جزوات درسی
ارسال در تاريخ شنبه سی و یکم مرداد ۱۳۹۴ توسط علیرضا خلیلی پور
جهت دانلود جزوات کارشناسی و کارشناسی ارشد رشته مهندسی پلیمر به ادامه ی مطلب مراجعه نمایید.
در صورت بروز هرگونه مشکل مراتب را از طریق قسمت نظرات وبلاگ و یا با ایمیل polymeran@gmail.com با ما در میان بگذارید.
(توجه! هرگونه کپی برداری از این مطلب بدون ذکر منبع پیگرد قانونی دارد.)
برچسب‌ها:
مهندسی پلیمر,
جزوات درسی مهندسی پلیمر,
دانشگاه آزاد اسلامی واحد ماهشهر
ادامه مطلب...
پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تبریز، موفق به ساخت مونوکلونال آنتی بادی‌های جدیدی برای درمان سرطان سینه شدند. این مونوکلونال آنتی بادی‌ها که به کمک تکنیک فاژدیسپلی تولید شده اند، نتایج آزمایشگاهی بسیار مناسبی را در درمان سلولهای سرطانی سینه از خود نشان داده اند. به گفته دکتر مرتضی مطلب نژاد سردهائی سیستم IGF نقش مهمی در رشد، متاستاز و مقاومت نسبت به درمان در سلولهای توموری سرطان سینه ایفا میکند و مهار این سیستم از طریق مهار IGF-IR، میتواند رشد سلولهای توموری را مهار کرده و مقاومت آنها نسبت به درمان را کاهش دهد.
دکتر مرتضی مطلب نژاد سردهایی در توضیح دقیقتر این پروژه عنوان کرد، ما یک کتابخانه آنتی‌بادی فاژی غیر ایمیون را مورد استفاده قرار دادیم و با استفاده از تکنیک پنینگ SCFVهای اختصاصی بر علیه یک اپی‌توپ از دُمِین خارج سلولی IGF-IR را جداسازی کردیم. اختصاصیت SCFVهای جداسازی شده را با استفاده از روشهای مختلفی از جمله پلی‌کلونال الایزا، مونوکلونال الایزا، الایزای فاز محلول، کلونی پی‌سی‌آر و سکانس کردن ژن مورد بررسی قرار دادیم و در نهایت اثرات ضد تکثیری و آپوپتوزی SCFVهای جداسازی شده را به روش MTT و Annexin V/PI بررسی کردیم. نتایج ما نشان داد که هدف قرار دادن IGF-IR به وسیله‌ی SCFV میتواند یک راهکار مناسبی برای درمان سرطان سینه باشد و شواهد بیشتری را مهیا کرد مبنی برا ین که هدف قرار دادن همزمان IGF-IR و HER2 میتواند در درمان سرطان سینه بسیار موثر باشد. این SCFVها از کتابخانه‌ی فاژی کاملا انسانی جداسازی شده اند، بنابراین هنگام استفاده در انسان پاسخ ایمنی میزبان را تحریک نخواهد کرد، علاوه بر این، سایز کوچکی دارند و به راحتی میتوانند وارد بافت‌های توموری شوند، همچنین تولیدشان راحت‌تر، ارزان‌تر و به صرفهتر می‌باشد.
با توجه به همه این مطالب این SCFVها برای هدف قرار دادن IGF-IR در درمان سرطان سینه بسیار مناسب می‌باشند. وی در ادامه افزود: علاوه بر مهار رشد سلولهای سرطانی و کاربرد درمانی این SCFVها، میتوان این قطعات آنتی بادی را با نانو ذرات مغناطیسی کونژگه کرده و در عکسبرداری و تشخیص تومورها نیز از آنها استفاده کرد. همچنین تومور مارکر IGF-IR اختصاصی سرطان سینه نبوده و در انواع مختلف تومورها از جمله سرطان کلورکتال نیز بیان میشود که نشان دهنده طیف گسترده کاربرد این قطعات آنتی بادی در تشخیص و درمان انواع مختلف تومورها می‌باشد. وی در ادامه تأکید کرد که در حال حاضر نیز مشغول انجام پروژهای تکمیلی بر روی این SCFVها از جمله کونژوگاسیون شان با نانو ذرات، تاثیرشان بر روی سلولهای سرطانی مختلف و مدل‌های حیوانی هستیم. این پژوهش بخش از پایان نامه دکتر مرتضی مطلب نژاد سردهایی می‌باشد که به سرپرستی جناب آقای دکتر مهدی یوسفی (عضو هیأت علمی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی تبریز) و با همکاری خانم دکتر لیلی عاقبتی ملکی، دکتر حمید نیکخو و دکتر وحید یونسی انجام شده که نتایج آن در مجله ی Tumor Biology چاپ شده و در تاریخ ۳۰/ ۰۲/ ۱۳۹۷ نیز به شماره ثبت اختراع ۹۵۷۸۳ در اداره ی کل مالکیت معنوی ثبت گردیده است.
