نقاط آلی (Organic dots) و تعامل با موارد زیستی

در ادامه‌ی مطلب Organic dots به بررسی تعامل این نقاط کوانتومی با موارد زیستی و بدن می‌پردازیم و کاربردهای آن را در ترانوستیک بررسی خواهیم کرد.

با AMINBIC همراه باشید…

Organic dots و مواد زیستی

پوشش سطح Organic dotsها را می­توان برای اتصال مواد آلی، پلیمری، معدنی یا بیولوژیکی مختلف با عملکردهای خاص مهندسی کرد. این تغییرات را می توان از طریق پیوندهای کووالانسی، برهمکنش­های الکترواستاتیکی و پیوندهای هیدروژنی ایجاد کرد.

مطالعات انجام شده، عملکردهای مختلف O-dotها را برای کاربردهای خاص گزارش کرده‌اند.

• به عنوان مثال، CQD-NO Photoreleasable Nanohybrid برای فتوتراپی دو فوتونی تومورهای هیپوکسیک تهیه می­شوند. برای ساخت این سیستم، آن‌ها از یک فرآیند شیمیایی خاص شامل EDC و NHS استفاده کردند.

 از طریق روش دیگری، آن‌ها دریافتند که Sulfur-doped CQDs را می‌توان به دوپامین متصل کرد. این روش اتصال می‌تواند به تشخیص مقادیر غیرطبیعی دوپامین کمک کند که می‌تواند موجب بیماری‌هایی مانند اسکیزوفرنی، پارکینسون و هانتینگتون شود.

• در یک مطالعه متفاوت، ابزاری ایجاد شد که می‌تواند ژن‌ها را به طور ایمن به سلول‌ها منتقل کند و همچنین از داخل بدن تصویربرداری کند. در این مطالعه CQDs را به پلیمر متصل کردند (PDMA-PMPD/CQDs).
• گروه‌های عاملی را می‌توان از طریق پیوندهای هیدروژنی به O-dots متصل کرد. طی یک پژوهش یک پروب فلورسانس برای تصویربرداری سلول‌های سرطانی با استفاده از برهمکنش‌های پیوند هیدروژنی بین اسید فولیک (FA) و CQDهای پوشانده شده با کربوکسیل ایجاد شد.
• می‌توان نانوهیبریدهای PNF-GQD را بر اساس برهمکنش‌های غیرکووالانسی سنتز کرد. این نانوهیبریدها دارای یک بخش شناسایی (پپتید RGD) و یک پروب تصویربرداری فلورسنت (GQD) هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا سلول‌های تومور را هدف قرار داده و تصویربرداری کنند.

در اصل، محققان در حال توسعه سیستم‌ها و نانوذرات پیشرفته برای درمان بیماری‌ها و تصویربرداری از درون بدن هستند.

تعامل Organic dots با فیبریل‌های پروتئینی

فیبریل‌های پروتئینی، به ویژه آن‌هایی که در فضای خارج سلولی بافت‌ها تشکیل می‌شوند با بیماری‌های شدیدی مانند آلزایمر، پارکینسون و دیابت نوع دوم مرتبط هستند. این فیبریل‌ها پس از تشکیل می‌توانند سمی باشند و منجر به مرگ سلولی شوند.

برای مقابله با این بیماری‌ها، یک استراتژی مهار یا به تاخیر انداختن فرآیند فیبریلاسیون است. یک رویکرد قابل توجه شامل استفاده ازCQD است. برای مثال، نوعی CQD ایجاد شده که وقتی به انسولین انسانی اضافه می‌شود، تشکیل فیبرهای مضر را به تاخیر می‌اندازد.

تعامل Organic dots با لیپیدها

تعامل بین O-dots و لیپیدها یا غشاهای زیستی برای کاربردهایی مانند تصویربرداری زیستی، تشخیص و دارو رسانی مورد توجه قرار گرفته است. از آن‌جایی که O-dots ممکن است بر خواص ساختاری و عملکردی غشاهای بیولوژیکی مانند نفوذپذیری آن‌ها تأثیر بگذارد، درک این تعامل بسیار مهم می‌شود.

نشان داده شده است که CQDs می‌توانند به لایه‌های لیپیدی بچسبند و به وزیکول‌های تک لایه غول پیکر، به اندازه سلول، نفوذ کنند.

با کونژوگه کردن CQDهای دوگانه دوست با فسفولیپیدها، یک پروب جدید برای مطالعه محیط‌ها و فرآیندهای غشا ساخته شده است. برهمکنش CQDهای دوگانه دوست با غشای سلولی باکتریایی نیز مورد بررسی قرار گرفته که این ویژگی فرصتی برای شناسایی گونه‌های باکتریایی با استفاده از تکنیک‌های فلورسانس ارائه می‌دهد.

