کشف نانوذرات تمشک راهی برای افزایش اثربخشی داروهای موجود ارائه می‌کند.



یک تکنیک جدید کشف شده که در مجله Nanoscale گزارش شده است، راهی کم هزینه برای افزایش اثربخشی داروهای موجود ارائه می دهد.

بردلی اسمیت، پروفسور امیل تی هافمن در دانشگاه نوتردام گفت: «اگر ماسه را بردارید و آن را تا 500 درجه سانتیگراد گرم کنید، هیچ چیز تغییر نمی کند. بنابراین اسمیت که همچنین مدیر مرکز تصویربرداری یکپارچه نوتردام است، وقتی کانجیا ژای و کاساندرا شفر، دو دانشجوی دکترا در دپارتمان شیمی و بیوشیمی که در آزمایشگاه او کار می‌کردند، متوجه شدند که ساختار ذرات را تغییر داده‌اند، متحیر شد. سیلیس -؛ جزء اصلی شن و ماسه -؛ در دمای 80 درجه سانتیگراد، دمایی مشابه دمای یک فنجان قهوه.

این کشف به صورت تصادفی اتفاق افتاد. ذرات از نظر میکروسکوپی کوچک بودند -; یک هزارم قطر موی انسان اما مانند همتایان بزرگ‌تر خود که در بسته‌های چسبانده شده به لباس‌های جدید علامت «سیلیکاژل» دارند، این ذرات متخلخل بودند و می‌توانستند یک ماده شیمیایی را در خود نگه دارند. در این مورد، آن ماده شیمیایی یک رنگ آبی بود که برای تشخیص تومورها در موش ها استفاده می شد.

رنگ جدید که در آزمایشگاه اسمیت ساخته شده بود، مدت زیادی طول کشید تا وارد منافذ باریک ذرات شود. بنابراین، برای اینکه مولکول‌ها سریع‌تر حرکت کنند، شفر و ژای مخلوط را گرم کردند تا کمی به جوش بیاید و آن را یک شبه رها کردند. روز بعد وقتی برگشتند، دیدند که ذرات آبی شده اند.

شفر و ژای برای تأیید اینکه رنگ به طور کامل تزریق شده است، از تاتیانا اورلووا و ماکسیم ژوکوفسکی، متخصصان میکروسکوپ در مرکز تصویربرداری یکپارچه نوتردام کمک گرفتند.

اورلووا و ژوکوفسکی تصاویر میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا تولید کردند که نشان می داد نه تنها رنگ تزریق شده است، بلکه خود ذرات سیلیس نیز تغییر شکل داده اند. ذرات اولیه کره های منفردی بودند که به آرامی با منافذی مانند پوست پرتقال خال خالی داشتند. ساختارهای جدید کروی بودند و از گلبول‌های کوچک‌تر پر از رنگ تشکیل شده بودند. آنها همچنین دارای روزنه های کوچکی در اینجا و آنجا بودند که یک هسته توخالی را در داخل نشان می داد. واحد کلی شبیه یک تمشک توخالی بود.

پس از شگفتی کشف اولیه، تعدادی سؤال عملی مطرح شد. محققان می توانند چه مواد شیمیایی دیگری را در ذرات تمشک شکل مشابه بارگذاری کنند؟ و مهمتر از همه، آیا این مواد شیمیایی حتی پس از تغییر شکل ساختارهای اطرافشان فعال باقی می مانند؟

جردن چستین، دانشجوی دکترا، این سؤالات را مطرح کرد و این فرآیند را با استفاده از داروی سرطان تکرار کرد. پس از یک سری آزمایش، او تأیید کرد که داروی سرطان بارگذاری شده در ذرات هنوز فعال است و قادر به کشتن سلول های سرطانی است.

اسمیت گفت: این کشف ابزار جدیدی برای موثرتر کردن داروهای موجود ارائه می دهد.

چیزی که ما اکنون داریم، راهی برای مرور کل کاتالوگ داروهای حاوی آمین است و با پیروی از مراحل ساده ای که کشف کرده ایم، می توانیم نسخه های جدیدی از داروهای موجود را ایجاد کنیم که می توانند موثرتر باشند یا عوارض جانبی ناخواسته کمتری داشته باشند.”


بردلی اسمیت، استاد علم امیل تی هافمن، دانشگاه نوتردام

اسمیت و شاگردانش دریافته‌اند که تغییرات ظریف در روش بارگذاری به آنها اجازه می‌دهد تا ضخامت ذرات را تغییر دهند و مجموعه‌ای از گزینه‌های جدید را برای تنظیم دقیق ذرات برای آزادسازی دارو با سرعت‌های مختلف ارائه می‌دهند. ساختار منحصر به فرد ذره جدید همچنین ممکن است بارگذاری آن را با بیش از یک عنصر امکان پذیر کند. به عنوان مثال، یک دارو در لایه بیرونی و یک رنگ در داخل “تمشک” -؛ برای افزایش توانایی محققان در مشاهده نحوه آزادسازی داروها.

علاوه بر این، به گفته اسمیت، ذره جدید، یک پدیده بیولوژیکی ناشناخته به نام بیومرینالیزاسیون را نیز روشن می کند.

او گفت: «ما دریافتیم که داروهای حاوی آمین دارای ویژگی‌های شیمیایی خاصی هستند که فرآیند تخریب و اصلاح سیلیس را تسریع می‌کنند و فکر می‌کنیم که مشابه آن چیزی است که در طبیعت می‌گذرد. اسمیت به عنوان نمونه از دیاتوم ها، نوعی پلانکتون میکروسکوپی، و پوسته های ظریف شیشه مانند آنها که از سیلیس تشکیل شده اند، یاد می کند.

این میکروارگانیسم‌ها مکانیسم‌هایی دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد ماسه را برداشته و آن را در پوسته‌شان بازسازی کنند. و آنها به وضوح این کار را در دمای نسبتا پایین با استفاده از مولکول های آلی انجام می دهند. آنچه ما کشف کرده‌ایم به طور بالقوه بخشی از شیمی پشت این فرآیند است.”


بردلی اسمیت، استاد علم امیل تی هافمن، دانشگاه نوتردام

همانطور که اسمیت و آزمایشگاهش به نوآوری خود ادامه می دهند، آنها هم از طبیعت و هم از اکتشافات آزمایشگاه الهام می گیرند. او می‌گوید: «درس کلی در اینجا این است که می‌توانیم در آزمایشگاه کشف کنیم که فرآیندهای طبیعی چگونه کار می‌کنند و سپس می‌توانیم از آن دانش استفاده کنیم و از آن فرآیندها برای طراحی چیزی کاملاً جدید تقلید کنیم.»

این کشف با بودجه بنیاد ملی علوم و مؤسسه ملی بهداشت ممکن شد.

منبع:

مرجع مجله:

Shaffe، CC، و همکاران (2022) بازسازی نانوذرات سیلیکا در شرایط ملایم: تبدیل یک مرحله ای همه کاره نانوذرات مزوپور به توخالی با بارگذاری همزمان. مقیاس نانو. doi.org/10.1039/D2NR05528G.



منبع