نانو مواد در پزشکی

دی ۱۸, ۱۳۸۷ توسط :   موضوع : جهان پزشكي, خبر پزشکی, علوم

نانو مواد در پزشکی

امروزه با گسترش عرصة فناوری‌نانو، به ویژه در زمینة نانومواد، کاربردهای زیادی برای این مواد در علوم پزشکی مشاهده شده است، لذا توجه محققان علوم پزشکی را به خود جلب کرده است. با توجه به اهمیت نانومواد در علوم پزشکی در زیر بعضی از خواص و کاربردهای آن به صورت اجمالی بررسی می‌شود.

۱) نانومواد خام و ساختاری
از نانوذرات و نانوبلورها می‌توان به عنوان مواد زیست‌سازگار در پوشش‌دهی، کپسوله‌کردن داروها، جایگزینی استخوان، پروتزها و در کاشتنی‌ها استفاده کرد. مواد نانوساختاری نیز شکل دیگری از نانومواد خام می‌باشند که عملکرد ویژه‌ای دارند. نمونه‌های این مواد نانوساختاری، نقاط کوانتومی و درخت‌سان‌ها می‌باشند که در زیر انواعی از آن‌ها ذکر شده است.
۱,۱ ) نانوپلیمرها
نانوپلیمرها در پزشکی به شکل‌های زیر به کار برده می‌شوند:
- داروی پلیمری: از یک پلیمر فعال زیستی تشکیل شده است.
- پیوند دارو با پلیمر: از یک پلیمر محلول در آب، یک عامل مناسب و یک اتصالگر که عوامل‌، پلیمر و هدف را به هم متصل می‌کند تشکیل شده است.
- پیوند پروتئین با پلیمر: بلوک پلیمری شامل یک بخش آب‌دوست و یک بخش آب‌گریز است که در محلول‌های آبی مایسل‌هایی را به وجود می‌آورد تا در سیستم رهایش دارویی به کار روند.
- درخت‌سان‌ها: مولکول‌هایی با قطر ۱۰-۱ نانومتر هستند. این مولکول‌ها می‌توانند از منافذ عروق و بافت‌های کوچک در ابعاد نانو عبور نمایند. درخت‌سان‌ها در سیستم رهایش دارو به کار گرفته می‌شوند و ظرفیت گیرایش در حدود %۲۵ (w/w) را دارا می‌باشند.
- لیپوزوم‌ها: لیپوزوم‌ها وزیکول‌های دولایه فسفولیپیدی کوچکی می‌باشند که پایه آنها مولکول‌های آمفی‌فیلیک فسفو‌لیپیدی است که لیپوزوم‌ها را در محیط‌های آبی شکل می‌دهند. انتهای آب‌دوست آنها به طرف آب و طرف آب‌گریز آن به سمت مرکز لایه می‌باشد. لیپوزوم‌ها می‌توانند تک‌لایه‌هایی به ‌اندازه ۵۰-۲۰ نانومتر و دو لایه‌هایی با اندازه‌ای بالاتر از۱۰ میکرومتر به وجود آورند.
- نانوذرات لیپیدی جامد: لیپیدهای جامد در داروهای آب‌گریز به‌ کار برده می‌شوند که دارای قطری مابین ۵۰ نانومتر تا ۱ میکرومتر می‌باشند. لیپیدهای فیزیولوژیکی همانند گلیسریدها توانایی زیستی و تخریب‌پذیری مناسب‌تری را دارند.
۲٫۱ ) فولرین‌ها و نانولوله‌ها
این مواد شگفت‌انگیز شکل جدیدی از مولکول‌های کربن هستند و با ایجاد تغییراتی در آنها، به صورت زیست‌سازگار با بدن بوده (به صورت غیرمحلول) و کاربردهای مفیدی در پزشکی دارند. بیشترین کاربرد این مواد در پزشکی در ساخت ماهیچه‌های مصنوعی، سیستم رهایش دارو و همچنین در ساخت عروق (با ویژگی انحراف گلبول‌ها و جلوگیری از رسوب آنها) است. این ترکیبات به وسیله گروه‌های شیمیایی فعال می‌شوند و برای اتصالات آنزیمی گیرنده‌ها، مناسب می‌باشند.
۳,۱ ) نانوذرات غیرآلی
- نانوذرات فسفات کلسیم
