تاريخ : شنبه 29 بهمن 1390برچسب:, | | نویسنده : مقدم

 

علم و فناوري نانو توانايي به دست‌گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره‌برداري از خواص و پديده‌هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم‌هاي نوين است. در واقع فناوري ‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار در ابعاد بسيار كوچك يعني چيزي در حدود يك ميلياردم متر اطلاق مي‌شود.در حقيقت كاربرد فناوري نانو از كاربرد عناصر پايه آن هم در حداقل اندازه‌شان نشأت مي‌گيرد. هر كدام از اين عناصر پايه، ويژگي‌هاي خاصي دارند كه استفاده از آنها در زمينه‌هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي‌شود. به عنوان مثال از جمله كاربردهاي نانوذرات مي‌توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي‌نياز از تجديد، شناسايي زودهنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني و تجزيه آلاينده‌هاي محيط‌زيست اشاره كرد. همچنين نانولوله‌هاي كربني داراي كاربردهاي متنوع ديگري همچون تصويربرداري زيستي دقيق، شناسايي و جداسازي كاملا اختصاصي DNA، ژن‌درماني و از بين‌بردن باكتري‌ها هستند.اينها تنها مواردي از كاربردهاي بسيار زيادي هستند كه براي عناصر پايه قابل تصور است. چراكه امروزه به هر شاخه از علم كه مي‌نگريم ردپايي از فناوري نانو را مي‌بينيم. در واقع در حال حاضر فناوري‌هاي زيست‌محيطي، كشاورزي، تصفيه آب، انرژي، پزشكي و داروسازي، صنايع هوافضا و صنايع نظامي، نساجي و پوشاك، ارتباطات، خودروسازي، حمل و نقل و مواد پيشرفته همگي به كمك علم نانو متحول شده‌اند. به دليل گستردگي كاربرد فناوري نانو، در اينجا تنها به نقش اين علم در عرصه پزشكي مي‌پردازيم.به طور كلي فناوري نانو در 3 محدوده اصلي پيشگيري، تشخيص و درمان كاربرد دارد و مي‌تواند وضعيت سلامت نسل‌هاي بعدي را متحول سازد.

پيشگيري قبل از بروز بيماري

در حال حاضر بيشتر مراقبت‌هاي بهداشتي جنبه درماني دارند نه پيشگيري. چراكه بيشتر آنها زماني بعد از اولين عفونت يا زخم صورت مي‌گيرند يعني زماني كه آسيب بافت و درد قبلا اتفاق افتاده است. گاهي اين آسيب مي‌تواند جبران‌ناپذير باشد، گاهي نيز يك اثر هميشگي بر جاي مي‌ماند، براي مثال از دست‌دادن عملكرد قسمتي از بدن يا جاي زخم و سوختگي آثاري هستند كه اثر آنها هميشه مي‌ماند. بنابراين اما گفته مي‌شود مهم‌ترين جنبه دارورساني در ابعاد نانومتري در آينده، توانايي‌هاي آنها در پيشگيري از بيماري‌ها و جلوگيري از آسيب‌هاست. نانوفناوري در اين امر از طريق نظارت مؤثرتر بر سلامت فردي اجازه مي‌دهد بيماري‌ها در مراحل ابتدايي كنترل شوند. از طرف ديگر، محيط‌هاي بيمارستاني ضدعفوني‌شده نيز اجازه فعاليت باكتري‌ها و ويروس‌ها و ديگر ميكروب‌هايي كه عامل بيماري‌هاي ثانويه هستند را نخواهد داد. از طرف ديگر شناسايي سريع ساختار ژنتيكي بيمار به پزشك اين اجازه را مي‌دهد كه دارويي اختصاصي براي آن بيمار تجويز كند.

