سیستمهای هوشمند دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو
فناوری نانو انقلابی در حوزه دارورسانی ایجاد کرده است و امکان توسعه سیستمهای هوشمندی دارورسانی را فراهم آورده که میتوانند عوامل درمانی را با دقت، کارایی و حداقل عوارض جانبی ارائه دهند. این سیستمها با بهرهگیری از مواد و ساختارهای نانومقیاس، محدودیتهای روشهای سنتی دارورسانی مانند زیستدسترسی پایین، سمیت سیستمیک و فقدان ویژگی هدفگیری را برطرف میکنند. در ادامه، به بررسی مکانیزمها، کاربردها و پیشرفتهای سیستمهای هوشمند دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو پرداخته میشود.
۱. مکانیزمهای دارورسانی هوشمند
سیستمهای هوشمند دارورسانی برای آزادسازی کنترلشده و هدفمند دارو طراحی شدهاند. مکانیزمهای کلیدی شامل موارد زیر هستند:
– سیستمهای حساس به محرکها: این سیستمها داروها را در پاسخ به محرکهای خاصی مانند pH، دما، نور یا آنزیمها آزاد میکنند. به عنوان مثال، نانوذرات حساس به pH میتوانند محتوای خود را در محیط اسیدی تومور آزاد کنند.
– دارورسانی هدفمند: نانوذرات عملکردی برای شناسایی و اتصال به گیرندههای خاص روی سلولهای هدف طراحی میشوند، بنابراین دارو با دقت به محل مورد نیاز منتقل میشود.
– آزادسازی کنترلشده: ناقلان دارویی مانند لیپوزومها، دندریمرها و نانوذرات پلیمری برای آزادسازی دارو با نرخ ثابت طراحی شدهاند و اثربخشی درمانی را افزایش و دفعات دوزدهی را کاهش میدهند.
پیشرفتهای اخیر در مکانیزمهای هوشمند دارورسانی (۲۰۲۰–۲۰۲۳)
سیستمهای دارورسانی هوشمند در سالهای اخیر بهطور قابلتوجهی پیشرفت کردهاند که تحت تأثیر نوآوریهای موجود در نانوفناوری، علم مواد و مهندسی زیستپزشکی بوده است. در ادامه به بررسی برخی از این مکانیزمها پرداخته میشود:
الف. دارورسانی حساس به محرکها
۱- محرکهای درونی (Endogenous Stimuli)
– سیستمهای حساس به pH: محیطهای میکروتومور معمولاً سطوح pH اسیدی دارند. نانوحاملهایی مانند میسلهای پلیمری و چارچوبهای آلی فلزی (MOF) برای آزادسازی انتخابی داروها در این شرایط اسیدی توسعه یافتهاند.
– سیستمهای حساس به ردوکس (Redox): سطح بالای گلوتاتیون در سلولهای سرطانی میتواند آزادسازی داروها از نانوذرات حساس به ردوکس را فعال کند.
– سیستمهای حساس به آنزیم: آنزیمهایی که در بافتهای بیمار بیشبیان شدهاند، مانند ماتریکس متالوپروتئینازها، میتوانند نانوحاملهای خاص را تخریب کرده و محتویات آنها را آزاد کنند.
۲- محرکهای بیرونی (Exogenous Stimuli)
– سیستمهای فعالشده با نور: نانوذرات عملکردی با مولکولهای حساس به نور، داروها را در معرض طولموجهای خاص نور آزاد میکنند.
– سیستمهای حساس به میدان مغناطیسی: نانوذرات مغناطیسی میتوانند به محلهای هدف هدایت شده و تحت یک میدان مغناطیسی خارجی دارو را آزاد کنند.
– سیستمهای حساس به دما: پلیمرهای حساس به دما در مواجهه با دماهای بالا، دارو را آزاد میکنند که اغلب در درمانهای گرمادرمانی کاربرد دارد.
۲. دارورسانی هدفمند
مکانیزمهای دارورسانی هدفمند اطمینان میدهند که داروها بهطور خاص به سلولهای بیمار تحویل داده شوند و عوارض جانبی را کاهش دهند:
– هدفگیری فعال: نانوذرات عملکردی دارای لیگاندها یا آنتیبادیهایی هستند که به گیرندههای خاص روی سلولهای هدف متصل میشوند. به عنوان مثال، نانوذرات عملکردی با فولات، سلولهای سرطانی با گیرندههای فولات بیشبیان شده را هدف قرار میدهند.
– هدفگیری غیرفعال: اثر افزایش نفوذ و تجمع (EPR) به نانوذرات اجازه میدهد تا به دلیل عروق نشتکننده در بافتهای تومور تجمع پیدا کنند.
۳. نانوحاملهای هیبریدی
تحقیقات اخیر روی نانوحاملهای هیبریدی متمرکز شده است که مواد آلی و معدنی را برای افزایش عملکرد ترکیب میکنند:
– چارچوبهای آلی فلزی (MOF): این مواد متخلخل میتوانند داروها را کپسوله کرده و در پاسخ به محرکها آنها را آزاد کنند.
– حاملهای هیبریدی لیپید-پلیمر: این حاملها قابلیت زیستسازگاری لیپیدها را با پایداری ساختاری پلیمرها ترکیب میکنند و آزادسازی کنترلشده و پایدار دارو را ارائه میدهند.
۴. ریزدستگاههای کنترل از راه دور
ریز دستگاههای مجهز به حسگرها و محرکها برای دارورسانی دقیق توسعه یافتهاند:
– میکرو رباتها: این رباتهای مینیاتوری در بدن حرکت کرده و داروها را به مکانهای خاص تحویل میدهند. آنها از طریق میدانهای مغناطیسی یا اولتراسوند از راه دور کنترل میشوند.
– ریزدستگاههای چاپ سهبعدی: تکنیکهای پیشرفته چاپ سهبعدی امکان ساخت ریزدستگاههایی با معماریهای پیچیده برای دارورسانی شخصی را فراهم کردهاند.
۵. یکپارچهسازی با هوش مصنوعی (AI)
هوش مصنوعی نقش محوری در بهینهسازی سیستمهای دارورسانی هوشمند ایفا میکند:
– مدلسازی پیشبینیکننده: الگوریتمهای هوش مصنوعی رفتار نانوحاملها را در شرایط فیزیولوژیکی مختلف پیشبینی میکنند و طراحی سیستمهای مؤثرتر را امکانپذیر میسازند.
– پزشکی شخصی: رویکردهای مبتنی بر هوش مصنوعی سیستمهای دارورسانی را برای پروفایلهای بیمار خاص سفارشیسازی میکنند و نتایج درمانی را بهبود میبخشند.
نتیجهگیری
حوزه دارورسانی هوشمند به سرعت در حال تکامل است و پیشرفتهای قابلتوجهی در سیستمهای حساس به محرکها، دارورسانی هدفمند، نانوحاملهای هیبریدی و یکپارچهسازی با هوش مصنوعی به دست آمده است. این نوآوریها نویدبخش بهبود اثربخشی و ایمنی درمانها برای بیماریهایی مانند سرطان، اختلالات عصبی و دیگر بیماریها هستند.
منابع
۱. Nano-based drug delivery systems: Recent developments and future prospects