در رابطه با اهداف و چالش هاي انستيتوملي سرطان در خصوص رنج مبتلايان به اين بيماري و مرگ و مير ناشي از آن و به منظور دسترسي به اين اهداف تا سال 2015، تعدادي از زمينه هايي که مي تواند سهم عمده اي از کاربردهاي فناوري نانو در سرطان داشته باشد، توجه بسياري را به خود جلب نمود. تاکنون تعامل ميان فناوري نانو در زمين سرطان و زيست شناسي سرطان، تحولي عظيم در روش هاي تشخيص، درمان و پيشگيري از سرطان ايجاد کرده است، که اين دستاوردها آغازي براي رسيدن به کاربردهاي باليني مي باشند. فناوري نانو با ارائه ابزارهاي جديد موجب تسريع روند تشخيص سرطان در مراکز درمان سرطان و آزمايشگاه هاي تحقيقاتي و نيز درک چگونگي عوامل و فرآيندهاي ايجاد کنند اين بيماري و دلايل پيشرفت آن، گشته است. به گفت Andro von eschenbach، سرپرست انستيتو ملي سرطان، فناوري نانو، دانش مربوط به مقياس هاي کوچک، در حال جذب بزرگ ترين دانشمندان از سراسر دنيا در زمينه هاي گوناگون علمي و مهندسي مي باشد و هدف آن معطوف و هماهنگ كردن استعدادها و ذهن آنها بر روي حل مسائل و مشکلاتي است که بر سر راه تحقيقات در مورد تجهيزات درمان باليني وجود دارد. به عقيد وي، نانومواد و نانوابزارها نقشي بي نظير و حياتي را در تبديل دانش به پيشرفت هاي مفيد باليني در زمين تشخيص و درمان سلول هاي سرطاني ايفا مي کنند، كاري که با انجام آن روند تشخيص و درمان و نهايتاَ پيشگيري از سرطان کاملاَ متحول خواهد شد. مثالي که مي تواند به منظور درک بيشتر پتانسيل وسيع فناوري نانو در زمين تغيير روش هاي تشخيص و درمان سرطان به کار رود استفاده از نانو ذرات مي باشد. دکترParas Prasad از گروه شيمي دانشگاه بوفالو و دکتر Raoul kopelman از گروه فيزيک دانشگاه ميشيگان، نانوذرات کروي توليد نمودند که شکلي شبيه به توپ هاي تنيس، البته با ابعادي برابر با يک ده هزارم يک سر سوزن، دارند. اين نانو ذرات به طور هم زمان قادر به تشخيص تومورهاي سرطاني بسيار ريز و نيز انتقال داروهاي بسيار مؤثر و نابود کنند اين سلول ها در يک موجود زنده مي باشند. استفاده از اين نانو ذرات به عنوان دارو و براي درمان سلول هاي بدخيم سرطاني هيچ گونه تأثير سوئي بر سلول ها و بافت هاي سالم بدن بر جاي نمي گذارند. پس از رسيدن اين نانوذرات به تومورها، داروهاي درون آنها به وسيله نوارهاي باريک نور ليزر فعال مي شوند. اين نانوذرات همچنين قادر به مشخص نمودن ميزان تأثير درمان بر سلول هاي بدخيم مي باشند. اين ايد بزرگ که تنها با تزريق يک عامل بتوان تشخيص، درمان و گزارش در مورد ميزان اثر بخشي درمان را انجام داد، امري است که فقط با کمک فناوري نانو ميسر مي شود. اين يک دانش جديد نيست ولي بهتر است امروزه کار محققاني مانند دکتر kopelman و دکتر Prasad فناوري نانو را به يک موضوع داغ در سطح جهاني بدل و موجب افزايش توجهات عمومي و پوشش هاي خبري در اين مورد شده است. در اين ميان آنچه که غير عادي به نظر مي رسد اينست که چرا اين فناوري اين قدر دير به دست آمد، اما واقعيت امر اين است که شيميدانان، فيزيک دانان، مهندسان و زيست شناسان، مدت ها قبل از اينکه فناوري نانو به اين صورت در جهان فراگير شود هر کدام به گونه اي با آن سر و کار داشته اند.امروزه بسياري از شيميدانان و فيزيک دانان اين ادعا را دارند که از روزهاي آخر قرن بيستم، در حال کار در مقياس نانو- محدود طولي100 -1 نانومتر- هستند. هموگلوبين، پروتئيني که وظيف نقل و انتقال اکسيژن در جريان خون را به عهده دارد، داراي قطري برابر 5 نانومتر، 5 بيليونيوم يک متر، مي باشد. بيشتر مولکول هاي دارويي کوچک تر از يک نانومتر هستند و اين درحالي است که اتم هاي سيليکوني تشکيل دهند يک تراش کامپيوتري، داراي اندازه اي در حد يک دهم نانومتر مي باشند. اما کارکردن با اتم ها و مولکول ها، پروتئين ها، DNA و مطالع آنها تنها چيزي نيست که محققان به دنبال آن هستند، بلکه انتظار و تعريف آنها از فناوري نانو مي تواند همان تعريف ارائه شده از سوي NNI باشد که فناوري نانو را زمينه اي از علم مي داند که شامل موارد زير است: - تحقيق و توسع فناوري در سطوح اتمي، مولکولي يا ماکرو مولکولي، در مقياس طولي در حدود 100-1 نانومتر؛ - ساخت و به کارگيري ساختارها و ابزارها و سيستم هايي که به علت داشتن ابعاد کوچک يا متوسط خواص بي نظيري دارند؛
- توانايي کنترل يا دستکاري در مقياس اتمي.