نانوذرات فسفات کلسیم از نمک‌های غیر آلی تهیه شده و قطری ما بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ نانومتر دارند. این ساختارها می‌توانند % ۲۰ w/w پروتئین‌ها را پر نمایند. همچنین از این ذرات می‌توان به صورت ویزیکول در واکنش‌ها استفاده کرد. بهترین ویژگی این مواد سایش آنهاست و بر عکس آلومینیوم که در بعضی مواقع سیستم ایمنی بدن را تحریک می‌کند این نانوذرات خطرشان حدود ۱۰۰ برابر کمتر از آلومینیوم است.
- نانوذرات طلا
نانوذرات طلا به علت داشتن خاصیت چسبندگی، کاندیدای مناسبی برای سیستم رهایش دارویی می‌باشند.
کاربرد دیگر این نانومواد کامپوزیت‌هایی است که دارای هسته‌های دی‌الکتریک و پوسته‌های طلا می‌باشند. البته این کامپوزیت‌ها هم برای سیستم رهایش دارویی مناسب می‌باشند. با انتخاب نسبت درستی از اندازه هسته به پوسته، ویژگی‌های متفاوتی حاصل می‌گردد. نانوذرات در بهترین نسبت اندازه، ماکزیمم جذب را در نزدیکی مادون قرمز نشان می‌دهند. با تابش طول موج مناسب به این نانوذرات در بافت‌های عمقی پوست، این نانومواد گرم شده و نوع جدیدی از رهایش دارویی ایجاد می‌شود.
- نانوذرات سیلیکاتی
نانوذرات سیلیکاتی در سیستم رهایش DNA استفاده می‌شوند. کلوئیدهای SiO2 که سطوح آنها با آمینوالکیل‌سیلان‌ها به طور کووالانسی اصلاح شده‌اند، کمپلکس‌های مناسبی با DNA ایجاد می‌نماید، که نسبت به دیگر حامل‌های DNA این نانوذرات سمیت کمتری را از خود نشان داده‌اند.
۴,۱) مواد کامپوزیتی و نانوالیاف‌‌های آلی
نانوالیاف‌های آلی همانند نانوالیاف‌های کربنی (pcu15-c ) چسبندگی سلولی بالایی در استئوبلاست‌ها نشان می‌دهند. نانوالیاف‌های کربنی در کاشتنی‌های دندانی و ارتوپدی هم کاربرد دارند. آنها وزن کمی دارند و همانند بلور‌های Hap گسستگی بالایی از خود نشان می‌دهند.
۲) پوشش‌دهی نانومواد در کاشت‌ بافت‌ها
فناوری‌نانو در تولید مجدد بافت‌های بدن، بافت‌های جایگزین و به عنوان ترمیم کننده، ایده جدیدی ارائه نموده است .
مواد کاشتنی در بدن ممکن است باعث واکنش‌زایی سیستم ایمنی بدن، خوردگی، اتصال نامناسب و کوتاه مدت گردد. این عوارض سبب می‌شوند که مجدداً (به علت شل شدگی) روی کاشتنی‌ها عمل جراحی صورت گیرد. بنابر این برای اتصال، چسبندگی بیشتر و تولید یک منطقه سطحی به حجمی بزرگ‌تر و نیز رفع این عوارض از روش‌هایی مانند پوشش کاشتنی‌ها استفاده ‌می‌شود. این روش در کاشتنی‌های بافت‌های سخت مانند استخوان و دندان کاربرد بیشتری دارد.
۱,۲) پوشش کاشتنی‌ها
رویکرد جدید، برای افزایش طول عمر کاشتنی‌، پوشش دادن نانوساختاری سطوح کاشتنی‌‌ها می‌باشد.
مواد زیست‌سازگار نانوساختار نسبت به نوع ماکروساختار آن عملکرد زیستی بهتری نشان می‌دهند. ِنانومواد استفاده شده در پوشش‌دهی کاشتنی‌ها می‌توانند باعث افزایش زیست‌سازگاری، چسبندگی، ماندگاری و دوام آنها شوند. کاشتنی‌های دندانی و ارتوپدی چندین سالی است که به کار برده می‌شوند. (از ذرات هیدروکسی آپاتیت (HAP ) برای پوشش کاشتنی‌های hip که در سال ۱۹۶۰ میلادی مطرح شده و امروزه کاربرد زیادی در بدن دارد استفاده می‌شود. این ذرات علاوه بر پوشش کاشتنی hip، در پیچ‌های فلزی نیز استفاده می‌شوند).
