عنوان: نانوذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند (1) نویسندگان : 1- حورا نکونام 2- اسماعیل میرزایی

نانوذرات مغناطیس سیستم های دارورسانی بر پایه فناوری نانو به سبب: سیستم های دارورسانی بر پایه فناوری نانو به سبب: تغییر فارموکنتیک دارو افزایش مدت زمان حضور دارو در جریان خون کاهش سمیت و افزایش نیمه عمر دارو موجب بهبود چشمگیر در درمان های دارویی شده اند. تمام این ویژگی ها ازانتقال هدفمند دارو میسر می شود. نقش نانو ذرات مغناطیسی (MNP= Magnetic nanoparticles) به عنوان حاملهای دارورسانی به خاطر داشتن ویژگیهای منحصر به فرد علاوه بر ویژگیهای معمول در سایر نانومواد پررنگ تر است.

نانوذرات مغناطیس نانوذرات مغناطیسی بخش بزرگی از نانومواد را به خود اختصاص می دهند. به سبب خواص منحصر به فرد از جمله: مومنتوم تشدید شده مغناطیسی و سوپر پارا مغناطیسی قدرت برهم کنش های زیستی درسطوح سلولی و ملکولی نانوذرات مغناطیسی پتانسیل انقلاب در بخش تشخیص و درمانهای کلینیکی را دارا می باشند.

تاریخچه نانوذرات مغناطیس استفاده پزشکی از پودرهای مغناطیسی به دوران یونان باستان و روم برمی گردد. پودرهای مغناطیسی به شکل اصولی و تحقیقاتی از سال ١٩٧٠ در علوم بیولوژی و پزشکی استفاده شد. MNP ها با تکیه بر فناوری نانو محدوده گسترده ای از کاربردهای تشخیصی و درمانی در بیماری هایی از جمله قلبی و عصبی و سرطان را تسهیل کرده اند.

نانوذرات مغناطیس نانوذرات مغناطیسی به فراوانی در تحویل هدفمند عوامل درمانی استفاده می شود. عملکرد آنها بر اساس هدف یابی دارویی مغناطیسی (MDT= Magnetic drug targeting) شامل موارد زیر است: تمایل قوی بین لیگاند و گیرنده ازطریق جذب مغناطیسی بافت خاص

نانوذرات مغناطیس MNP ها به سبب امکان کنترل از راه دورعوامل درمانی در انتقال ذرات به بافت مورد نظر بسیار قابل توجه هستند. به همین سبب MNP ها را حامل های هدفمند مغناطیسی می نامند. (MTC= magnetic targeted carriers).

نانوذرات مغناطیس خواص منحصر به فرد نانوذرات مغناطیسی که از خصوصیات مغناطیسی ذاتی آنها نشات می گیرد، شامل موارد زیر است: سوپر پارامغناطیسی فوق اشباعیت پذیرفتاری مغناطیسی

نانوذرات مغناطیس با استفاده از پوششهای سطحی مختلف می توان : با استفاده از پوششهای سطحی مختلف می توان : خواص زیست - پزشکی مطلوب و پایداری را برای این ذرات ایجاد کرد. از اثرات پارتیکوکنتیک و سمیت نانوذرات مغناطیسی ناشی از برهم کنشهای آنها با سلول یا پروتئینهای بیولوژیکی ممانعت کرد. این عوامل منجر به افزایش زیست سازگاری نانوذرات مغناطیسی می شود.

کاربردهای نانوذرات مغناطیس در پزشکی انتقال هدفمند ترکیب مورد نظر از جمله ژن، دارو، سلول بنیادی، پروتئین و آنتی بادی به بافت و سلول هدف تصویر برداری بر پایه رزونانس مغناطیسی درمان سرطان با روش هایپرترمی جداسازی سلولها و ماکروملکولها و تخلیص سلولی کاربرد در زیست حسگرها امکان ردیابی ذرات در شرایط برون تن و درون تن از طریق تصویر برداری تشدید مغناطیسی MRI. آزمایش های ایمونوسیتو شیمیایی.

ذرات مغناطیسی ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند. هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند. ترکیب، سایز و مسیر سنتز نانو ذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است.

ذرات مغناطیسی ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند. این مواد به دلیل گشتاور مغناطیسی واحد شبکه و ساختار دمین ها، شدیداً از میدان مغناطیسی خارجی متاثر می شوند. این مواد در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به صورت یک ذره غیر فعال عمل می کنند. تک دمین بودن و سوپرپارامغناطیسی از ویژگیهای نانوذرات مغناطیسی است. این ویژگیها منشا بسیاری از خواص منحصر به فرد می باشد.

ذرات تک دامنه (دمین) دیواره های دمین دارای یک پهنای مشخصی هستند. گروهی از اسپینهای هم جهت را که به شکل هماهنگ عمل می کنند در قالب یک ناحیه(دمین) جدا می کنند. شکل گیری و پایداری دمین ها با مصرف انرژی همراه است. وقتی اندازه ذره به قطر بحرانی کاهش می یابد ذرات تک دامنه تشکیل می شوند. تشکیل دیواره در این شرایط از نظر انرژی مناسب نیست.

