فناوری نانو و آینده بزرگ

به علت اهمیت و سود آوری زیاد فناوری نانو برخی کشورها سرمایه گذاری های زیادی را روی آن نموده اند. به طور مثال در ایالات متحده متجاوز از ۷/۳ میلیارد دلار سرمایه گذاری برای سال های ۲۰۰۵ تا ۲۰۰۸ بر روی این امر شده است. حجم این سرمایه گذاری در اروپا بین سالهای ۲۰۰۲ الی۲۰۰۶ بالغ بر ۴/۱ یورو می باشد و در ژاپن در سال ۲۰۰۴ چیزی حدود ۸۷۵ میلیون دلار صرف تحقیقات بر روی فناوری نانو شده است.
برای درک بهتر نقش فناوری نانو، مؤسسه ملی تحقیقات سرطان در آمریکا در سال ۲۰۰۴ به انتشار مدارکی مستند پیرامون اهمیت این فناوری در تشخیص، جلوگیری و درمان سرطان مبادرت نمود.
این مدارک مبتنی بر شواهد مستدلی برای کاربرد فناوری نانو در تشخیص آزمایشگاهی و تصویر برداری از داخل بدن و موجودات زنده و درمان سرطان بود.
توانمندی استفاده از فناوری نانو در این زمینه به قدرت تشخیص مولکولی فر آیندهای جهش که بعضاً منجر به بروز سرطان می شوند باز می گشت. در زمینه درمان نیز توانمندی این فناوری به بهبود دارورسانی و اثر بخشی مؤثرترداروهای ضد سرطان مربوط می شود.
● کاربرد دانش
در برخی از موارد توانمندی کاربرد وتوسعه فر آورده های حاصل از فناوری نانو به مواد اولیه تولید شده که بتواند بر روی یک فرآیند در حد نانو تأثیر بگذارد مربوط می شود. در این حالت ممکن است که رخدادی در حد نانو به وقوع بپیوندد اما مواد اولیه مورد استفاده بعضاً بزرگتر از نانو یعنی در حد میکرون باشد. به طور مثال ممکن است برای در میان گرفتن مواد مؤثره داروئی و ارائه آنها در حد نانو، ذرات یا بیو مواد و یا حتی ایمپلنت های بزرگتر در حد میکرون طراحی شوند تا قابلیت حمل این مواد موثره را در مقیاس نانو از طریق فر آیندهائی مانندتجزیه زیستی (biodegradation)، اسمز و انتقال از طریق تفاوت بار را داشته باشند.
این موارد مثال هائی برای کاربرد با ساختار اصطلاحاً از بالا به پایین(top-down) می باشد.
در مواردی نیز مثال هائی برای ساختار های از پایین به بالا (bottom-up) وجود دارد، مانند شکل گرفتن های اتم به اتم یا مولکول به مولکول در نانو ذرات لیپوزوم ها و دندریومرها که آنهم نوع دیگری از ذرات نانو است.
شکل گیری حالت نانو به منظور بهبود دارورسانی صورت می گیرد. ملکول های غول پیکر مانند آنزیم ها و رسپتورها نیز از جمله الگوهایی هستند که برخی از نانوذرات با کاربرد درمانی بر مبنای سایز وکاربردآنها تهیه می شوند. بطور مثال هموگلوبین دارای قطری معادل ۵ نانو متر است و لایه های لیپیدی اطراف سلول ها دارای ضخامتی معادل ۶ نانو متر است. ذرات کوچکتر از ۵۰ نانو متر می توانند از دیوارهٔ سلول ها عبور نمایند و ذرات کوچکتر از ۲۰۰ نانو متر حتی می توانند از دیوارهٔ عروق گذشته و از سدهای بیولوژیک عبور و موادی را که سابقاً امکان دارورسانی نداشتند را از این موانع عبور دهند.
بنابراین اندازهٔ ذرات می تواند توانائی آنها را از نظر نوع تداخل با مولکول های بیولوژیک در سطح سلول ویا درون سلول روشن کند بدون آنکه هیچگونه تأثیر ناخواسته ای بر روی رفتار و اعمال بیولوژیک مولکول های حیاتی بر جای بگذارد.
شاید مهمترین اثری که اختصاصات این نوع ذرات با سایز نانو بتواند از خود بروز دهنددر تأثیر و افزایش قدرت انحلال آنها و بهبود همسنگی زیستی آنها در فرمولاسیون های مختلف باشد. طبق آمار مؤسسه NanoMarkets برآورد جهانی بازار مربوط به فناوری نانو فرآورده های دارورسانی به ۲۶۰ میلیون دلار در سال ۲۰۰۵ خواهد رسید، یعنی چیزی معادل ۶/۰% از کل بازار دارورسانی. پیش بینی این مؤسسه با توجه به رشد ۶۶% مربوط به این نوع فرآوردها رقمی بالغ بر ۸/۴میلیارد دلار حجم بازار تاسال ۲۰۱۲ خواهد بود. در این حالت ۲/۵% کل بازار فرآورده های دارو رسانی متعلق به فرآورده های دارورسانی فناوری نانو خواهد بود.
