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

3. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
موانع خارج سلولی
یکی از موانع سیستم ایمنی بدن است.
در مقابل عوامل بیگانه که تزریق شده اند قرار می گیرد و از رسیدن آنها به محل مورد نظر ممانعت می کند.
یا موجب تغییر خواص فیزیکی ذرات می شود.
نانوذرات وقتی وارد خون می شوند قدرت یونی بالا و هتروژنیستی محلول موجب تجمع آنها در خون می شود و موجب تغییر خواص مغناطیسی و توقف آنها می-شود.

4. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
نانوذرات به شکل غیر اختصاصی با پروتئینهای پلاسما بر هم کنش دارند که ممکن است:
موجب برانگیختگی سیستم ایمنی شود.
با ماتریکس خارج سلولی و سطح سلول که در سرم خونی موجود است برهم کنشی غیر اختصاصی داشته باشد.
به ویژه برای MNP امکان اتصال زود رس به سلولهای دیگر قبل از رسیدن به بافت هدف وجود دارد.

5. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
نانوذرات در شرایط محیطی عروق، با محدودیتهایی از جمله تناسب اندازه ذره با آناتومی بافت هدف، مواجه هستند.
این محدودیت در هدف یابی به اندامهایی مثل مغز و کلیه چشمگیرتر است.
در مغز، سلولهای اندوتلیال واستروسیت میزان پینوسیتوز را محدود می کنند.
اتصال محکم بین سلولها در سد خونی – مغزی ایجاد مانع می کند.
فقط به ذرات با اندازه کوچک و خواص فیزیکوشیمیایی متناسب اجازه عبور از سد خونی-مغزی داده می شود.

6. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
موانع داخل سلولی
موانع داخل سلولی به عنوان سدی در رسیدن ذرات حامل دارو مطرح می باشند.
همه نانوذرات وقتی به غشا هدف متصل می شوند به طور معمول توسط اندوسیتوز وابسته به لیگاند برداشته می شوند.
نانوذرات در داخل سلول بوسیله بر هم کنشهای اسیدیفیکاسیون در محفظه اندوزومال از حامل جدا می شوند.
بیشتر اندوزوم ها به سمت لیزوزوم حرکت می کنند.

7. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
یکی از مشکلات داخل سلولی فرار از تجزیه لیزوزومی و اندوزومی است.
بسیاری از عوامل درمانی از جمله DNA،SiRNA که به تجزیه لیزوزومی حساس هستند، با تسهیل فرایند گریز از اندوزوم از رسیدن به لیزوزوم در امان می مانند.
مسئله درون سلولی دیگر، قدرت شکافت موانع بیولوژیکی به عنوان مثال:
شکافت غشا هسته در موارد ژن رسانی می باشد.

8. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: موانع فیزیولوژیکی
از دیگر فاکتور های مهم فیزیولوژیکی برای طراحی نانوذرات:
عمق بافت هدف
میزان و سرعت جریان خون در بافت هدف
منابع عروقی
وزن بدن
مسیر تزریق
فاصله از منبع میدان
حجم تومور می باشد.
عدم توجه به این فاکتورها در طراحی نانوذرات مشکلاتی در انتقال و شبیه سازی از حیوان به نمونه های کلینیکی به همراه دارد.

9. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: پارامترهای فیزیکی
پارامترهای فیزیکی شامل موارد زیر است:
خصوصیات مغناطیسی و اندازه ذرات حامل
قدرت و گرادیان میدان
هندسه میدان
ظرفیت انتقال ژن و دارو

10. پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی: پارامترهای فیزیکی
هدف یابی مغناطیسی بر پایه جذب MNP به سمت یک میدان مغناطیسی خارجی می باشد.
در صورت وجود گرادیان مغناطیسی مناسب، نیروی جابجایی روی مجموعه دارو/ذره اعمال شده و منجر به حرکت ذره به سمت بافت هدف می شود.
با کاهش قدرت میدان، توانایی هدایت نانوذره به بافت هدف کاهش می یابد.
به این دلیل با افزایش ثابت میدان مغناطیسی در نمونه های انسانی، هدف یابی از حیوانات کوچک به انسان مشکل شده است.
تحقیقات نشان می دهد هدف یابی میدان مغناطیسی برای بافتهای نزدیک به سطح و دارای جریان خون آهسته موثرتر است.

11. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
مزایای پوشش دار کردن نانوذرات
تغییر سطحی نانوذرات مغناطیسی دارای مزایای بسیاری است.
پوشاندن سطح MNP با ملکولهای آلی و غیر آلی موجب افزایش نیمه عمر با تعویق انداختن پاکسازی ( CLEARANCE ) می شوند.
سیستم رتیکلواندوتلیال در کبد، طحال و مغز استخوان فعال است و بسته به اندازه ذرات منجر به پاکسازی آنها می شود.

12. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
نانوذرات مغناطیسی بدون پوشش به سرعت توسط سلولهای فاگوسیتیتک هسته-ای (مونونوکلئیر) حذف می شوند.
پوشش دادن:
آب گریزی سطح، بار سطحی و PH این ذرات را تحت الشعاع قرار می دهد.
به این وسیله پاکسازی ذرات را به تعویق می اندازد.
ایجاد پوشش آلی و غیرآلی در سطح نانوذرات از اپسونیزاسیون ذرات توسط ماکروفاژها جلوگیری می کند.
از این طریق مدت زمان حضور نانوذره افزایش می یابد.

13. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
تغییرات سطحی امکان اتصال بیوملکول ها را فراهم می کند.
اتصال کوالانت ملکولهای خاص مانند آنتی بادی،
پروتئین و لیگاند مختص بافت مورد نظر، ایجاد می شود.
موجب اتصال اختصاصی به بافت مورد نظر می شود.
تغییر خواص سطحی باعث کنترل رهایش دارو می شود که با استفاده از پوششهای پلیمری حساس به PH و دما انجام می شود.
کپسوله کردنMNP در لیپوزوم امکان رساندن هم
زمان چندین دارو را به بافت هدف فراهم می کند.

14. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
انواع پلیمرها با استفاده بیشتر
پلیمرهایی زیست تخریب پذیر که برای پوشش دادن نانوذرات مغناطیسی در دارورسانی و رهایش کنترل شده مواد شیمی درمانی استفاده می شوند شامل موارد ذیل می باشد:
Poly(ethylene glycol) (PEG)
Poly(cyanoacrylate)
Poly(D,L-lactide)
کیتوزان
Poly(lactic acid)
آلژینات
Poly(D,L-glycolide)
ژلاتین
Poly(lactide-co-glycolide)

15. انواع پلیمر های پوشاننده

16. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
پلی اتیلن گلیکول
یکی از پرکاربردترین پلیمرهای پوششی نانوذرات PEG است.
عملکرد سسیتم رتیکولواندوتلیال را به تاخیر می اندازد،
سمیت کمی دارد.
با ایمونوژنیستی پایین به صورت دست نخورده از کلیه ها و یا مدفوع دفع می شود.
پیدا کردن بافت هدف توسط نانوذره را تسهیل می کند.
با افزایش نفوذ نانوذره و اثرات نگه دارنده موجب افزایش زمان حضور دارو در جریان خون و بدن می شود.
این مزایا، PEG را به عنوان پوشش نانو ذره مغناطیسی مطلوب کرده است.

17. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
پوشش SiO2
نقطه ایزوالکتریک SiO2 حدود 3-2 می باشد، بنابراین این ذرات در خون بار منفی دارند که منجر به دافعه الکتروستاتیکی بین ذرات شده و از تجمع آنها جلوگیری می کند.
Si و سایر مواد غیر الی میکرونی در مقابل گرما مقاوم هستند.
تخلخل سیلیکا باعث بهبود کپسوله کردن دارو می شود.

18. پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی
در غلظتهای بالاتر ترشح دارو در بافت هدف به سادگی رخ می دهد.
موجب پایداری نانو ذره در شرایط pH ضعیف و غلظت بالای نمک می شود.

19. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
بارگذاری دارو
اتصال کوالانسی (با قابلیت شکافت و اتصال مجدد) یا فیزیکی دارو از جمله برهم کنشهای هیدروفوبیک می باشد.
این برهم کنشها اختصاصیت در دارورسانی را افزایش می دهند.
نانوذرات با طراحی مناسب وقتی با داروی خاصی بارگذاری شوند می توانند به عنوان سیستم دارو رسانی مطلوب به کار گرفته شوند.

20. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
دارو رسانی مطلوب با نانوذرات موجب فراهم آمدن شرایط زیر می باشد:
کاهش بر هم کنشهای غیر اختصاصی سلولی
کنترل ترشح عامل درمانی
قابلیت پذیرش تنوع در داروهای بارگذاری شده
استفاده از نانوذرات در تصویربرداری و ردیابی سلولی

21. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
نانوذرات حامل دارو همچون نانوذرات توسعه یافته در امور تصویربرداری نیاز به طراحی دقیق فیزیکوشیمیایی برای هدف یابی دارند.
در مرحله نخست نانوذرات باید قادر به حفاظت از مقدار چشمگیر دارو باشند که عموماً بوسیله نوع پوشش و روش بارگذاری مشخص می شود.

22. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
در بخش دوم می توان برای غلبه بر مقاومتهای دارویی سلولی از داروهای چند گانه بارگذاری شده استفاده کرد.
سوم، ترشح عامل درمانی و میزان احتباس عامل بارگذاری شده به منظور اثر درمانی مطلوب باید متعادل شده باشد.

23. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
MNP های درمانی و یا تصویر برداری با عملکردی چندگانه برای درمان سرطان طراحی شده اند.
MNP های با کاربردهای دوگانه، لیگاندهای هدف یابی را بر پلیمر پوشاننده سطح نانو ذره مثل PEG قرار می دهند.

24. ساختار MNP با عملکردی چند گانه در سطح سلول
این عوامل می توانند...
نشانگرهای چند گانه (نوری، رادیویی و مغناطیسی) برای تصویر برداری باشند.
عوامل درمانی از نوع زیست درمانی، شیمی درمانی و یا رادیودرمانی (رادیونوکلئوتید) باشند.

25. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
ورود به بدن و نزدیک کردن به بافت
کمپلکس دارو-حامل ایجاد شده به شکل فروفلوئید از طریق تزریق وریدی یا سرخرگی به بدن وارد می شود.
با کمک میدان مغناطیسی خارجی (تولید شده از مگنت های دائمی) و گرادیان بالای میدان، امکان هدایت و تغلیظ دارو در محل تومور یا سایر بافتهای هدف فراهم می-شود.

26. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
هدف یابی
هدف یابی این ذرات غالباً از طریق روشهای غیر اختصاصی مثل:
اندازه منافذ خاص بافت
اثر تقویت شده نفوذ و احتباس (EPR= Enhanced permeability and retention) در بافتهای توموری انجام می شود.

27. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
روش غیر اختصاصی دیگر برای انتقال نانوذره مغناطیسی به بافت هدف بر پایه نیروهای الکتروستاتیک می باشد.
یک پپتید با بار مثبت را به مجموعه عوامل رادیواکتیو و اکسید آهن سوپر پارامغناطیس اضافه می کنند.
به این مجموعهtat-CLIO نیز می گویند (tat به اکسید آهن متصل شده است).

28. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
هدف یابی غیر فعال
این روش با شرط بهبود نیمه عمر خونیMNPها برقرار است.
در بسیاری ازموارد مانند ساختارهای غیر طبیعی، آسیبهای خاص عروقی، تومور، التهاب و عفونت قابل استفاده است.
هدف یابی غیر فعال بر پایه پدیده اثر تقویت شده نفوذ و احتباس (EPR) می باشد.

29. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
EPR موجب افزایش نشت ماکروملکولها و نانو ذرات از عروق می شود که تسهیل خروج و تجمع آنها در بافت را ممکن می سازد.
کارایی سیستم لنفاوی به ویژه در بافتهای توموری متاستاتیک کاهش می یابد و منجر به افزایش تجمع نانو ذرات در بافت توموری می شود.

30. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
میزان تجمع در تومور فاکتورهایی شامل موارد زیر را متاثر می کند:
درجه نارسایی مویرگی
جریان خون
میزان زهکشی لنفاتیکی
این تجمع و هدف یابی غیر فعال برای نانو ذرات با محدوده اندازه نانومتر اتفاق می افتد.

31. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
منشا دیگر هدف یابی غیر فعال از پاکسازی ذاتی سیستم رتیکولواندوتلیال (RES) ناشی می شود.
این سیستم شامل سلولهای مغز استخوان، مونوسیت های خون و ماکروفاژهای بافتی می باشد.

32. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
برداشت MNPها بواسطه سلولهای فاگوسیت کننده ابزاری برای رساندن عوامل ایجادکننده کنتراست برای تصویربرداری و یا حاملهای دارورسانی به بافت هدف را فراهم می کند.
برداشت سریع MNP بوسیله سلولهای Kupffer پارانشیم کبدی، تمایز بافتهای سالم و بیمار را با توجه به تفاوت تشدید رزونانس مغناطیسی بین دو بافت، مقدور می سازد.

33. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
هدف یابی فعال
برای دستیابی ذرات به بافت هدف از ترکیب لیگاندهای با تمایل قوی در سطح ذرات به ملکولهای مشخص در سطح سلول بیمار استفاده می کنند.

34. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
اتصال اختصاصی می تواند منجر به تسهیل اندوسیتوز بواسطه لیگاند شود که راهی برای درون سازی سلولی (ورود ذرات به سلول) می باشد.
بعد از تجمع ذرات تحت اثرEPR، بر هم کنشهای آنتی ژن- آنتی بادی و یا گیرنده- لیگاند در بافتهای بدخیم مثل تومورها فراهم می شود.

35. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
لیگاندها می توانند از جنس پروتئین، پپتید، آپتامر و یا سایر ملکولهای کوچک باشند.
آنتی بادی های مونوکلونال به عنوان عوامل هدفمند دارورسانی و تشخیص ملکولی ساختار مورد نظر با اختصاصیت بالا استفاده می شوند که نمونه آن Herceptin می باشد.

36. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
پپتید RGD (Arg-Gly-Asp) دارای تمایل بالایی به اینتگرین αVβ3 می باشد.
از این ساختار به عنوان لیگاند استفاده می کند.
این ترکیب برای رساندن MNP به طیف وسیعی از بافتهای نئوپلاستیک در بیماریهایی از جمله سرطان سینه، ملانوما بدخیم و کارسینوما سلولهای فلسی استفاده می شوند.
پپتید F3 به نوکلئولین اندوتلیوم توموری متصل می شود.

37. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
در مقابل آنتی بادی مونوکلونال، استفاده از پپتیدهای کوتاه و ملکولهای کوچک موجب افزایش تمایل اتصال از مسیر اتصالهای چند ظرفیتی می شود.
پدیده چند ظرفیتی به تشدید بالایی از پدیده اتصال گفته می شودکه اتصال همزمان لیگاندهای چندگانه به گیرنده های چند گانه سطح می باشد.
ملکولهای کوچک اتصالات محکمتری ایجاد می کنند.
به همین دلیل نانوذرات آهن سوپر پارامغناطیس SPION)ها( بوسیله لیگاندهای متنوعی مثل ملکولهای آلیکوچک، پپتید، پروتئین، آنتی بادی وآپتامر طراحی می-شوند.

38. طراحی نانو ذرات برای هدف یابی فعال
فاکتور هایی دیگری علاوه بر نوع لیگاندهای استفاده شده مطرح هستندکه شامل موارد زیر است:
چگالی ملکولهای هدف
اندازه و شکل نانوذره ها

39. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
چگالی ملکولهای هدف
چگالی و سازماندهی لیگاندهای متصل شده به طور چشمگیری اتصال نانوذره به بافت هدف را به دلیل پدیده مولتی والانت متاثر می کند.
در چندین سیستم نانو ذره ای برای دستیابی به تمایل بالاتر اتصال به هدفهای سلولی، از این اصول استفاده می کنند.
در اکسید آهن با اتصالات عرضی از چگالی های متفاوت پپتیدهای RGD استفاده شد:
غلظت بیشتر RGD امکان اتصال همزمان لیگاندها را فراهم می کند.
چنانچه چگالی لیگاندها از حدی بیشتر باشد، بوسیله دافعه استری از برهم کنشهای مولتی والانت ممانعت می کند.

40. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
اندازه ذره
اتصال مولتی والانت بوسیله اندازه ذره هم، متاثر می شود.
ذرات با اندازه نانومتر که سطح آنها با آنتی بادی های Herceptin پوشیده شده اند، دارای توانایی اتصال و داخل شدن به ساختار می باشند.
نانوذرات کوچکتر از25 نانومتر فاقد توانایی اتصال از طریق لیگاندهای چند گانه به سلول می باشند.
نانوذرات بزرگتر به راحتی توسط سلولها اندوسیتوز نمی شوند.
ذرات در محدوده نانومتر برای اتصال مولتی والانت و اندوسیتوز مناسب می باشند.

41. مراحل فعالیت حاملهای مغناطیسی
شکل نانوذره
شکل نانو ذرات بر توانایی هدف یابی آنها تاثیرگذار است.
نانوذرات مایل نسبت به نانوذرات کروی تمایل اتصال بیشتر و محکمتری دارند.
ساختارهای کرمی شکل نانویی توانایی اتصال تشدید شده ای را نشان می دهند.