نانومواد دیگری همانند پلی وینیل الکل (PVA) (به عنوان پوشش‌دهنده و کاشتنی‌ در رگ‌های خونی در قلب مصنوعی، پیوند عروق و کاتترها و به عنوان پخش‌کنندة لخته‌های خونی و جلوگیری از شکل‌گیری آنها)، کیتوسان و دکستران در نانوذرات مغناطیسی (برای جداسازی یا از بین بردن سلول‌های سرطانی و میکروارگانیسم‌ها) امروزه مورد تحقیق و مطالعه زیادی قرار گرفته‌اند
الف) پوشش نانوساختار الماس
آلیاژهای Co-Cr برای اتصالات و پلی‌اتیلن‌ها با وزن مولکولی بالا در حفرات به کار می‌روند، اما مشکل اینجاست که آلیاژهای کبالت زیست‌سازگاری مناسبی با بدن ندارند و پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالا نیز به علت سایش بالا و شل‌شدن برای بدن مناسب نمی‌باشد. تیتانیوم به عنوان یک جایگزین دارای زیست‌سازگاری مناسبی است اما باز هم مشکلات زیستی را به همراه دارد. یکی از راه‌های مناسب برای بالا رفتن کیفیت کاشتنی‌های تیتانیوم، پوشش‌دهی آنها با الماس می‌باشد. این پوشش می‌تواند با روش‌CVD بر روی کاشتنی‌ها رسوب داده شود. لذا با انتخاب مناسب شرایط فرآیند (ترکیب گاز) می‌توان لایه‌های نانو بلوری الماس، با ضخامت حدود ۱۵ نانومتر ایجاد کرد. این لایه‌ها زیست‌سازگاری بالایی داشته و برای اشخاصی که حساسیت دارند مناسب می‌باشند.
ب) هیدروکسی آپاتیت (HAP)
حدود %۷۰ وزن استخوان را HAP تشکیل می‌دهد این ماده به علت کنش فیزیکی قوی، برای کاشتنی‌ها مناسب است.HAP برای پوشش دادن کاشتنی‌های تیتانیومی و کبالت کروم به کار می‌رود تا باعث تسریع استخوان‌سازی شود. این به علت شباهت ساختاری این ذرات به استخوان و چسبندگی سلولی آنها می‌باشد. نانوذرات HAP با ویژگی‌های مشابه به استخوان بدن، یک ماده مناسب برای پوشش می‌باشند. کاشتنی‌های استخوانی ساخته شده با مواد متداول شکننده‌اند، این به علت اندازة بزرگ دانه‌ها و همچنین آلودگی‌های سطوح مولکولی و ناخالصی‌هاست، که در نهایت باعث پس‌زدگی کاشتنی از بدن می‌گردد.
با بهره‌گیری از نانوذرات HAP درصد خلوص مولکولی افزایش و ویژگی‌های مکانیکی نیز بهبود می‌یابد. کاشتنی‌هایی با چنین پوششی، کمترین شکستگی و پس‌زدگی را خواهند داشت. همچنین برای چسبیدن به استخوان و موارد دیگر نیز از نانوذرات HAP برای پوشش استفاده می‌شود.
پ) پوشش‌دهی استنت‌ها (Stents)
بیماران قلبی دچار عارضة بسته شدن عروق کرونر از استنتهای خیلی کوچک فلزی به عنوان داربست استفاده می‌نمایند. این استنت‌ها از نوع فولاد می‌باشند که در عروق جای می‌گیرند تا جریان خون به قلب را برقرار کنند و عروق را باز نگه دارند. حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد استنت‌ها به علت رشد بافت همبند در محل زخم، باعث بسته شدن یا به خطر افتادن جان بیمار به دلیل بسته شدن عروق خونی می‌گردند. می‌توان با استفاده از نانوذرات تیتانیوم و دیگر مواد به عنوان ماده زیست‌سازگار و پوشش‌دهنده، احتمال ترمبوز را کم نمود.