بنظر می رسد که ۴۰ الی ۵۰ درصد از مولکول های جدید داروئی قبل از آنکه به صورت فرآورده های داروئی ارائه شوند به نحوی دارای مشکل حلالیت باشند. معذالک ۱۰ درصد از فرآورده های داروئی موجود نیز به نحوی مشکل انحلال را دارا می‌باشند. طبق گزارشات، حجم فرآورده های داروئی دارای مشکل انحلال در آب از رقم ۶۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۲ در جهان به ۷۲ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۳ افزایش یافته باشد. بنظر می رسد که مشکل انحلال ضعیف در آب در نهایت سبب بروز مشکل همسنگی زیستی متفاوت، شروع اثر کند و تأثیر پذیری بر اثر مصرف غذاهای مختلف را در فرآورده های غیر تزریقی در بر داشته باشد و در فرآورده های تزریقی نیز به علت وجود کمک حلال ها در فرمولاسیون آنها سبب بروز عوارض جانبی آنها بشود.
این اثرات سبب افت تأثیر در درمان می شود. از دیدگاه بازرگانی بر طرف کردن افت تأثیرات درمانی و همسنگی زیستی از طریق بهبود خواص فیزیکوشیمیائی و فارماکوکینتیک دارو نیازمند ارائه و کاربرروی فرمولاسیون های جدید می باشد که بعضاً سبب ادامهٔ دورهٔ پتنت داروها می شود و لذا از این مسیر برای آنها نیز مزایائی وجود دارد.
‌● رفع مشکل انحلال
استفاده از فناوریهای نوین در عرصه ارائه داروهای انحلال- پذیر و دارورسانی بهتر سبب افزایش میزان سرعت ورود به بازار داروهای جدید و کاهش هزینه های مربوط به این اقلام می شود و بر این مبنا عرضه ذرات داروئی ریزتر و در حد نانو سبب افزایش سطح تماس و بهبود سرعت انحلال دارو می شود.
استفاده از این نوع ذرات با قدرت انحلال بیشتر در آب سبب بهبود پارامترهای فارماکوکینیک یعنی افزایش سرعت جذب دارو در بدن می شود. راهکارهای مختلف کاهش سطح ذرات عبارتنداز: آسیاب نمودن تا حد ریزتر شدن پودر ها و یکنواخت شدن آنها. چه بسا با افزودن پایدارکننده ها سرعت تجمع یافتن ذرات نانو به میزان زیادی کاهش یا کاملاًبر طرف می گردد.
در این خصوص تکنولوژی هائی مانند Nano Crystal شرکت Elan و تکنولوژی Nanoeddge شرکت Baxter وجود دارد. Biosilicon شرکت psivida نیز یکی دیگر از این موارد است. بنظر می‌رسد که استفاده از تکنیک‌های پودر نمودن و یکنواخت کردن پودرهای نانو نسبت به استفاده از ذرات غول پیکر حساس (ماکرو- مولکول‌ها) مقرون به صرفه تر باشد. اغلب این نوع فناوری‌ها در فرمولاسیون‌ مربوط به فرآورده‌های خوراکی، تزریقی، استنشاقی و تنفسی به نحوی به کار گرفته شده است. تاکنون چند نوع دارو که در آنها به نوعی از فناوری نانو برای برطرف کردن مشکل انحلال استفاده شده است توسط سازمان دارو – غذا آمریکا مورد تایید قرار گرفته است. از این موارد می‌توان به داروی Emend شرکت مرک که یک ضد تهوع است و با استفاده از فناوری Nanocrystal تهیه شده اشاره کرد و یا از داروی Abraxane شرکت APP که در آن از ذرات نانوی Paclitaxel به عنوان ضد سرطان در اتصال به مولکول‌های آلبومین و به منظور بهبود انحلال آن استفاده شده نام برد.
شرکت‌های داروسازی همچنین به استفاده از برخی vectorهای با اندازه نانو برای دارو رسانی هدفمند به سلول‌های مشخص و یا برخی بافت‌ها روی آورده‌اند. از مزایای هدفگیری نمودن بیماریها در روی سلول‌ها می توان به افزایش کفایت (تاثیر) درمان از طریق افزایش غلظت دارو در محل مورد نیاز و کاهش سمیت سیستمیک نام برد. موضوع هدف‌گیری نمودن ارائه داروها از این طریق به میزان زیادی به تمایل ذرات و یا لیگندهایی که داروها بر روی آن سوار می‌شوند بستگی دارد و در این مورد تاکنون دارو رسانی مستقیم به سلول‌‌های گرفتار مورد ارزیابی قرار گرفته‌ است. اخیراً روش نوینی بنام Nanocell برای درمان سلول‌های سرطان مورد استفاده قرار گرفته است. روش Nanocell بر مبنای درمان تلفیق یافته حاصل از دو روش درمانی آنتی آنژیوژنیک و شیمی درمانی در غشاء بیرونی و درونی سلول استوار است.