تولد پوشش‌هاي ضدميكروبي: پوشش‌هاي ضدميكروبي با كمك به‌ كاهش پايداري و گسترش ميكروب‌هايي از قبيل ويروس‌ها، باكتري‌ها و قارچ‌ها مي‌توانند منافع مهمي را در محدوده‌ مراقبت‌هاي بهداشتي دربرداشته باشند. اين قبيل پوشش‌ها به‌ عنوان عواملي تكميلي و نه به ‌عنوان جايگزين، براي فرآيندهاي گندزدايي و ضدعفوني تجهيزات جراحي و سطوح عامل جراحي (از قبيل دارو‌هاي ضدعفوني و...) در محل به حساب مي‌آيند. اين پوشش‌ها مي‌توانند توانايي ميكروب‌ها در چسبيدن و رشد روي سطوحي كه در معرض تماس با بدن بيمار هستند را به حداقل برسانند. اين امر به‌طور غيرفعال از طريق پوشش‌هاي غيرچسبان‌ و به‌طور فعال از طريق افزودن پوشش‌هايي از قبيل نانوذرات نقره‌ و دي‌اكسيد تيتانيوم كه مي‌توانند ميكروب‌ها را به‌طور مستقيم از بين ببرند، امكان‌پذير است.نقره از مدت‌ها پيش به عنوان يك ماده تسكين‌دهنده و ضدعفوني‌كننده استفاده مي‌شده است. رومي‌ها روي زخم‌ها از نقره براي درمان زودتر استفاده مي‌كردند و ايراني‌ها هم در زمان هخامنشي، در قرن پنجم قبل از ميلاد در لشكركشي‌هاي طولاني‌مدت، آب را در ظروف نقره‌اي حمل مي‌كردند. زيرا نانوذرات نقره بهترين مواد براي از بين‌بردن باكتري هستند. امروزه اين ذرات به درون خانه‌ها نيز راه پيدا كرده‌اند. در سال‌هاي اخير توليدكنندگان بزرگ يخچال‌، داخل يخچال‌هايشان را با اين نانوذرات پوشش داده‌اند. اين سطح ضدباكتريايي كمك مي‌كند محيطي سالم و تميز در داخل يخچال ايجاد شده و محتويات داخل يخچال براي مدت بيشتري تازه بمانند. همچنين فعاليت سطحي اين نانوذرات در مقياس نانومتر آنقدر افزايش مي‌يابد كه كوچك‌ترين تماس يك باكتري با آن، باكتري را از بين مي‌برد.

سطوحي كه ميكروب‌ها را فيلتر مي‌كنند: يكي از مهم‌ترين ابزار پيشگيري از بيماري‌ها، غير از فراهم كردن سطوح ضدعفوني‌شده، دوري از قرارگرفتن در معرض ميكروب‌هاي بيماريزاست. اين امر مي‌تواند به صورت تصفيه هوا يا مايعاتي باشد كه بيمار در طول دوره درمان در معرض آنها قرار مي‌گيرد. خيلي از ويروس‌ها به علت اين كه كوچك‌تر از منافذ فيلترها هستند، مي‌توانند از فيلترها عبور كنند. در نتيجه اين ‌فيلترها بدون ‌استفاده خواهند ماند. فيلترهاي جديد منافذي با ابعاد نانويي دارند كه كوچك‌ترين ويروس‌ها را هم از خود عبور نمي‌دهند. به كاربردن مواد فعالي مثل نانوذرات نقره يا دي‌اكسيد تيتانيوم و منابع نور ماوراءبنفش مي‌تواند اين اثر را با از بين‌بردن ويروس‌ها، باكتري‌ها و قارچ‌هاي به‌دام افتاده افزايش دهد. اين قبيل سيستم‌ها قبلا در مبارزه عليه سارس، جهت جلوگيري از انتشار ويروس از بيماران مبتلا به پرسنل پزشكي به كار گرفته شده‌اند. هر چه ابعاد حفرات فيلتر كوچك‌تر و تخلخل آن بيشتر باشد، فيلتر توانايي بيشتري در جداسازي ذرات خواهد داشت.

شناسايي اولين نشانه‌هاي بيماري: معاينه وضعيت سلامت بيمار نه‌‌تنها در زمان استراحت بعد از عمل‌هاي جراحي و درمان مهم است، بلكه براي معاينه معمول موارد خاص نيز حائز اهميت است. دستگاه‌هاي مراقبت POC در اندازه‌گيري مولفه‌هاي فيزيولوژي مختلف بدن مانند فشارخون، شيمي خون (ميزان قند، هورمون‌ها و آنتي‌بادي‌هاي خون)، ضربان قلب و درجه حرارت بدن بيمار، اين روزها كاربرد زيادي پيدا كرده‌اند. براي تست‌هاي پيچيده‌تر، ابزارهاي مراقبت POC با ابزار آزمايشگاه روي تراشه همراه مي‌شود و اجازه مي‌دهد ده‌ها، بلكه صدها بيوملكول مختلف بسرعت اندازه‌گيري شوند. اين ويژگي به پزشك اجازه مي‌دهد در هر شرايطي بدون خطر از دست‌دادن نمونه‌ها و انتظار چندروزه بيمار براي دريافت نتايج از آزمايشگاه، وضعيت او را معاينه كند. در اين صورت احتمال اشتباه در تشخيص به حداقل ممكن مي‌رسد. در ضمن اين ويژگي امكان انجام آزمايش در جاهاي دورافتاده را نيز فراهم مي‌كند.