ت) نانوذرات به عنوان سطوح آنتی باکتری
نانوذراتی همانند TiO2 به دلیل ویژگی‌ فوتوکاتالیستی اثر ضد باکتری دارند. همچنین به دلیل اندازة کوچک‌شان شفافند. کاربرد ضد میکروبی نانوذرات تیتانیوم بر روی سطح می‌تواند برای تجزیه مواد مضر محیطی استفاده گردد.
۳) داربست‌های تولید مجدد بافت
مواد نانوساختاری باعث بهبود ویژگی‌های داربست بافتی می‌شوند. همچنین باعث بهبود عملکرد در زمینه‌هایی همانند تاثیرگذاری در ساختار داربست (مانند درصد تخلخل، اندازه سوراخ ها و استحکام‌دهی مکانیکی داربست) می‌شوند.
۴)نانومواد در مواد کاشتنی‌‌ ساختاری
استخوان یک ماده با استحکام بالاست. استخوان بیشتر از سایر ساختارهای بدن دارای اتصالات درونی با سوراخ‌های مرتبط می‌باشد که اجازه عبور مواد مغذی و سیالات بدن را از خود می‌دهد. در مواردی همانند شکست استخوان، عیوب استخوانی و غیره، استخوان‌ها نیازمند جبران یا جایگزینی می‌باشند.
مواد نانوساختاری همانند نانوسرامیک‌های با استحکام بالا ( هیدروکسی آپاتیتHAP و آپاتیت فسفات کلسیم CPA) به عنوان پرکننده و شکل‌دهندة عیوب استخوانی، در ترمیم و جبران بافت استخوانی به کار برده می‌شوند. لازم به ذکر است که استخوان به طور طبیعی دارای ۷۰ % وزنی HAP می‌باشد. نانوسرامیک‌ها علاوه بر جایگزینی با استخوان‌های سبک و استحکام کم، برای استخوان‌های وزین و مستحکم نیز به کار می‌روند. از نانوسرامیک‌های CPA، با اندازه ذراتی در حدود ۵۰ نانومتر نیز با اتصال به همدیگر به عنوان رابط بافت استخوانی استفاده می‌شود.
۵) نانومواد قابل جذب در بدن
پلیمرهای قابل جذب در بدن در کاربردهای پزشکی مانند تولید نخ‌های بخیه کاربرد وسیعی دارند. کاشتنی‌های نانوساختاری قابل جذب در بدن به گونه‌ای سنتز می‌شوند تا با سرعتی مناسب تجزیه گردند و به سمت التیام بافت هدایت شوند. البته این نانوذرات در سیستم رهایش دارویی هم کاربرد فراوانی دارند.
۶) مواد هوشمند (Intelligent materials)
این مواد با تغییرات محیطی همانند دما, فشار, و … تغییر می‌یابند. این تغییر بر اثر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی حاصل از مکانیزم‌های تاثیرگذار بدن می‌باشد. به عنوان نمونه، ماهیچه‌های مصنوعی با استفاده از پلیمرهای هوشمند در برابر ویژگی‌های مکانیکی خم و راست می‌گردند و انعطاف پذیر می‌باشند. نمونه دیگری از این مواد، هیدروژل‌ها هستند که در سیستم رهایش دارویی بکار می‌روند و در محیط شیمیایی بدن قابل حل می‌باشند

  • مجله اطلاعات پزشکی



همکاران ما از نظرات و پیشنهادات شما استقبال می نمایند

نظر يا مطلب خود درباره اين مقاله را بفرماييد
اگر مي خواهيد تصويري در كنار نظر شما نشان داده شود اينجا را امتحان كنيد . gravatar

Protected by WP Anti Spam