهش می دهد و برای تشخیص آسان سرطان مفید است.

برخی از شرکت‌ها یا سازمان‌های تحقیقاتی برای تحویل آسان نانومواد از بیمار مجوز می‌گیرند و اگر یک بار انجام شود، می‌توانند مستقیماً بدون هیچ عارضه‌ای در بیماران سرطانی استفاده کنند. بسیاری از گروه ها، شرکت ها، سازمان‌های تحقیقاتی آزمایش‌های زیادی را انجام می‌دهند تا ایمنی دارو را در بیماران سرطانی بالا ببرند، بدون اینکه عوارض جانبی برای بیماران ایجاد کنند. داروی خوراکی یک راه غیرتهاجمی برای رساندن دارو به محل موردنظرمی باشد. هرچند حلالیت کم، پایداری کم و غلظت پایین داروی ورودی به خون از مشکلات داروی خوراکی می باشد، با استفاده از نانوذرات می توان بر مشکلات تا حدودی غلبه کرد و ماندگاری و جذب دارو در دستگاه گوارش را افزایش داد، و سپس دارو را به مکان مورد نظر رسانید. تحقیقات زیادی بر روی حیوانات آزمایشگاهی مانند موش های آزمایشگاهی انجام می شود که در آنها داروها به سلول های هدف تحویل داده می شوند. قراردادن لیگاند بر سطح نانوذرات روشی مناسب برای رساندن دارو به مکان موردنظر میباشد، شناخته شده ترین لیگاند در این زمینه لکتین می باشد.

نانوتکنولوژی در تکنیک های درمانی

نانو اسفنج‌ها، پیشرفت جدیدی در فناوری نانو هستند که وظیفه اصلی آن‌ها جذب سموم از خون و سپس حذف کامل سموم از جریان خون است. نانو اسفنج ها با یک غشای گلبول قرمز پوشیده شده اند و غشای RBC به نانواسفنج ها اجازه می دهد آزادانه در جریان خون حرکت کنند و عمدتاً سموم را جذب کنند. برای جراحی غیر تهاجمی و سایر جراحی‌ها، محققان روشی را برای تولید امواج صوتی که قوی‌ترین هستند و به شدت بر روی سلول‌های هدف متمرکز هستند، نشان داده‌اند. بعنوان مثال استفاده از عدسی پوشش داده شده با نانولوله های کربنی برای تبدیل نور از لیزر به امواج صوتی برای رساندن داروها به سلول های هدف بدون داشتن عوارض برای سلول های سالم می باشد.

مطالعات بسیاری بر روی نانوذرات بیسموت برای درمان تومورهای سرطانی در حال انجام است. مطالعات اولیه نشان داده است که نانوذرات بیسموت دوز تشعشع به تومور را به حداکثر درصد افزایش داده و عوارض جانبی را کاهش می دهد. برای غلبه بر بسیاری از مشکلات انتقال ژن و دارو، نانوتکنولوژی در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نانومواد با ترکیبات مختلف و چندین خواص شیمیایی و بیولوژیکی به طور گسترده برای کاربردهای دارو و انتقال ژن مورد بررسی قرار گرفته‌اند. خوشه های کربن هیدروفیل پلی اتیلن گلیکول (PEG- HCC) که وظیفه اصلی آنها جذب رادیکال های آزاد از پروتئین ها و اسیدهای آمینه است ممکن است آسیب ناشی از انتشار رادیکال های آزاد را پس از هر گونه آسیب مغزی کاهش دهند. گرما درمانی هدفمند برای درمان سرطان های مرتبط با سینه استفاده می شود. در این استراتژی، آنتی‌بادی‌ها به‌شدت جذب پروتئین‌های یک نوع سلول سرطان سینه می‌شوند که به نانولوله‌ها متصل هستند و باعث تجمع نانولوله‌ها در تومور می‌شوند.