سوپر پارا مغناطیسی خواص سوپر ‏پارامغناطیس نانو ذرات مستقیماً تحت تاثیر آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات است.‏ هنگامی که ممان مغناطیسی نانو ذرات در جهت محور آسان بلور است، مقدار انرژی آنیزوتروپی ‏مغناطیسی (EA‏) کمینه می‌شود. در نانوذرات مغناطیسی کروی، آنیزوتروپی بلور مغناطیسی برابر با آنیزوتروپی ‏مغناطیسی کل است. این آنیزوتروپی به عنوان سدی برای تغییر جهت مغناطیسی است.

سوپر پارا مغناطیسی هنگامی که ‏اندازه نانوذرات تا حد آستانه‌ایی کاهش می‌یابد، ‏EA‏ برابر با انرژی فعال‌سازی ‏گرمایی ‏‎(KBT)‎‏ می‌شود. با وجود سد انرژی آنیزوتروپی کم، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی ‏توسط انرژی فعال‌سازی گرمایی و یا میدان مغناطیسی خارجی تغییر می‌کند. اگر انرژی گرمایی بیشتر ‏از ‏EA‏ باشد، تمام جهات و ممان مغناطیسی در جهات کاتوره‌ای قرار می‌گیرند.

سوپر پارا مغناطیسی رفتار کلی ‏نانوذرات مغناطیسی مانند اتم‌های سوپر پارامغناطیس است. اگرچه نانوذرات خاصیت مغناطیسی ‏کمی دارند هر ذره مانند یک اتم پارامغناطیس عمل می‌کند، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. چنین ‏رفتاری، سوپر پارامغناطیس نامیده می‌شود. در ماده‌ی سوپر پارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به ‏جای جهت خاصی، سریعاً در حال تغییر است. دمایی که سد انرژی آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات ‏همیشه بر انرژی فعال سازی گرمایی غلبه می‌کند، دمای بلوکه نامیده می‌شود.

اثر میدان مغناطیسی بر ذرات مغناطیسی اثر میدان مغناطیسی بر ذرات مغناطیسی ذرات مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی خارجی می چرخند. به منظور جابجایی ذرات در یک جهت خاص از فضا، باید از یک میدان ناهمگن استفاده شود. اثر نیروی مغناطیسی بر روی این ذرات در یک سوسپانسیون مایع با: مغناطش ذرات چگالی جریان مغناطیسی گرادیان میدان مغناطیسی متناسب است.

فروفلوئید)سیال مغناطیسی) نانو ذرات مغناطیسی در یک مایع مناسب پایدار می شوند. پایداری در مایع، از اگلومره شدن ذرات ممانعت می کند. یک محلول کلوییدی تشکیل می شود که به آن فروفلوئید گویند. روش دیگرسنتز فرو فلوئید، روش قدیمی تخریب ذرات بزرگ در محلول آلی مناسب است. اخیراً از روشهای سنتز شیمیایی استفاده می شود.

فروفلوئید)سیال مغناطیسی) به منظور به دست آوردن یک ترکیب فروفلوئید پایدار در محیط فیزیولوژیک با pH طبیعی و قدرت یونی متناسب، سطح ذرات باید عامل دار شوند. اصلاح سطح نانوذرات با موارد زیر انجام می شود: دکستران آلبومین پلیمر های سنتزی مثل متااکریلات

ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی MNP باید ساختار کریستالی داشته و هر ذره تنها واجد یک دمین باشد. توزیع اندازه نانو ذرات تا حد ممکن باریک باشد و دارای توزیع هم سایز باشند. تمام نانوذرات در یک نمونه خاص باید هم شکل باشند. به طور غالب از نانوذرات کروی استفاده می کنند. از ساختار های پیچیده تر مثل نانوسیمها و نانوتیوپها نیز بهره برده می شود.

ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی پایداری و زیست سازگاری: یکی از ضروریات برای کاربردهای زیست پزشکی می باشد. با استفاده از ساختارهای پوسته – هسته (core-shell) قابل دست یابی است که شامل: یک هسته اکسید فلزی یا فلزی می باشد که در پوششی از پلیمر یا مواد غیرآلی قرار گرفته است. پوشش پلیمری به ذرات زیست سازگاری داده و یا امکان اتصال به بیوملکولها را فراهم می آورد.

ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی اندازه کوچک و سایز هیدرودینامیک: داشتن انداره کوچکتر از 50 نانومتر، انداره کوچکتر از 50 نانومتر، انتشار را تسهیل می کند. ذرات را از برداشته شدن توسط سیستم رتیکولواندوتلیال بدن (RES) درامان می-دارد.

مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی: اندازه اندازه نانوذرات در محدوده یک سلول کوچک (10-100میکرون)، ویروس(20-45 نانومتر)، پروتئین (5-50نانومتر) یا ژن (با پهنا 2 نانو متر و طول 10-100نانومتر) می-تواند باشد. اندازه نانوذرات امکان نزدیک شدن و یا وارد شدن به ساختارهای زیستی را ممکن می سازد. چنانچه ذرات با ملکولهای بیولوژیکی مناسب پوشانده شوند توانایی بر هم کنش با این ساختارها را پیدا می کنند و یا به آنها متصل می شوند.

مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی: قابلیت کنترل از راه دور نانوذرات مغناطیسی بواسطه گرادیان میدان مغناطیسی خارجی، قابل دستکاری و کنترل می باشند. موارد استفاده از کنترل از راه دور انتقال و تجمع نانوذرات مغناطیسی نشاندار کردن اختصاصی ساختارهای زیستی به طور خاص در انتقال دارو های ضد سرطان به بافت توموری هدف

مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی: واکنش رزونانسی به تغییرات میدان نانو ذرات به صورت رزونانسی به تغییرات وابسته به زمان میدان، پاسخ می دهند و امکان انتقال انرژی از میدان تهییج شده به نانوذرات را فراهم می کنند. به این سبب نانوذرات می توانند منجر به افزایش دما شوند. از این خاصیت در هایپرترمی برای درمان و یا به عنوان عوامل تقویت کننده شیمی درمانی و رادیو درمانی استفاده می شود.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : جنس ذرات جنس ذرات مغناطیسی که به طور غالب استفاده می شوند شامل موارد زیر است: فریت ها با ترکیب عمومی (M)Fe2O4 ،(M : کاتیون دو ظرفیتی مثل Ni, Co, Mg, و یا Zn) مگنتیت (Fe3O4) مگهمیت ((Fe2O3 نمونه هسته های جدید شامل آهن، کبالت و نیکل است .

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : اکسید آهن در مصارف پزشکی عموماً به دو شکل مگنتهای سوپرپارامغناطیس مگنتیت (Fe3O4) و مگهمیت (Fe2O3 ɣ-) به کار می روند. اندازه ذرات غالباً در محدوده 30-3 نانومتر و توزیع اندازه حدود %20-10 و قابلیت پراکندگی در آب را دارند. برای استفاده درکاربردهای زیست پزشکی قابلیت انحلال درآب ضروری است. با جایگزینی آهن موجود در ساختارهای مگنتیت ومگهمیت با کبالت و نیکل خواص مغناطیسی تغییر می کند.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : ذرات پایه کبالت این ذرات با میدان برهم کنش های قویتری دارند. مشکل این نانوذرات، سمیت ناشی از نشت کبالت می باشد. با کپسوله کردن غیرآلی کبالت مثلاً با سیلیکا تا حدی این مشکل بهبود داده می-شود.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : ذرات مغناطیس پایه آهن مشکل عمده استفاده از ذرات مغناطیسی پایه آهن، در کاربردهای پزشکی، حساسیت بالای آنها به اکسیداسیون است. برای حل مشکل از پوشش یا آلیاژهایی مثل پلاتین ،کبالت و کربن استفاده می-شود.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : شکل ذرات ساختار پوسته- هسته (core-shell): به صورت هسته فلزی است که با مواد زیست سازگار پوشیده شده اند. به خاطر آماده سازی راحتتر و کنترل بهتر، بیشتر مورد توجه هستند. نمونه core-shell از هسته فلزی که با سیلیکا یا پلیمرهایی مثل PVA و یا دکستران پوشیده شده اند در شکل زیر مشخص است.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : شکل ذرات نوعی MNP که دارای ساختار core-shell می باشند: هسته اکسید آهن مغناطیسی به شکل مگنتیت(Fe3o4) و یا مگهمیت(γFe2o3) است. ساختار پوسته از موادی مثل سیلیکا، دکستران،PVA یا فلزاتی مثل طلا که امکان اتصال گروه های عملکردی را بوسیله رابط فراهم می کند، تشکیل می شود.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : شکل ذرات ساخت MNPهای دارای ساختار core-shell با استفاده از موارد زیر صورت می پذیرد: از طریق سورفاکتانت های یونی و غیر یونی. از طریق کپسوله کردن در داخل ساختارهایی مثل قفسهای کربنی یا پروتئینهای فریتین. عامل دار کردن MNPهای دارای ساختار core-shell با استفاده از موارد زیر صورت می پذیرد: بوسیله اتصال گروههای کربوکسیل، آمین، بیوتین، استرپتوویدین،آنتی بادی و ..

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : شکل ذرات ذرات جایگذاری شده در پلیمر متخلخل: به شکل پلیمرهای متخلخل زیست سازگار است که نانوذرات مغناطیسی در آنها جایگذاری شده اند. مزایای این روش در تولید ذرات با توزیع اندازه نسبتاً باریک و مورفولوژی کروی و مشخص می باشد. ذرات core-shell می توانند برای اتصال دارو و یا ژن، عامل دار شوند و یا در ماتریکس تجزیه پذیر جایگزین شوند.

مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی : شکل ذرات ساختار های MNP: (A, B در پوشش پلیمری کاملاً کپسوله شده است. (C کپسوله شده لیپوزومی. (D،MNP با ساختار پوسته – هسته.