بر اساس اين تعريف، پيدايش فناوري نانو به سال 1985، و در پي کسب دو پيشرفتي که هر دو منجر به دريافت جايز نوبل شدند بر مي گردد. اولين مورد مربوط به اختراع ميکروسکپ تونل زني عبوري يا STM در سال 1985 مي باشد که آن را دکترGerd Binnig و دکتر Heinrich Rohner، فيزيك دانان مؤسس IBM، در زوريخ سوئيس انجام دادند. اين دو فيزيک دان با ارائ اين اختراع موفق به دريافت جايز نوبل فيزيک در سال 1986 شدند. دومين پيشرفت، در يک دور 11 روزه در همان سال 1985، در دانشگاه رايس حاصل شد. هنگامي که شيميدانان، دکتر Robert Curl Jr، دکتر ريچارد اسمالي و دکتر Harold Kroto، موفق به کشف ترکيب جديد کربني شدند که آن را باکي مينستر فولرين ناميدند که اصطلاحاَ به آن باکي بال گفته مي شود. بر خلاف ساير ترکيبات کربني که از تعداد نامحدودي اتم هاي کربن ساخته شده اند، اتم هاي تشکيل دهند باکي بال ها محدود به 60 عدد مي باشد که اين تعداد اتم به صورت کروي و به شکل يک توپ فوتبال آرايش يافته اند و شکل اين ساختار براي اولين بار توسط معماري به نام باکي مينستر فولر ارائه شد. يافته هاي آنان بسيار بحث انگيز بود و نتيج تلاش آنها براي کشف اين نانو ذرات جديد نه تنها دريافت جايز نوبل را براي آنها به دنبال داشت بلکه آغازي براي حجم وسيع تحقيقات در زمين مواد نانومقياس گرديد. تولد فناوري نانو در زمين سرطان را نيز مي توان به همان دور زماني نسبت داد. در اين تحقيقات کمتر به ماهيت مواد پرداخته شد و توجهات، بيشتر به تحقيق در مورد چگونگي تأثير آنها بر سلامتي انسان و حفظ زندگي معطوف گرديد. در اواسط ده 1980، ميکروبيولوژيستي به نام دکتر Adler Moor از دانشگاه کاليفرنيا و بيوتکنولوژيستي به نام دکتر Richard Proffitt، ذرات کروي نانومقياسي از چربي توليد نمودند که به ليپوزوم ها مشهور شدند. ليپوزوم ها محتوي داروي قوي اما بسيار سمي amphotericin B مي باشند. اين ماده که ترکيبي جديد از يک داروي قديمي مي باشد، به وسيل سلول هاي سيستم ايمني که ماکروفاژ ناميده مي شوند ايجاد مي شود. ماکروفاژ ها در هر مکاني از بدن که قارچي رشد کرده باشد آزاد مي شوند. ليپوزوم ها، amphotericin B را از طريق سلول هاي حساس کليه نگه مي دارند. نتيج تحقيقات توليد داروي جديد و سالم تري بود که فيزيک دانان معتقدند، استفاده از اين دارو موفقيت درمان را مخصوصاَ در مورد بيماران سرطاني که پيوندهاي مغز استخوان دريافت کرده اند، تضمين مي کند. در همين زمينه محققان ديگري نيز موفق به توليد ليپوزوم هاي ديگري شدند كه قادرند به طور سالم تر و مؤثرتري عمل انتقال عوامل ضد سرطان به تومورها و در نتيجه درمان سرطان را انجام دهند.