یک نانو Nanocell قطری به اندازهٔ ۲۰۰ نانومتر دارد و براحتی می‌تواند به دیوارهٔ عروق خونی تغذیه کنندهٔ یک تومور نفوذ نماید اما نمی‌تواند وارد سلول‌های آن شود. به محض آنکه غشاء بیرونی درون یک تومور از بین رفت، ‌داروی آنتی- آنژیوژنیک از آن آزاد می‌شود. این امر سبب از بین رفتن عروق خونی تومور شده و در نتیجه تومور در بین Nanocell به دام می‌افتد. با از بین رفتن غشاء درونی تومور، عوامل شیمی درمانی آزاد شده و سبب از بین رفتن آن می‌شود. پاسخ‌های حاصل از نتایج قبل از مطالعات بالینی بسیار امیدوار کننده است.
در عرصه تشخیص سرطان داروهای متعددی در انتظار ورود به بازار به سر می‌برند. در ماه مارس سال جاری فرآوردهٔ Combidex که در حقیقت یک فرآوردهٔ حاوی نانو ذرات اکسید آهن سوپرمگنت است توانست از سازمان دارو- غذا آمریکا تاییدیه اخذ نماید. این فرآورده که یک عامل تصویربرداری است در امر تصویربرداری رزو نانس مغناطیسی (MRI) کمک می‌نماید تا بتوان به کمک آن از گره‌های لنفاوی سرطانی تصویربرداری نمود و آنها را از غدد لنفاوی سالم تشخیص داد. مطالعات بالینی مشخص نموده‌ که داروی Combidex می‌تواند در غدد لنفاوی سالم تجمع حاصل نماید و بدین لحاظ زمینه‌ای را
که به کمک آن بتوان در تصویر برداری رزونانس مغناطیسی آنها را از غدد سرطانی متمایز کرد را فراهم می نماید. در عرصه آزادسازی ذرات حاوی آنتی ژن ها آنها را می توان بر روی برخی سلول ها هدف‌گیری نمود. فناوری فسفات کلسیم (CAP) شرکت Biosanteو فناوری nanocochleate شرکت BioaDelivery Science از این موارد هستند که به کمک آنها می توان دارورسانی پیتیدها و پروتئین ها و یا حتی واکسن های DNA-based را انجام داد. اندازه کوچک نانو ذرات حاوی واکسن ها (nanoparticle-based vaccine) سبب برداشت مؤثرتر این نوع ذرات به درون سلول های دارای شاخص های آنتی ژنتیک می شود و در نتیجه سیستم ایمنی را به طرز موثرتری فعال می نماید. هدف اصلی استفاده از این نوع فناوری ها، تولید آنتی بادیهای اختصاصی (humoral) و تحریک پاسخ های ایمنی وابسته به سلول ها از قبیل لنفوسیت های T شکل سیتوتوکسیک می باشد که این مواد همگی می تواند در درمان و پیشگیری از بیماریزایی بیماریهائی نظیر ایدز کمک نماید.
● تأثیرات درمانی مؤثرتر
آزاد سازی کنترل شدهٔ داروئی از طریق فرمولاسیون های داروئی از دیگر جنبه های کاربرد فناوری نانو در دارورسانی است. عرضه دارو در زمان مناسب و با روند کنترل شده سبب تأثیر بیشتر دوزهای درمانی یک دارو خواهد شد. روش Biosilicon در یک قالب متخلخل دارای ساختار نانو، تعدادی از ذرات دارو را در میان می گیرد و پس از تجزیه سبب آزادسازی آن می شود.
بر حسب مهندسی ذرات انجام شده بر روی میزان تخلخل، اندازهٔ ذرات، داروها می توانند به مرور زمان بر حسب نیاز در یک دورهٔچند روزه یا چند هفته ای آزاد شوند. همچنین فناوری نانو در عرضه داروهای کاشتنی(implants) نیز به منظور آزاد سازی کنترل شده داروها مطرح است. به طور مثال در شرکت iMEDD و DebioTECH توانسته اند وسیله هائی به نام های NanoGate وDebioSTAR را طراحی نمایند که در هر یک ازآنها دارو در یک مخزن پلی مری انباشت شده و از غشاء متخلخل با سایز نانو در طی یک دوره زمان شش ماه آزاد می شود. در عرصه وسیله-داروها (drug-device)، بیومواد جدیدی عرضه شده اند که هریک توانمندی جالبی دارند.