تشخيص دقيق بيماري در مراحل اوليه

هرچه بيماري يا آسيب به بخشي از بدن زودتر تشخيص داده شود، احتمال درمان موفقيت‌آميز آن بيشتر خواهد بود. با پيشرفت‌ آزمايشگرهاي زيستي امكان شناسايي ميكروب‌هاي عامل بيماري قبل از تظاهر بيماري ممكن مي‌شود. به عنوان مثال با توجه به پيشرفت فناوري تصويري مي‌توان با دقت بسيار زيادي، محل حضور سرطان‌ و آسيب وارده به بافت‌هاي بدن و اندام‌ها را تعيين كرد.

كدگذاري عوامل بيماريزا: در پزشكي، شاخص‌هاي زيستي براي تشخيص حضور بيماري استفاده مي‌شوند. اين بيماري‌ها مي‌توانند بيماري‌هاي واگيردار (مثل بيماري‌هاي ويروسي و باكتريايي) و بيماري‌هاي ژنتيكي (مثل سرطان) باشند. انتخاب نوع بيوملكول به طبيعت بيماري‌ها بستگي دارد، اما مي‌تواند يك پروتئين،DNA يا RNAباشد. همه شاخص‌ها با اتصال دلخواه يك ملكول بيولوژيكي (يا بيوملكول) به بيوملكول ديگر كار مي‌كنند (مشابه قفل و كليد يا دندانه‌هاي زيپ). با اتصال بيوملكول‌ها به نانوذرات، شاخص‌ها تغيير وضعيت مي‌دهند و وضعيتشان توسط دستگاه گزارش مي‌شود. شاخص‌هاي زيستي داراي خصوصيات متنوعي هستند. با وجود حساسيت بيشتر آنها مي‌توانند حضور ميزان خيلي كمي از ملكول‌هاي بيماريزا را گزارش دهند. بنابراين بيماري را خيلي زودتر در مرحله رشد آن آشكار سازند. عملكرد آسان‌تر هم به اين شاخص‌ها كمك مي‌كند تا سريع و بدون نياز به خالص‌سازي نمونه‌هاي گرفته‌شده از بيمار انجام شوند.با وجود محدوده شناسايي وسيع‌تر، زيست‌نمايه‌ها با اتصال‌دادن بيوملكول‌ها به نانوذرات مختلف، قادر به آشكارسازي بيوملكول‌هاي (ملكولي كه منشا آن ارگان‌هاي زنده هستند) هدف بيشتر و در نتيجه بيماري‌هاي بيشتري هستند.

فناوري نانو در 3 محدوده اصلي پيشگيري، تشخيص و درمان كاربرد دارد و مي‌تواند وضعيت سلامت نسل‌هاي بعدي را متحول سازد

روشهاي تصويربرداري به‌روز مي‌شوند:آشكارسازي پزشكي به پزشكان اجازه مي‌دهد آثار تاثير بيماري و آسيب به بدن را مشاهده كنند. تاكنون اين تصويربرداري براي بافت‌هاي خاص مطرح بود (مثلا استخوان‌ها)، اما براي بافت‌هاي نرم انجام اين فرآيند آنچنان آسان نيست.توسعه فناوري نانو اجازه مي‌دهد عوامل آشكارساز جديدي ايجاد شوند كه به طور موثري، بافت‌هاي دلخواه را نشان دهند. اين عوامل تصويربرداري شامل ملكول هدفي هستند كه مي‌تواند به طور خاصي به بافت آسيب‌ديده بيمار متصل شود و يك ملكول آشكاركننده كه مي‌تواند با روش MRI يا XRD، ماوراي صوتي يا روش‌هاي ديگر آشكارسازي در بيمارستان‌ها، مشكل را شناسايي كند. در اين راه فولرين‌ها يا باكي‌بال‌ها ـ كه قفسه‌هايي از اتم‌هاي كربن هستند و مي‌توانند ملكول‌هاي آشكاركننده مثل نقاط كوانتومي را در بر بگيرند و به ملكول‌هاي هدف نزديك شوند ـ پيشگام هستند. در همه موارد عامل آشكارسازي پس از تزريق به بدن بيمار مي‌تواند با دقت بالا جذب بافت آسيب‌ديده شده و براحتي موقعيت و وخامت بيماري يا آسيب را به پزشك نشان دهد.