تعامل O-dots با نوکلئیک اسید

درک تعامل بین اسیدهای نوکلئیک و نانومواد بسیار مهم است؛ زیرا، اسیدهای نوکلئیک حامل اطلاعات ژنتیکی هستند. تعامل CQDها با ساختاهای مختلف DNA، مانند DNA دو رشته‌ای (dsDNA) و DNA تک رشته‌ای (ssDNA)، اخیرا مورد توجه قرار گرفته است.

بار منفی اسیدهای نوکلئیک، به دلیل back bone فسفات، می تواند به شدت با CQDهای دارای بار مثبت از طریق فعل و انفعالات الکترواستاتیک تعامل داشته باشد. این تعامل می‌تواند آنقدر شدید باشد که ممکن است ترکیب DNA را تغییر دهد به طوری که CQD‌های دارای بار مثبت می‌توانند DNA استاندارد راست‌‌گرد (B-DNA) را به شکل چپ‌گرد (Z-DNA) تبدیل کنند.

تعامل O-dots با سد خونی-مغزی

سد خونی-مغزی به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کند و عبور مولکول‌ها را بین جریان خون و مغز تنظیم می‌کند و مانع از انتشار بسیاری از عوامل درمانی در مغز می‌شود. اتصالات محکم در آن دارای منافذ 4-6 نانومتر است که به نانوذرات 4 نانومتر یا کوچکتر اجازه عبور می‌دهد.

CQD‌ها به دلیل اندازه کوچک خود، در صورت ترکیب کووالانسی با دارو می‌توانند انتقال آن را بهبود بخشند. برای مثال می‌توان CQDها را به ترانسفرین متصل کرد تا با استفاده از بیان بیش از حد گیرنده‌های ترانسفرین (TfR) در سد خونی مغزی، انتقال دوکسوروبیسین (دارویی برای درمان گلیوم بدخیم کودکان) به مغز را بهبود بخشد.

تعامل O-dots با سیالات بیولوژیکی

بیشتر واکنش‌ها در موجودات زنده در محیط‌های سیال رخ می‌دهد. تزریق نانوذرات به صورت داخل وریدی یا زیر جلدی بسیار رایج است. مطالعه این نانوذرات در شرایط فیزیولوژیکی شبیه‌سازی شده می‌تواند بینشی در مورد مناسب بودن و اثربخشی آن‌ها به عنوان سیستم‌های دارورسانی ارائه دهد.

آلبومین سرم انسانی (HSA) فراوان ترین پروتئین در پلاسما است؛ بنابراین، درک تعامل بین O-dots و HSA اساسی است. نشان داده شده است که O-dots از طریق برهمکنش‌های آبگریز و پیوندهای هیدروژنی با HSA تعامل دارند. این تعامل شامل اتصال بین اتم‌های اکسیژن یا نیتروژن در اسیدهای آمینه‌ HSA و گروه‌های عاملی در O-dots است. نکته مهم این است که این اتصال می‌تواند ساختار ثانویه HSA را تغییر دهد و به طور بالقوه بر عملکرد طبیعی پروتئین تأثیر بگذارد.

به طور خلاصه، O-dotها طیف گسترده­ای از کاربردها در زیست شناسی و پزشکی، ازجمله­ دارورسانی، تصویربرداری ­زیستی، و مهار فیبریلاسیون پروتئین دارد. تعامل O-dots با مولکول‌های زیستی، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک و موانع بیولوژیکی آن‌ها را به ابزارهای امیدوارکننده‌ای در زمینه بیوتکنولوژی و مراقبت‌های بهداشتی تبدیل می‌کند.

Organic dots به عنوان یک پلت فرم Theranostic

ترانوستیک (Theranostic) یک زمینه نوظهور است که فرآیندهای تشخیص و درمان را ترکیب می‌کند. O-dots، با توجه به خواص منحصر به فرد خود، به عنوان ابزار ترانوستیک امیدوار کننده ظاهر شده اند. در زیر، به این می پردازیم که چگونه O-dots را می توان به عنوان یک پلت فرم ترانوستیک استفاده کرد.

تحویل غیرهدفمند محموله

در مبحث دارورسانی، در حالی که تمرکز زیادی بر روش‌های هدفمند وجود دارد، سیستم‌های غیر هدفمند اهمیت خود را برای کاربردهای مختلف زیست‌پزشکی حفظ کرده‌اند؛ به ویژه برای دارو‌هایی که نیاز به اثرات سیستمیک دارند.