بیو مواد کاربردی در مواردی از قبیل اورتوپدی و درمان زخم ها کاربرد دارند. در این موارد داروهائی نظیر آنتی بیوتیک ها در میان بیومواد و یا روی سطح آنها قرار می گیرند. از این مواد می توان در ساخت مفتول های اورتوپدی، ‌پیچ‌ها و پوشش دهندهٔ زخم‌ها استفاده نمود و به مرور زمان از آنها رها شده و در اختیار قرار گیرند. از مهم‌ترین موارد مربوط به ساخت وسیله – داروها می‌توان به stent های داروئی اشاره کرد که بر حسب آخرین آمار موجود فقط در آمریکا بالغ بر ۷/۲ میلیارد دلار فروش داشته است.
ارائه و تولید وسیله – داروها می‌تواند زمینه بسیار پر تحرکی برای نزدیکی داروسازی به صنایع تجهیزات پزشکی باشد.
● دغدغه جوامع
فناوری نانو به عنوان یک فناوری جدید در بین جوامع از منظرهای مختلف مورد نقد و بررسی قرار گرفته است و برخی با احتیاط با آن برخورد می‌ کنند.
از نظر مردم مواردی نظیر کلون کردن و اصلاح ژنتیک می‌تواند در حالت‌های اغراق‌آمیز و غیر واقعی به نوعی مخاطره انگیز باشد. با در نظر گرفتن تمامی این موارد تاکنون دولت‌ها، موسسات و صنایع از توان این فناوری استقبال خوبی نموده‌اند و درصدد آشنا کردن واقعیت‌های این فناوری برای مردم خود هستند. در این بین قانونگذاران در پی روشن کردن و مشخص نمودن موارد قانونی ضوابط مصرف فرآورده‌های نانو تکنولوژی می‌باشند. قطع نظر از نگرانی‌هایی که در زمینه کاربرد فرآوردهای نانوتکنولوژی وجود دارد، اما این عرصه می‌تواند در حل بسیاری از مشکلات داروسازی، مانند کاهش عوارض جانبی برخی از داروها و یا دارو رسانی هدف‌گیری شده از فرآورده‌های جدید موثر باشد. همچنین از این رهگذر می توان فرآورده‌های داروسازی ارزانتری را در اختیار قرار داد و در کنار آن سرعت ارائه داروها با فرمول جدید را افزایش داد و این سبب رونق گرفتن اقتصاد داروئی
می شود. در اینجا بعضی از نانوذرات که از مسیر فناوری های نوین بدست آمده است را به همراه برخی از اختصاصات و کاربردهای آنها ارائه می شود.
▪ لیپوزوم ها: ذرات حاوی فسفو لیپیدهای دو لایه ای غشائی هستند که در حالت های انکپسوله شده سبب تداوم حضور در جریان خون و یا بعضاً ورود هدف گیری شده می شوند.
▪ دندریومرها: ساختارهای پر از شاخه های جانبی تک لایه ای هستند که بر روی یک هسته مرکزی سوار می شوند این مواد در دارورسانی مولکول های کوچک، پروتئین ها و DNA نقش دارند.
▪ نانو ذرات پلیمری: انواع پلیمرهائی مانند پلی لاکتاید همراه گلیکولید می باشند که به نوعی زیست سازگار و زیست تخریب پذیر هستند.
▪ نانو ذرات پوشش داده شده با پلیمرها این مواد در دارورسانی داروها و DNA و اولیگونوکلئوتیدهای
آنتی سنس کاربرد دارند.
▪ این مواد ساختارهای نانوذراتی را دارندکه در محیط های آبی به همراه کوپلیمرها می توانند به خودی خود شکل بگیرند و در دارورسانی کاربرد دارند.
▪ Fullerens: ایزوفورم هائی از کربن هستند که شبیه ساختارهای قفس مانند دارند و از این مواد در حمل داروها استفاده می شود.
▪ Nanotubes ساختارهائی متشکل از کربن هستند که در حضور کاتالیست های فلزی به صورت ساختارهای تک لایه ای و سیلندری شکل می گیرند و در دارو رسانی استفاده می شوند.
▪ نانو ذرات کیتوسان و لیستین: حالت های شکل گرفته ای از این دو ماه در اتانل است، که در دارورسانی خصوصاً از طریق بینی کاربرد دارد.
▪ نانو ذرات داروئی: کریستال هائی از داروهائی که می توانند در سایز کمتر ۱۰۰نانو متر ارائه شوند این ذرات به منظور افزایش میزان انحلال در آب تهیه می شوند.

دکتر مرتضی پیر علی همدانی

منبع : سایر منابع