درمان موثر با نانو ذرات معجز‌ه‌گر

در حال حاضر، مقابله با بيماري‌ها معمولا با روش‌هاي كاملا قديمي و سنتي صورت مي‌گيرد. اين در حالي است كه روش‌هاي نوين نيز هميشه و در تمام موارد موفقيت‌آميز نيستند و با راه‌حل‌ها و روش‌هاي كلي معمولا به حل دسته خاصي از مسائل مي‌‌پردازند. افزون بر اين مراقبت‌هاي بهداشتي امروزه مي‌توانند باعث مشكلات متعددي مانند پس‌زدن يا عكس‌العمل نامناسب پيوند عضو شوند. فناوري نانو مي‌تواند به روش‌هاي مختلف، به حل برخي از اين مسائل كمك ‌كند. به عنوان مثال خطر پس زدن عضو پيوندي با استفاده از نانو پوشش‌هاي سازگار با بدن مي‌تواند به كمترين مقدار كاهش ‌يابد و در عين حال راه‌هاي جديدي نيز براي هدايت دقيق داروها به سمت اهداف توسعه يابد.

استفاده از ابزارهاي نوين: اغلب درمان‌هاي امروزي بر پايه داده‌هاي باليني به دست آمده از بيماران است، با اين حال پاسخ بدن هر بيمار به داروهاي مختلف مي‌تواند به طور قابل توجهي دگرگون شود، تا جايي كه حتي ميزان كافي داروي مصرفي موثر روي يك فرد ممكن است روي فرد ديگر كاملا خنثي يا حتي براي ديگري مهلك باشد.ابزارهاي نوين تشخيص كه بر پايه فناوري نانو هستند مي‌توانند به سرعت و با اطمينان نمونه‌هاي بيمار را بررسي كنند و حضور تكرارهاي ژنتيكي خاص كه شخص را مستعد يا حساس به داروي بخصوصي مي‌كنند، همچنين سطوح و نوع پروتئين‌هايي كه 450CYP را توليد مي‌كنند، مشخص سازند.

تحول در توليد بافت‌هاي جايگزين: به قرار دادن جسمي در بخش خاصي از بدن، كاشت اطلاق مي‌شود. كاشت يا ايمپلنت شامل عملكردهاي متفاوتي مي‌شود. از جايگزين‌كردن مفصل زانو و فنرهايي كه شريان‌ها را باز نگاه مي‌دارد تا دستگاه‌هاي پوياي كارگذاري شده مانند دستگاه تنظيم ضربان قلب و سمعك (براي جبران كم‌شنوايي) را مي‌توان در اين دسته قرار داد. در تمام اين موارد كاشت بايد طوري انجام شود كه با بافت‌هاي بدن تقابل نزديكي داشته باشند. يكي از مسائل كليدي، اطمينان از چسبيدن سلول‌هاي بيمار به كاشت در جايي كه نياز باشد، مثل اتصال استخوان است كه به بازسازي بافت آسيب‌ديده كمك مي‌كند. برعكس در جايي ديگر مثل فنرهاي بازكننده رگ نبايد چنين اتفاقي رخ دهد.در چند ساله اخير مشخص شده است خصوصيات فيزيكي و شيميايي مواد، هر دو در قابليت چسبيدن سلول‌ها و بيوملكول‌ها بـه كاشت موثرند. براي مثال‌ وجود حفره‌ها مي‌توانند اتصال سلولي را بيشتر كنند. در حالي كه سطوح كاملا صاف در كمترين حد به سلول‌ها اجازه چسبيدن مي‌دهند. همراه كردن سطوح با ملكول‌هايي مشابه ملكول‌هايي كه در بافت وجود دارد، چسبندگي را زياد مي‌كند. براي مثال در كاشت تيتانيوم استخوان، پوششي از دي‌اكسيدتيتانيوم نانوساختار وجود دارد كه اتصال به استخوان را بهبود مي‌دهد. همچنين پوشش الماسي شكل فنرهاي بازكننده رگ و لوله‌هاي مجراهاي داخلي كه صاف و مسطح است، كاهش چشمگيري در چسبندگي پروتئين‌هاي خون و سلول‌ها دارد.