• O-dotها برای ایجاد کمپلکس­های دارویی با رفتار آزادسازی حساس به pH استفاده می­شوند و فعالیت درمانی آن­ها را افزایش می­دهند. برای مثال CQDهای تهیه شده از شیر، هنگامی که با دوکسوروبیسین ترکیب می‌شوند، سمیت سلولی بیشتری نسبت به سلول‌های سرطانی و سمیت کمتری نسبت به سلول‌های طبیعی به دلیل رفتار پاسخگو به pH نشان دادند.
• کمپلکس‌های CQD با داروهای مختلف اثربخشی بالایی در درمان سرطان نشان داده‌اند. به عنوان مثال، Nitrogen-doped GQD که حاوی متوترکسات است، فعالیت ضد توموری قوی و اثرات سیتوتوکسیک طولانی مدت را نشان داده‌اند.

سازگاری این O-dots، مانند توانایی آن‌ها در پاسخ به محرک‌های محیطی مانند pH، و سازگاری آن‌ها با داروهای مختلف، آن‌ها را به ابزارهای همه کاره در سیستم‌های دارورسانی غیر هدفمند تبدیل می‌کند.

تحویل هدفمند دارو

اثربخشی و اختصاصی بودن درمان‌های دارویی می‌تواند با هدف‌گیری غیر اختصاصی بسیاری از داروها به خطر بیفتد. بسیاری از اوقات، داروها توسط سلول‌هایی غیر از اهداف مورد نظر جذب می‌شوند که منجر به کاهش سطوح درمانی در محل‌های مورد نظر و در نتیجه نیاز به افزایش غلظت کلی دارو می‌شود.

برای رسیدگی به این چالش‌ها، نیاز فزاینده‌ای به روش‌های درمانی خاص‌تر وجود دارد. بهره گیری از خواص و ویژگی‌های خاص سیستم‌های بیولوژیکی می‌تواند موجب دستیابی به درمان‌های هدفمند شود. یک ابزار امیدوارکننده در این زمینه استفاده از O-dots است که پتانسیل خوبی را در تحویل محموله هدفمند نشان داده است. سطح آن‌ها را می‌توان به گونه‌ای تغییر داد که حساس و پاسخگو به سیستم‌های بیولوژیکی باشد.‌ در ادامه مثال‌هایی از این دست را بررسی می‌کنیم:

• CQDها برای شناسایی و هدف قرار دادن سلول های سرطانی اصلاح شده‌اند. به عنوان مثال، CQDها را می‌توان با اسید فولیک برای هدف قرار دادن سلول‌های سرطانی دارای گیرنده فولات اصلاح کرد.
• CQDها به همراه آپتامر AS1411 برای تشخیص بیان بیش از حد نوکلئولین در سلول‌های سرطانی استفاده شده‌اند.
• ترکیب CQDها با پپتیدها و سایر مولکول‌ها می‌تواند دارو رسانی را بهبود بخشد. ترکیب CQD با سیگنال پپتید خاصی برای رساندن دوکسوروبیسین به سلول‌های سرطانی یا CQD‌های پاسخ‌دهنده به pH برای هدف‌گیری تومور، از موارد موجود است.

ژن درمانی

ژن درمانی پتانسیل خوبی در درمان بسیاری از بیماری‌ها با اصلاح یا جایگزینی ژن‌های ناکارآمد ارائه می‌دهد. با این حال، چالش‌های مختلف مانع اجرای کامل آن در بالین می‌شود. انتقال موثر ژن بدون ایجاد آسیب به ژن یا تنظیم آن از مسائل مهم است.

GQDها و CQDها دارای خواصی هستند که آن‌ها را برای انتقال ژن مناسب می‌کند. O-dots می‌توانند اسیدهای نوکلئیک را به سلول‌های هدف برسانند، از آن‌ها در برابر شرایط محیطی محافظت کنند و از بیان یا تنظیم صحیح ژن بدون ایجاد اختلال در سایر فرآیندهای فیزیولوژیکی اطمینان حاصل کنند.

به طور کلی، ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی نانوحامل‌ها، از جمله بار سطحی، اندازه، شکل و شیمی سطح، نقش مهمی در اثربخشیشان در تحویل ژن و کاربردهای مرتبط دارد.

فتوتراپی

فتوتراپی، شامل درمان نور گرمایی و درمان فتودینامیک، یک رویکرد نوظهور برای درمان سرطان است. برخلاف روش‌های سنتی مانند جراحی، رادیوتراپی و شیمی‌درمانی که می‌توانند عوارض جانبی قابل توجهی بر بافت‌های سالم داشته باشند، فتوتراپی رویکرد هدفمندتری را ارائه می‌کند. GQDو CQDs پتانسیل بالایی در افزایش اثربخشی فتوتراپی نشان داده‌اند.