درمان سرطان سینه با اختراع قطعات کوچک نواحی متغییر آنتی بادی
درمان سرطان سینه با اختراع قطعات کوچک نواحی متغییر آنتی بادی
ایران توانا
سامانه هوشمند ضد سرما و گرمازدگی باغات
ارسال در تاريخ یکشنبه پانزدهم مهر ۱۳۹۷ توسط شهنوش افشار
شرکت نفیس تدبیر هوشمند، با بهره گیری از تکنیک‌های نوآورانه و بازطراحی و بهینه سازی روشهای نوین مقابله با سرمازدگی اقدام به اختراع و تولید سامانه هوشمند ضد سرمازدگی باغات نموده است. این سامانه زمان وقوع سرمازدگی را تشخیص داده و به طور هوشمند و بدون نیاز به اپراتور با کمترین برق و سوخت مصرفی محدوده تعریف شده را از سرمازدگی محافظت مینماید. نحوه کار سامانه بدین شکل است که سامانه هوشمند ضد سرمازدگی مرصاد با رصد مستمر و ارزیابی لحظه به لحظه دمای سطح زمین و مقایسه آن با دمای لایه هوایی بالاتر، زمان وقوع و نوع سرمازدگی و همچنین گرمازدگی را در باغات و مزارع تشخیص می‌دهد.
برای مقابله با سرمازدگی، با توجه به نوع آن اعم از تشعشعی یا انتقالی، از مولد باد، بخاری، یونیزاسیون هوا و یا تلفیقی از این روش‌ها اقدام به گرم کردن هوا، تولید باد و پرتاب آن به سطح باغات و مزارع مینماید تا با انتقال هوای گرم و پر فشار به سطح زمین ضمن افزایش دما در آن، هوا در سطح وسیعی جابجا شده و مانع از وقوع سرمازدگی میگردد. همچنین این سامانه در فصل تابستان، زمان وقوع گرمازدگی را تشخیص داده و با شناسایی هوای خنک تر سطوح بالایی، انتقال و پرتاب آن به سطح زمین، موجب کاهش دمای سطح باغات و مزارع شده و مانع از وقوع گرمازدگی میگردد.
این سامانه که برای مقابله با سرمازدگی تشعشعی و انتقالی باغات طراحی شده، به طور چشمگیری میزان سوخت مصرفی و نیز هزینه تامین آن در هکتار و تاسیسات مورد نیاز را کاهش داده و میتواند کمک شایانی به کشاورزان در مقابله با پدیده سرمازدگی نماید. آقای دکتر جمیل عباس نژاد مبتکر و مخترع این سامانه می‌باشد که نسبت به ثبت آن در مرکز مالکیت معنوی سازمان ثبت اسناد و املاک کشور به شماره ۹۱۵۰۶ اقدام نموده است.
سرما زدگی باغات چیست؟
افت شدید و ناگهانی دما به ویژه در اوایل فصل بهار و بروز درجه حرارتهای بین صفر تا ۱۰ درجه سانتی گراد، سرمازدگی محصولات کشاورزی را به دنبال دارد. در شبهای صاف اوایل بهار و یا اوایل پاییز، زمین در نتیجه رها سازی تمام انرژی دریافتی از خورشید به صورت طول موج بلند، به تدریج سرد شده و در نزدیکیهای صبح کاهش درجه حرارت به حداکثر خود میرسد و حداقل دما برای بروز سرمازدگی ایجاد میشود. همچنین عامل تنش سرما میتواند وزش باد و یا انتقال توده هوای سرد به یک منطقه باشد.