درمان‌هاي نوين: بسياري از داروهايي كه ظرفيت بالاي درماني دارند به علت عوارض جانبي يا مشكل توليدشان به شكلي كه براحتي قابل واگذاري به بيماران باشد، توسعه نمي‌يابند. در اين ‌گونه موارد فناوري نانو راهكارهايي را با تركيب اجزاي فعال داروها با ملكول‌هاي دوام‌آور يا با فناوري‌هاي جديد توليد دارو به حالت پودر خيلي ريزتر ارائه داده است. براي مثال برخي از شركت‌ها در حال حاضر داروهاي تنگي نفس و مسكن را به صورت پودري با ابعاد نانومتري توليد مي‌كنند كه استنشاق آنها نسبت به روش‌هاي سنتي جذب سريع‌تري دارد.توليد داروي ضدويروس ايدز ازجمله دستاوردهاي علم نانو است. همچنين درمان‌هاي جديد سرطان‌ از راه فناوري‌هاي نانوي نيرو مغناطيسي در حال توسعه هستند. اين درمان‌ها براساس نانوذرات آهن‌ مغناطيسي است كه با تغيير يك ميدان مغناطيسي اعمال شده قابل گرم شدن هستند. اين حرارت باعث مي‌شود سلول‌هاي سرطاني كه از سلول‌هاي معمولي به دما حساس‌تر هستند از بين بروند.

دارورساني هوشمند: اطمينان از اين كه دارو به بافت‌ يا بخش مورد نظر بدن بيمار هدايت شود، همچنين اطمينان از ميزان داروي استفاده شده، 2 نمونه از مهم‌ترين مسائل پزشكي نوين هستند. اين مساله به طور خاص براي درمان سرطان اهميت دارد، چون داروهاي شيمي‌درماني براي سلول‌هاي عادي و سرطاني مانند سم عمل مي‌كنند.فناوري نانو راهكارهايي را براي رفع اين مشكلات پيشنهاد مي‌كند. براي مثال، پوشاندن دارو با ملكول‌هاي مختلف مي‌تواند آن ‌را در آب سريع‌تر حل ‌كند (براي به‌كارگيري راحت‌تر) كه به آن اجازه مي‌دهد خيلي آسان‌تر به غشاهاي سلولي وارد شود و حتي دارو را به بافت‌ يا عضوي خاص برساند. علاوه بر اين ابزارهاي جديدي مثل iMED، حفره‌هايي با ابعاد نانو دارند كه با تغيير در اندازه و طولشان، رهايش داروهايي مثل انسولين را كنترل مي‌كنند. چنين ابزاري را مي‌توان در بدن بيمار قرار داد و در طول هفته به آن اجازه رهايش داد، به اين ترتيب ديگر نيازي به تزريقات منظم هفتگي نيست.

مهندسي بافت: بسياري از فعاليت‌هاي فناوري نانو در جهت كمك به پزشكان براي علاج بيماري‌ها يا ترميم جراحات است. يكي از اين بخش‌هاي مرتبط با پزشكي، مهندسي بافت است. به طور كلي مواد ساخت بشر يا مواد طبيعي به چند دسته اصلي: سراميك‌ها، فلزات، پليمرها، ساختارهاي تركيبي (كامپوزيت) و بيومواد تقسيم مي‌شوند. با توجه به قرار گرفتن ساختارهاي طبيعي در اين بخش‌ها، تلاش محققان دستيابي به موادي است كه بتوانند كاركرد مواد اصلي را جبران كنند. اين بخش از تحقيقات، دانشي به نانو بيوميمتيك (Biomimetic به معناي زيست تقليد) را ايجاد كرده است.



صفحه قبل 1 صفحه بعد