نانوتکنولوژی در تکنیک های تشخیصی

به منظور بررسی مقدار نیتریک اکسید، نانوژل‌های کربنی به زیر پوست تزریق می‌شوند. میزان نیتریک اکسید نقش مهمی در التهاب بدن و نظارت آسان بر بیماری های التهابی دارد. مطالعات زیادی روی حسگرهایی در حال انجام است که این حسگرها می‌توانند میزان بسیار کم سلول‌های سرطانی یا تومورهای ایجادکننده سلول‌های سرطانی را در نمونه خون تشخیص دهند. امروزه این یک فرآیند بسیار آسان برای تشخیص زودهنگام سلول های سرطانی است. نانوذرات محکم به مولکول های خون چسبیده اند که نشان دهنده مراحل اولیه عفونت منجر به سرطان است. در این روش، نمونه اسکن می‌شود تا نانوذرات سیگنال رامان را تقویت کنند و امکان تشخیص امکان‌پذیر سلول‌های سرطان‌زا و تخریب سلول‌های بدخیم را فراهم می‌کنند. آسیب کلیوی را می توان به راحتی با نانولوله ها تشخیص داد. پروتئین آزاد شده توسط کلیه ها به نانولوله ها متصل می شود و به راحتی به شناسایی سلول های سرطان و تخریب سلول های تومور کمک می کند.

نانوتکنولوژی در تکنیک های ضد میکروبی

دانشمندان در حال توسعه یک روش ضد میکروبی با کمک نانوذرات و پرتوهای نور مادون قرمز برای از بین بردن باکتری ها هستند. این روش عمدتاً در تمیز کردن وسایل مخصوصاً برای بیمارستان‌ها برای تصفیه پسماندهای زیست پزشکی اجرا می‌شود. مطالعات مورد استفاده از نقاط کوانتومی برای درمان عفونت‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک و استفاده از نانوذرات اکسید آهن با پوشش پلیمری برای درمان عفونت‌های مزمن مرتبط با باکتری‌ها در حال انجام است. برای درمان زخم ها از نانو کریستال نقره به عنوان یک عامل ضد میکروبی استفاده می شود. کرم نانوذرات در برابر عفونت های میکروبی موثر بوده است. نانوذرات حاوی گاز نیتریک اکسید هستند که برای از بین بردن باکتری ها و کاهش عفونت های مرتبط با باکتری ها استفاده می شود. فناوری جدید به نام پانسمان سوختگی که با نانوکپسول ها پوشانده شده است، پیشرفت جدیدی در فناوری نانو حاوی آنتی بیوتیک ها است.

پانسمان سوختگی در درمان عفونت بسیار مفید است و همچنین تعداد دفعات پانسمان را کاهش می دهد. نانوذرات تیتانیم، به تنهایی یا با نور فرابنفش روشن می‌شود و برای اهداف باکتری‌کشی در فیلترها استفاده می‌شود. خواص کاتالیزوری پیشرفته سطوح نانو سرامیک یا فلزات نجیب مانند پلاتین برای از بین بردن سموم خطرناک و سایر مواد آلی خطرناک استفاده می شود. مقاومت آنتی بیوتیکی را می توان با استفاده از نانوذرات در درمان ترکیبی کاهش داد. بعنوان مثال نانوذرات اکسید روی می‌توانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی را کاهش داده و فعالیت ضد باکتریایی سیپروفلوکساسین را در برابر میکروارگانیسم‌ها با تداخل بر پروتئین‌های مختلفی که در مقاومت آنتی‌بیوتیکی یا مکانیسم‌های فارماکولوژیک داروها برهمکنش دارند، افزایش دهند.

نانوتکنولوژی در تعمیر سلولی

نانو ربات‌ها پیشرفت جدید در فناوری نانو به درمان سلول‌های ایجادکننده بیماری خاص کمک می‌کند و به فرآیندهای بهبود طبیعی کمک می‌کند. آنها عمدتاً در برنامه های مرتبط با سلامت مفید هستند. شاید هیجان انگیزترین ترمیم سلولی این باشد که بدن ما را در سطح سلولی ترمیم می کند. تکنیک‌های زیادی برای ساختن نانو ربات‌ها در حال توسعه هستند که می‌توانند DNA آسیب‌دیده را ترمیم کنند و به سلول‌های دیگر اجازه عملکرد صحیح را بدهند. این نانوربات‌ها در سطح سلولی کار می‌کنند و به سلول‌های بیماری آسیب می‌رسانند، بنابراین سلول‌های بیمار به بافت‌ها رشد نمی‌کنند و رشد سلول‌های تومور را در سطح سلولی مهار می‌کنند.