نويد فناوري نانو:
اگرچه بعد از آن ليپوزوم ها ي اوليه، تعداد محصولات نانو مقياس براي دستيابي انسان به کاربردهاي درماني و پزشکي اندك است، اما اين بدان معني نيست که فناوري نانوي مرتبط با درمان سرطان، به پايان راه خود رسيده است. اکثر شيمي دانان، مهندسان و زيست شناسان دو ده گذشته را صرف تسلط بر پيچيدگي هاي کار با مواد نانومقياس نموده اند، در نتيجه هم اکنون دانشمندان تصوير واضح تري از چگونگي ايجاد مواد نانومقياس با خصوصيات مورد نظر و مورد نياز براي کاربرد مؤثر در زندگي بشر را در پيش رو دارند. به گفت دکتر Mauro Ferrari کار در مقياس نانو سخت تر از کارهايي است که در مورد محصولات ليپوزومي انجام گرفت و منجر به موفقيت شد. امروزه علي رغم تعداد وسيع محصولات نانومقياس که هم اکنون در دسترس مي باشند، کاربردهاي بالقو اين نانومواد محدود است. اين محدوديت را مهندسان، شيمي دانان و ديگران ايجاد نكرده اند بلکه از محدود بودن تصور و دانسته هاي ما در مورد زيست شناسي سرطان ناشي شده است. فناوري نانو در زمين سرطان دربرگيرند محدود گسترده اي از مواد و روش هاست که متقابلاً براي حل و برطرف نمودن تعداد زيادي از مسائل و مشکلات در اين زمينه به کار مي رود، از جمله: - به زودي عوامل تصوير برداري و تشخيص بيماري، پزشکان را قادر به تشخيص سريع سرطان و درمان بسيار آسان خواهد نمود. - سيستم هايي که مي توانند ارزيابي هاي زمان واقعي از درمان ها و جراحي ها را براي تسريع فرآيند تفسير باليني ارائه نمايند. - تجهيزات چند کاره اي که مي توانند مرزهاي زيست شناسي را پشت سر گذاشته و عوامل دارويي چندگانه اي را با غلظت ها ي بالا در زمان و مكان مشخص به ياخته هاي سرطاني برسانند. - عواملي که قادرند تغيرات مولکولي در بدن را پيش بيني نمايند و نيز از بدخيم شدن سلول هايي که در مرحل پيش سرطان هستند، جلوگيري کنند. - سيتم هاي نظارتي که توانايي تشخيص تغييرات ناگهاني و نيز علائم ژنتيکي را که نشان دهند پيش زمينه هاي بروز سرطان هستند دارا مي باشند. - روش هاي منحصر به فرد براي کنترل علائم سرطاني که کيفيت زندگي را به طور مضري تحت تأثير قرار مي دهند. - ابزارهاي تحقيقاتي که محققان را قادر خواهد ساخت، ماهيت عوامل جديد براي توسع روش هاي باليني و پيش بيني ميزان مقاومت دارو را سريع تر تشخيص دهند.نانو ذرات داراي انواع مختلفي هستند و به طور حتم نقش مهمي را در جنبه هاي مختلف زندگي بازي مي کنند. هر نانو ذره خصوصيات کاملاَ منحصر به فردي دارد و هر محقق نيز نانو ذرات را به طريق خاصي براي توسع روش هاي جديد در مورد تشخيص و درمان سرطان به کار مي برد، با اين همه چند ويژگي خاص در مورد نانو ذرات وجود دارد که موجب ايجاد پيوند ميان تمامي اين تلاش ها شده و زمين وسيعي را براي کاربرد فناوري نانو در زمين سرطان ايجاد مي کند. در ابتدا، محققان نانو ذرات را به گونه اي طراحي نمودند که اتصال مقادير مولکول ها از قبيل مولکول هاي دارو و يا مولکول هايي که قادر به هدف گيري ذرات به سمت تومورها هستند، به سطح ذرات به آساني انجام گيرد. به عنوان مثال، يک عامل هدف گيرند متداول، مي تواند مولکول اسيد فوليک باشد که اصطلاحاَ به آن فوليت نيز گفته مي شود. اين عامل قادر است گيرنده هاي فوليت را که در سطح سلول هاي سرطاني وجود دارند، تشخيص داده و به آنها متصل شود. عامل هدف گيرند ديگر يک آنتي بادي مي باشد که قادر به شناسايي و اتصال به پروتئيني به نام Her-2 که در نمونه هاي قطعي سرطان سينه وجود دارد، مي باشد. عامل ديگر يک آپتامر (يک قسمت از اسيد نوکلئيک که به عنوان يک آنتي بادي Super- charged عمل مي کند) مي باشد که پس از تشخيص آنتي ژن هاي ويژ سرطان پروستات، قادر است که به آنها متصل شود. سرطان شناسان به طور حتم در حال جست وجو براي يافتن