درمان نور گرمایی: این روش از جذب نور برای تولید گرما استفاده می‌کند که می‌تواند سلول‌های سرطانی را از بین ببرد. گرما زمانی تولید می‌شود که مواد خاصی نور را جذب کرده و آن را به انرژی حرارتی تبدیل کنند.

درمان فتودینامیک: این روش شامل استفاده از عوامل حساس کننده به نور است که وقتی توسط طول موج‌های خاص نور فعال می‌شوند، گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) تولید می‌کنند که می‌توانند سلول‌های سرطانی را بکشند.

نقش GQD و CQD در فتوتراپی:

    – GQDها و CQDها دارای خواصی هستند که آن‌ها را برای کاربردهای فتوتراپی مناسب می‌کند.

    – توانایی CQDs و GQDs در جذب نور و تولید گرما یا تولید ROS آن‌ها را به عوامل موثری برای فتوتراپی تبدیل می‌کند.

    – ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آن‌ها امکان تحویل هدفمند را فراهم می‌کند و اطمینان می‌دهد که درمان به طور خاص روی سلول‌های تومور انجام می‌شود و آسیب به بافت‌های سالم را به حداقل می‌رساند.

Organic dots در فتوتراپی

این مواد دارای ویژگی‌هایی مانند پایداری شیمیایی، حل شدن مناسب در آب، حفظ ساختار خود در نور، ویژگی‌های اپتوالکترونیکی منحصربه‌فرد مرتبط با شکل و اندازه‌شان و توانایی انتقال انرژی از طریق فلورسانس هستند. علاوه بر این، آن‌ها در شرایط بیولوژیکی بسیار پایدار هستند، می‌توانند در مکان‌های خاص تجمع یابند و به راحتی قابل تغییر هستند. توانایی آن‌ها در جذب نور به دلیل ساختار پیوند کربنی خاص، آن‌ها را برای فتوتراپی عالی می‌کند.

چالش بسیاری از مواد فتوتراپی که به صورت بالینی استفاده می‌شود این است که آن‌ها به طور خاص تومورهای سرطانی را هدف قرار نمی‌دهند. این بدان معناست که قرار گرفتن در معرض نور کنترل شده و متمرکز بر روی ناحیه مناسب، مورد نیاز است.

همچنین، این مواد می‌توانند گونه‌های فعال اکسیژن را در سلول‌های سالم تولید کنند، بنابراین پس از درمان، برای کاهش حساسیت پوست باید از نور پرهیز کرد. در حالی که نانوذرات و نقاط کوانتومی به اندازه مواد فتوتراپی مولکول‌های اکسیژن فعال تولید نمی‌کنند. O-dots می‌توانند به دلیل قدر جذب نور بالا می‌توانند باعث افزایش انتقال انرژی شوند. همچنین، O-dots می‌توانند به طیف وسیعی از طول موج‌های نور پاسخ دهند و در درمان فتودینامیک مفید باشند.

درمان‌های ترکیبی

پیچیدگی سیستم‌های بیولوژیکی نشان می‌دهد که استراتژی‌های چند وجهی برای درمان بیماری‌ها مورد نیاز است. برخی از بیماری‌ها به طور موثر به درمان‌های منفرد پاسخ نمی‌دهند، بنابراین ادغام درمان‌های مختلف می‌تواند راه حل خوبی باشد.

ساختارهایی مانند GQDها و CQD‌ها می‌توانند نقش‌های درمانی مختلفی را فراتر از ارائه دارو ایفا کنند و می‌توانند به محرک‌ها پاسخ دهند. این ویژگی‌ها، آن‌ها را برای درمان ترکیبی ایده آل می‌کند. یک مثال ترکیب شیمی درمانی با فتودینامیک درمانی است.

در مطالعات اخیر، نانوساختارهای مبتنی بر O-dot با روش‌های دیگری مانند فتوتراپی، شیمی‌درمانی و توموگرافی کامپیوتری (CT) برای درمان‌های مؤثرتر ادغام شده‌اند.

جذابیت O-dots در پتانسیل آن‌ها برای ترکیب چندین روش درمانی نهفته است که امکان درمان‌های موثرتر با عوارض جانبی کمتر را فراهم می‌کند. با این حال، استفاده از پتانسیل کامل این نانوساختارها، با توجه به خواص نوری، ابعاد و شیمی سطح آن‌ها، به تحقیق و توسعه بیشتری نیاز دارد.

منبع

Organic dots (O-dots) for theranostic applications: preparation and surface engineering

با AMINBIC به روز باشید.