دستکاری سلولی و مولکولی توسط نانوذرات مغناطیسی

نانوذرات مغناطیسی عامل دار، کاربردهای زیادی از جمله جداسازی و دستکاری سلولی پیدا کرده اند. از آنجایی که شیمی سطح برای عامل دار کردن سطوح فلزی به خوبی توسعه یافته است، لیگاندهای مختلف می توانند به طور انتخابی به بخش های مختلف متصل شوند. به عنوان مثال، پورفیرین ها با تیول یا کربوکسیل پیوند دهنده به طور همزمان به بخش های طلا یا نیکل متصل می شوند. بنابراین، امکان تولید نانوسیم های مغناطیسی با قطعات فلورسانس مجزا وجود دارد، علاوه بر این، به دلیل نسبت ابعاد بزرگ، مغناطیس باقی مانده این نانوسیم ها می تواند زیاد باشد. از این رو می توان از میدان مغناطیسی ضعیف تری برای هدایت آنها استفاده کرد. همچنین خودآرایی نانوسیم های مغناطیسی در حالت تعلیق را می توان توسط میدان های مغناطیسی خارجی ضعیف کنترل کرد. این به طور بالقوه امکان کنترل مونتاژ سلولی در اشکال مختلف را فراهم می کند. علاوه بر این، یک میدان مغناطیسی خارجی را می توان با یک الگوی مغناطیسی تعریف شده لیتوگرافی (“به دام انداختن مغناطیسی”) ترکیب کرد.

تصویربرداری مولکولی (MRI) بر پایه بر هم کنش امواج رادیویی با سطح نمونه در حضور میدان مغناطیسی می باشد و با دریافت و تبدیل امواج منتشر شده از پروتون های بافتی تصاویر دقیقی از بافت می توان تهیه کرد. عوامل وضوح تصاویر که به طور معمول استفاده می شوند، یکسری معایبی از جمله سمیت، نیمه عمر پایین و عدم امکان عملکرد چندگانه دارند، در مقابل نانوذرات مغناطیسی با سمیّت پایین، نیمه عمر بالا و عملکرد چندگانه و از همه مهمتر وضوح بهتر دارند که گوی سبقت را از دیگر عوامل وضوح تصاویر ربوده اند. ساختار این ذرات شامل هسته مگنتیت و مگهمیت همراه با پوششی از پلی ساکارید، پلیمر و یا مونومر می باشد. استفاده از این ذرات زمان نیمه عمر  T1و T2 را در MRI کاهش داده و موجب افزایش وضوح تصاویر می شود.

نانوالیاف در پزشکی

یکی از چالش‌های قدیمی علم پزشکی ترمیم و درمان بافت‌های آسیب دیده‌ی بدن بوده است. در چند دهه‌ی اخیر، مواد نساجی در زمینه پزشکی خدمات مهمی ارائه داده است، به طوری که مصرف منسوجات پزشکی دایره وسیعی را به خود اختصاص داده است. ساختارهای لیفی از جمله منسوجات پزشکی مصرفی می باشد که روش‌های مختلفی برای تولید چنین ساختارهایی با قطر الیاف در محدوده میکرومتر تا چندین نانومتر مورد استفاده قرار می گیرد. در این بین ساختارهای نانولیف به علت خصوصیات ویژه و کاربردهای فراوان در خدمت علم پزشکی قرار گرفته‌اند. نسبت سطح به حجم و سطح مخصوص این الیاف با کاهش اندازه آنها افزایش می‌یابد. به علاوه ترکیبات شیمیایی ماتریس‌های لیفی حاصل شده را می‌توان متناسب با خصوصیات و کاربرد مورد نظر تغییر داد. الکتروریسی بدلیل مزایای ویژه اش به عنوان بهترین روش تولید الیاف در ابعاد نانو می‌باشد که به خوبی می توان اندازه و شکل الیاف و حتی تخلخل زیرلایه را توسط این روش کنترل کرد.