اين قبيل علائم سطحي سلول مي باشند و هنگامي که کار آنها به نتيجه رسيد، فناوري نانوست ها به آنها ملحق شده تا عوامل هدف گيرند مورد نياز را توليد نمايند و به اين ترتيب جعب ابزار دانشمندان در زمين تشخيص و درمان سرطان کامل شود. اينکه چرا شيميدان ها عامل هدف گيرنده را مستقيماَ به يک مولکول دارو يا يک عامل تصوير برداري متصل نمي کنند، از پيچيدگي هاي ديگر کاربرد نانو ذرات است و نيز چيزي است که شيمي دانان داروساز به دنبال آن هستند؛ در عين حال قابل ذکر است که به کارگيري نانو ذرات در اين زمينه دو مزيت عمده دارد: مورد اول، کارکرد يک نانوذره به صورت يک عامل هدف گيرنده است. هنگامي که اسيدفوليک به يک گيرند فوليت مي چسبد، اين اتصال دوام زيادي ندارد و پس از مدتي مولکول اسيدفوليک از گيرنده جداشده و حرکت مي کند، در اين حالت ممکن است که اين عامل به گيرند فوليت ديگري بر روي يک سلول مشابه متصل شود يا اينکه اين اتفاق نيفتد. دراينجا يادآوري چگونگي اتصال چند حلقه به يک قلاب، تصوير واضحي را از چگونگي عملکرد نانو ذرات به ما مي دهد. در اين حالت نانو ذره به صورت قلابي عمل مي کند که دسته هاي چند تايي از عوامل هدف گيرنده، مانند اسيد فوليک، به آن متصل مي شوند و هدف گيري به اين روش بسيار مطمئن تر از هنگامي است که از يک داروي متصل شده به يک عامل هدف گيرنده استفاده شود. بنابر گفت پروفسور Gregory Lanza، از بخش داروسازي دانشگاه واشنگتن، در اين حالت هر زماني که عامل هدف گيرنده از گيرنده اش، بر روي يک سلول سرطاني، جدا شود عامل هدف گيرند ديگري بلافاصله جاي آن را پر مي نمايد. دومين دليل براي اين موضوع که چرا عملکرد ترکيب نانو ذره با عوامل هدف گيرنده براي تشخيص يا درمان سلول هاي سرطاني از ساير روش ها بهتر است، اين است که بر خلاف يک مولکول- دارو يا يک عامل تصوير برداري که عملکرد شيميايي خاصي دارند، يک نانو ذره به صورت ظرف بزرگي مي باشد که مي تواند مملو از ده ها يا صدها عامل تصويربرداري يا مولکول دارو باشد. به گفت دکتر kopelmanاستفاده از يک نانو ذره به جاي يک مولکول منفرد را مي توان به تحويل دادن يک بست پستي در عوض يک کارت تبريک، تشبيه نمود. پر نمودن يک نانوذر هدف گيرنده با دارو، مي تواند به مقدار زيادي در کاهش اثرات سمي داروهاي درمان سرطان مؤثر باشد. از اين طريق مي توان داروي بيشتري را به محل تومور رساند و از رسيدن دارو به بافت هاي سالم جلوگيري نمود و بدين طريق اثرات جانبي استفاده از اين داروها را تا حد زيادي کاهش داد، در عين اينکه ميزان اثر بخشي آنها نيز بهبود مي يابد. نانو ذرات چه هدف گيرنده باشند و چه نباشند، از طريق کاهش به کارگيري مواد شيميايي مختلف در ترکيب دارو که براي افزايش انحلال پذيري اين داروها در سيالات بدن به کار مي روند، نقش عمده اي در کاهش عوارض استفاده از داروهاي ضد سرطان دارند. به عنوان مثال دارويAbraxane يک ترکيب نانو ذره اي ساخته شده از داروي ضد سرطان و بسيار قوي Paclitaxel، به صورت عوامل فعال در Taxol، مي باشد که هم اکنون به صورت يک سلاح مهم در تسليحات درماني تومور شناسان به شمار مي آيد، اما مشکلي که در اينجا وجود دارد، کم بودن قابليت انحلالPaclitaxel در سيالات بدن مي باشد. شيميدان هاي داروساز به منظور غلبه بر اين مشکل، Paclitaxel را با مواد شيميايي ديگري که اثرات جانبي بسيار محدودي در بر خواهد داشت، ترکيب نمودند. چنانچه يک نانو ذره را با Paclitaxel پر کنيم، آلبومين به دست مي آيد که يکي از عمده ترين پروتئين هاي خوني مي باشد، استفاده از اين ماد فوق شيميايي مي تواند اثرات بسيار مفيدي براي بيماران داشته باشد. با استفاده از اين ماده بيماران مي توانند مقادير بيشتري از Paclitaxel را در عين داشتن کمترين ميزان اثرات جانبي، مصرف نمايند.
