تصویر برداری زیستی به کمک نانوذرات (nanoparticles)

تصویر بردارى زیستى به کمک نانوذرات :

کاربردهای بیومدیکال نانوذرات در تصویر برداری مولکولی، دارورسانی و درمان باعث ظهور زمینه “نانوپزشکی” شده اند و پیشرفت های قابل توجهی در دهه های اخیر در سراسر دنیا گزارش شده است. نسل جدیدی از پروب های تصویر برداری (یا عوامل کنتراست) و استراتژی های نوآورانه برای تصویر برداری چند مُدی با بازده بالا توجه بسیاری را به خود جلب کرده و در کاربرد های پیش کلینیکی موفق بوده است. با این پیش زمینه در این مقاله اصول و پیشرفت های اخیر این زمینه برای ترسیم چشم اندازی کلی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

نانوتکنولوژی یا به عبارت دیگر نانوتک در دهه های اخیر پیشرفت خیره کننده ای در همه زمینه های علم و فناوری از جمله زمینه های زیست شناسی و پزشکی داشته است. امروزه علم نانو تنها به سنتز، شناسایی و تهیه ساده نانومواد محدود نیست بلکه راه خود را به کاربرد های نهایی و مهندسی حتی در بخش های صنعتی همچون الکترونیک، مخابرات، انرژی، هوافضا و طبعاً زیست پزشکی گشوده است. طبق تعریف NNI ذرات نانوسایز با قطری بین ۱ الی ۱۰۰ نانومتر شناخته می شوند. این مواد خواص نوری، الکتریکی و ساختاری ویژه ای از خود نشان می دهند که آن ها را از مواد با اندازه بزرگ تر و همچنین از اتم ها و مولکول های سازنده متمایز می کند. استفاده از این مواد در پزشکی هم در زمینه های پیش- کلینیکی و هم در پژوهش های کلینیکی در سراسر جهان شناخته شده است.
از میان کاربرد های نانوپزشکی، تصویر برداری مولکولی یکی از زمینه های جذاب و در حال پیشرفت سریع است. طبق تعریف جامعه پزشکی هسته ای، تصویر برداری مولکولی “تجسم، شناخت و اندازه گیری فرآیند های زیستی در سطح مولکولی و سلولی انسان و سایر ارگانیسم هاست” زمینه ای بین رشته ای که شیمی، بیولوژی، داروسازی و پزشکی را برای تشخیص فرآیند های زیستی چه به صورت درون بافت زنده و چه به صورت آزمایشگاهی ترکیب می کند و به کمک آن می توان تغییرات فیزیولوژیک را تعیین کرد و برای تشخیص آناتومیک تغییرات به کار بست که اطلاعات کلینیکی  قیمتی برای انتخاب استراتژی درمان در مورد بیماری های مختلف از جمله سرطان، التهاب، سکته، تصلب شریان، آلزایمر و بسیاری دیگر  به دست می دهد.  به علاوه نانوذرات قابل طراحی به عنوان حامل در دارورسانی و همچنین حمل ژن مورد مطالعه قرار گرفته اند.

نانومواد :

انتظار می رود ذرات دارای ابعاد در محدوده نانومتری به علت داشتن خواصی چون سطح ویژه بسیار بالا و عامل دار بودن ذاتی و قابلیت اصلاح ساختاری و سطحی رفتار های فیزیکی و زیستی ویژه ای از خود نشان دهند. همچنین اندرکنش آن ها با مولکول های زیستی قابل توجه است. اصلاح این مواد برای تغییر در کینتیک دارویی، افزایش طول عمر شریانی، بهبود قابلیت آن ها برای ورود به جریان خون و حصول اطمینان از پخش شدن آن ها در بافت زنده و رهاسازی کنترل شده داروی مورد نظر انجام می پذیرد. به علاوه با جفت کردن لیگاند های هدف دار با نانومواد می توان توانایی هدف گیری دقیق ناحیه بیماری را در آن ها ایجاد نمود. در این مقاله تنها کاربرد های تصویر برداری نانومواد مّد نظر است و از بحث بیش تر در باب دارورسانی پرهیز می شود .