ویژگی‌های مطلوب نانو الیاف الکتروریسی شده، شرایط استفاده از آن ها را در بسیاری از کاربردهای پزشکی شامل مهندسی بافت، انتقال ژن، سامانه رهایش دارو، پوشش‌های زخم بند و غیره فراهم می‌سازد. اصلاح خصوصیات الیاف از طریق مخلوط کردن یا عامل دار کردن سطح امکانپذیر است. با انتخاب مواد و روش مورد استفاده مناسب، فاکتورهای الکتروریسی و عملیات تکمیلی را می‌توان مدیریت کرد و شرایطی فراهم کرد که نمونه‌های تولیدی، بهترین عملکرد را داشته باشد. نانوالیاف می تواند بصورت نانوحامل عمل کرده و مواد فعال بیولوژیکی (مانند داروهای ضد سرطان، داروهای ضد التهاب، آنتی بیوتیک‌ها و پروتئین‌ها) و ژن‌ها (مانند دزوکسی ریبو نوکلئیک اسید (DNA)) را بارگذاری کرده و به بافت مورد نظر انتقال دهد. رهایش دارو در نانو الیاف الکتروریسی شده در مقایسه با فیلم ها، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر، با کنترل بهتری صورت می‌گیرد.

نانوتکنولوژی در چشم پزشکی

برخی از کاربردهای نانوتکنولوژی در چشم پزشکی عبارتند از درمان استرس اکسیداتیو، اندازه گیری فشار داخل چشم ودرمان آن، استفاده از نانو ذرات برای درمان عروق مشیمیه چشم، جلوگیری از اسکار بعد از جراحی گلوکوم و برای درمان بیماری دژنراتیو شبکیه با استفاده از ژن درمانی، مبحث اعضای مصنوعی و نانو طب احیا کننده.

چالش های درمانی کنونی در دارورسانی، اسکار پس از عمل با کمک فناوری نانو متحول خواهد شد و به مشکلات حل نشده مختلف مانند درمان بازگرداندن بینایی برای بیماران مبتلا به بیماری دژنراتیو شبکیه کمک خواهد کرد. درمان بیماری های

چشمی از این رشته نوظهور انتظار می رود. تحقیقات اخیر کاربردهای سیستم‌های مختلف نانوذراتی مانند میکروامولسیون‌ها، نانوسوسپانسیون‌ها، نانوذرات، لیپوزوم‌ها، نیوزوم‌ها، دندریمرها و سیکلودکسترین‌ها را در زمینه دارورسانی چشمی نشان می‌دهد و همچنین نشان می‌دهد که چگونه آینده‌های متفاوت نانوتکنولوژی مانند نانوتشخیص را می توان برای کشف مرزهای جدید دارورسانی و درمان چشمی استفاده کرد.

عمل جراحي

تکنیک توسعه یافته توسط دانشگاه رایس، دو تکه گوشت مرغ توسط یک جوشکار گوشت، با قرار دادن دو قطعه مرغ در تماس با یکدیگر، ذوب می شود. در این تکنیک، مایع سبز رنگ حاوی روکش طلایی پوسته‌های نانو اجازه دارند در امتداد درز چکه کنند و دو طرف به هم جوش داده ‌شوند. در این روش می توان از شریان هایی که در حین پیوند عضو بریده شده اند استفاده کرد. از دستگاه جوش گوشت می توان برای جوش دادن کامل شریان استفاده کرد.

تجسم

 توزیع دارو و متابولیسم آن را می توان با ردیابی حرکت دارو تعیین کرد. سلول ها توسط دانشمندان رنگ آمیزی می شوند تا حرکت آنها را ردیابی کنند و در سراسر بدن این رنگها با نور با طول موج مشخصی برانگیخته می شوند تا بدرخشند. از برچسب های نورانی برای رنگ آمیزی تعداد زیادی سلول استفاده می شود. این برچسب ها نقاط کوانتومی هستند که به پروتئین هایی غشای سلولی نفوذ می کنند. در نتیجه، اندازه‌ها به‌گونه‌ای انتخاب می‌شوند که فرکانس نوری که برای ایجاد گروهی از نقاط کوانتومی استفاده می‌شود، فلورسانس ‌شود. بنابراین هر دو گروه را می توان با یک منبع نور روشن کرد.