چند عملکرد در يک نانو ذره:
يکي از اميد بخش ترين کاربردهاي نانو ذرات، به کارگيري آنها به منظور انجام هم زمان دو عمل تشخيص تومور و رساندن دارو به آن مي باشد. دکترها kopelman، Prasad و Lanza، همگي در حال کار بر روي برخي کاربردهاي ويژ نانو ذرات در اين زمينه مي باشند. به همين ترتيب دکتر James Baker که تحقيقاتش تحت حمايت NCR قرار دارد، و گروهش در دانشگاه ميشيگان موفق به توليد dendrimer هاي چند منظوره اي شدند که به صورت نانو ذرات پليمري کروي شکلي مي باشند که قادرند با انواع مختلفي از مولکول ها آرايش هايي تشکيل دهند. دندريمرها را مي توان به عنوان platform هاي متحرک نانو مقياس، به منظور ايجاد ابزارهايي با عملکرد چندگانه به صورت تشخيص سرطان و انتقال دارو به ياخته سرطاني،به کار برد . در ماه هاي اخير، اين گروه نتايج حاصل از آزمايش هاي dendrimerهاي چند کاره را بر روي حيوانات آزمايشگاهي را به صورت مقاله هايي ارائه نمود که اين نتايج حاکي از موفقيت dendrimer ها در در انجام همزمان دو عمل تشخيص و درمان تومورها بود. يک چنين عملکرد چند منظوره اي را شايد بتوان مهم ترين مشخص نانو ذراتي دانست که در درمان سرطان استفاده مي شوند و دانشمندان با به کارگيري آنها قادر به وجود آوردن تحولات بسيار عظيمي در عرص تشخيص، درمان و پيشگيري از سرطان خواهند بود. قابل توجه است که قابليت دارورساني به اين طريق، خاص يک نوع داروي خاص نيست و در اين شيوه مي توان به طور همزمان چندين داروي متفاوت را به يک تومور انتقال داد. نانو platform هاي متحرک هوشمند توانايي تغيير شيوه هاي تشخيص، درمان و پيشگيري از سرطان را دارا مي باشند.مي توان يک پادتن تک مجرايي سرطان را به جداره خارجي اين كلنيك ها ي نانو متري متصل نمود و به منظور جلوگيري از تشخيص اين مجموعه توسط سيستم ايمني بدن، آن ها را با پلي اتيلن گليكول پوشاند. مطمئناَ تلاش هاي فراواني به منظور توليد نانو ذرات چند کاره با خواص ويژ درماني صورت خواهد گرفت؛ خواصي که هر سه عملکرد هدف يابي، ظرفيت ترابري و غلبه نمودن بر مقاومتي که تومور نسبت به دارو نشان مي دهد، را به صورت يک جا داشته باشند. مع ذلک دانشمندان فناوري نانو که در زمين سرطان فعاليت مي کنند خوش بين هستند که روش ها و رقابت هاي پيش بيني شده قادر خواهند بود بر چالش ها و پيچيدگي هاي موجود در اين زمينه غلبه نمايند و نيز اينکه فناوري نانو تحولات بسيار عظيمي را در زمين سرطان ايجاد خواهد کرد که منافع آن براي بيماران سرطاني بي شمار خواهد بود.
لطفا منتظر باشید ...