تصویر برداری مولکولی :

در دهه های اخیر تکنیک های سنتی تصویر برداری برای تحقیقات روتین و استفاده های کلینیکی گسترش بسیاری یافته اند. این تکنیک ها از جمله تصویر برداری نوری، توموگرافی محاسبه شده، تصویر برداری رزونانس مغناطیسی، اولتراسوند و تصویر برداری رادیوایزوتوپ به طور عام در زمینه های مختلف از تصویر برداری تحقیقاتی از حیوانات کوچک گرفته تا تصویر برداری پیش- کلینیکی و تصویر برداری کلینیکی از بدن انسان، تشخیص پزشکی و حتی درمان مورد استفاده اند.
تفاوت تصویر برداری مولکولی نسبت به تصویر برداری سنتی در پروب هایی است که به نام بیومارکر شناخته می شوند و به طور کاملاً انتخابی با محیط اطراف اندرکنش می کنند و به نوبه خود با تغییرات مولکولی در ناحیه مورد نظر روی تصویر تأثیر می گذارند.

نانوذرات سوپرپارامغناطیس آهن :

در ادامه به عنوان یک مطالعه موردی جالب، استفاده از نانوذرات اکسید آهن سوپر پارامغناطیس به عنوان عامل سازنده کنتراست در MRI مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با پیشرفت سریع نانوتکنولوژی، روش های سنتز متفاوتی برای بدست آوردن این نانوذرات با بلورینگی، سایز و توزیع اندازه و همچنین پوشش های متفاوت گسترش یافته اند. در کمتر از یک اندازه بحرانی نانوذرات اکسید آهن دارای یک دومین مغناطیسی هستند و خاصیت سوپرپارامغناطیس از خود نشان می دهند البته خواص مغناطیسی نانوذرات به سایز و شکل ذرات، میکروساختار و فاز شیمیایی آن ها بستگی دارد.  این نانوذرات پتانسیل عظیمی برای کاربرد های زیست پزشکی گوناگون دارند که در جدول ۱ خلاصه آن ها مشاهده شد. این نانوذرات به علت داشتن میدان مغناطیسی بزرگ و همچنین خواص سطحی مناسب هم برای کاربرد های MRI درون بافت زنده و هم در آزمایشگاه مناسب اند. بر حسب اندازه هیدرودینامیک، نانوذرات اکسید آهن به سه دسته تقسیم می شوند:

۱ – اکسید آهن سوپرپارامغناطیس بسیار کوچک که قطر هیدرودینامیک کمتر از ۵۰ نانومتر دارند. که البته خود به دسته های کوچک تری هم تقسیم می شوند که از حوصله بحث خارج است.
۲ –  اکسید آهن سوپرپارامغناطیس که قطر هیدرودینامیک بزرگ تر از ۵۰ نانومتر دارد.
۳ – ذرات اکسید آهن میکرون

نانوذرات اکسید آهن به عنوان پروب های مولکولی در  MRI :

هدف گیری مولکول های سطحی سلول ها با اکسید آهن ممکن است . همچنین رسپتور های خاص همچون Her-2/Neu به کمک نانوذارت آهن به صورت رزونانس مغناطیسی قابل نشان گذاری است . همچنین تشخیص مولکولی پلاک های تصلب شریانی به کمک این نانوذرات گزارش شده است. پپتید انتخاب شده با نمایش باکتری خوار روی USPIO پیوند زده شد و نانوسیستم حاصل روی سلول های شریان سیاهرگ بطنی اندوتلیوم انسانی و سپس با MRI روی موش آزمایش شد.

نتیجه گیری :

کاربرد های پزشکی و زیستی نانومواد (نانوذرات، نانوسیالات مغناطیسی و غیره) در سطح جهانی مورد توجه وسیع هستند. در تمام موارد اندازه، توزیع اندازه و شیمی سطح پارامتر های اساسی در کنترل و بهینه سازی اثر و زیست فعالی مواد هستند. البته نمی توان یک نوع ماده را برای تمام کاربرد های زیستی ساخت و گسترش داد و نیاز به تحقیق و توسعه فراوان برای تبدیل کاربرد های بالقوه به فعل احساس می شود. لازم است پروتکل هایی برای سنتز و اصلاح نانومواد در کاربرد های زیستی تدوین شود. توجه به این نکته ضروری است که دانش اثر نانوذرات بر سلامت انسان بسیار محدود است بنابراین مطالعات نانوسم شناسی روی اثرات نانوساختار های مصنوع بر ارگانیسم های زنده از اهمیت بالایی برخوردار است.