مهندسی بافت

در مهندسی بافت می توان از فناوری نانو برای تولید مثل، ترمیم بافت های آسیب دیده با استفاده از داربست های مناسب مبتنی بر نانومواد و فاکتورهای رشد استفاده کرد و تکثیر سلولی را به طور مصنوعی تحریک کرد که برای پیوند اعضا یا درمان ایمپلنت مصنوعی می تواند مفید باشد و منجر به افزایش طول عمر آنها شود.

استخوان واقعی یک ماده نانوکامپوزیتی است که از کریستال های هیدروکسی آپاتیت در بافت آلی عمدتا از کلاژن تشکیل شده است. استخوان از نظر مکانیکی سخت و در عین حال پلاستیکی است، بنابراین می تواند پس از آسیب مکانیکی بهبود یابد. سطح

استخوان طبیعی اغلب دارای ویژگی هایی است که حدود 100 نانومتر عرض دارند. اگر سطح ایمپلنت استخوان مصنوعی صاف باقی بماند، بدن سعی می کند آن را پس بزند. به دلیل اینکه سطح صاف احتمالاً باعث تولید بافت فیبری پوشاننده سطح ایمپلنت می شود. این لایه تماس استخوان و ایمپلنت را کاهش می دهد که ممکن است منجر به شل شدن ایمپلنت و التهاب بیشتر شود. نشان داده شد که با ایجاد ویژگی‌هایی در ابعاد نانو در سطح پروتز ران یا زانو می‌توان شانس رد شدن و همچنین تحریک تولید استئوبلاست‌ها را کاهش داد. استئوبلاست ها سلول هایی هستند که مسئول رشد ماتریکس استخوان هستند و در سطح پیشرفت استخوان در حال رشد یافت می شوند. این اثر با مواد پلیمری، سرامیکی و اخیراً فلزی نشان داده شد.

بیش از 90 درصد از سلول های استخوانی انسان از سوسپانسیون به سطح فلزی نانوساختار چسبیده اند، اما تنها 50 درصد در نمونه شاهد به سطح فلزی نانوساختار چسبیده اند. در پایان این یافته‌ها به طراحی جایگزین‌های مفصل ران یا زانو با دوام‌تر و ماندگارتر و کاهش احتمال شل شدن ایمپلنت کمک می‌کند. تیتانیوم یک ماده ترمیم کننده استخوان شناخته شده است که به طور گسترده در ارتوپدی و دندانپزشکی استفاده می شود. مقاومت در برابر شکست، شکل پذیری و نسبت وزن به استحکام بالایی دارد. متأسفانه، تیتانیوم از عدم فعالیت زیستی رنج می برد، زیرا چسبندگی و رشد را به خوبی پشتیبانی نمی کند. پوشش های آپاتیت به عنوان زیست فعال شناخته شده اند و به استخوان می چسبند. از این رو، چندین تکنیک در گذشته برای تولید پوشش آپاتیت روی تیتانیوم استفاده شده است. این پوشش ها از عدم یکنواختی ضخامت، چسبندگی ضعیف و مقاومت مکانیکی پایین رنج می برند. علاوه بر این، یک ساختار متخلخل پایدار برای حمایت از انتقال مواد مغذی از طریق رشد سلول مورد نیاز است. نشان داده شد که استفاده از یک رویکرد بیوتقلیدی -رشد آهسته لایه آپاتیت نانوساختار از مایع بدن شبیه‌سازی شده -منجر به تشکیل یک لایه نانومتخلخل به شدت چسبنده، یکنواخت و زیست فعال پایدار می‌شود.

 

 

نویسنده: دکتر زینب رضوانی نیا

تجربه مشتریان
TESTIMONIAL
سوالات متداول
FAQ

آیا برای خرید سوال دارید ؟
مشاوران ما در خدمت شما هستند

دیدگاه ها
COMMENTS

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.