سامانه اندازه گیری شدت تشعشعات امواج رادیویی
ارسال در تاريخ یکشنبه پانزدهم مهر ۱۳۹۷ توسط شهنوش افشار
این سامانه به درخواست و حمایت سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و با هدف رفع وابستگی کشور در تامین نیازمندی به این تجهیزات از خارج کشور، در پژوهشگاه اجرا شد. با ساخت سامانه بومی اندازه‌گیری شدت امواج الکترومغناطیسی و الکتریکی برای پایش حد تشعشعات تجهیزات بی‌سیم، علاوه بر جایگزینی نمونه‌های خارجی با داخلی، رفع نگرانی مردم از اثرات امواج الکترومغناطیسی و تشعشعات رادیویی در آینده نزدیک با محصولات بومی امکانپذیر خواهد شد. با اجرای این پروژه، سامانه بومی اندازه‌گیری شدت امواج رادیویی برای نخستین بار به دست پژوهشگران داخلی طراحی، ساخت و راه اندازی شد و به این ترتیب جمهوری اسلامی ایران به عنوان یکی از کشورهای دارای این فناوری در دنیا مطرح گردید. تاکنون تجهیزات اندازه‌گیری میدان، توسط شرکت‌های خارجی ساخته میشد که نیازمندیهای کشور نیز از طریق آنها تامین میگردید، اما طراحی و ساخت نمونه صنعتی آن، کشور را در این زمینه خودکفا نموده و باعث تامین ارزان‌تر، سریعتر به همراه خدمات پس از فروش بهتر خواهد شد. مراکز و بخش‌های مختلف دولتی و خصوصی که متولی نظارت بر فرکانس و توان انتشاری تجهیزات مخابراتی هستند و یا تضمین‌کننده حفظ سلامت فردی و اجتماعی در مقابل تشعشعات محیطی می‌باشند، میتوانند از این تجهیزات اندازه‌گیری استفاده نمایند.
با توجه به الزام سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی در خصوص نظارت بر شدت تشعشعات رادیویی در سطح کشور از نظر ایمنی و بهداشت تشعشعات، نیاز به این سامانه بومی در سطح وسیع در آینده وجود خواهد داشت. علاوه بر سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی، بخش‌هایی نظیر مراکز بهداشتی و درمانی، بیمارستانها، مدارس، مهد کودک‌ها، کارگاه‌ها و کارخانه‌های تولیدی، مراکز پرجمعیت، فضاهای عمومی و پرتردد و … نیز به عنوان کاربران این سامانه مطرح خواهند بود.
این سامانه دارای ۵ پروب شامل اندازه گیری در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در فرکانس‌های مختلف می‌باشد. برای میدان‌های الکترونیکی دو پروب ۶ گیگاهرتز و ۱۸ گیگاهرتز و برای میدان‌های مغناطیسی دو پروب در ۳۰ مگاهرتز و ۱۰۰ مگاهرتزی طراحی و ساخته شده است. همچنین به طور مجزا یک پروب جهت اندازه گیری تشعشعات رادیویی تلفن همراه نسلهای GSM ،۳G و LTE طراحی و ساخته شده است. از جمله مزایای این سامانه ایجاد، پیاده سازی و راه اندازی سایت پایش، کنترل و نمایش مرکزی می‌باشد که قابلیت تجمیع و ذخیره اطلاعات اندازه گیری شده در داخل کشور را دارا بوده و امکاناتی نظیر بروزرسانی و همچنین امکان نمایش اطلاعات برای کاربران خاص و کاربران عمومی را نیز دارد. سامانه مذکور یک گیرنده و اندازه گیر امواج الکترومغناطیسی بوده و فاقد هر گونه تشعشع رادیویی است. این سامانه بسیار کم مصرف می باشد، به گونه‌ای که تنها با یک سلول خورشیدی کوچک میتواند به صورت شبانه روزی اطلاعات شدت میدان را جمع آوری و ثبت نموده و سپس اطلاعات جمع آوری شده را از طریق شبکه ارتباط سیار به مرکز کنترل، پایش و نمایش ارسال نماید.
نحوه محاسبات و متوسط‌گیری از کل انرژی تابشی مطابق استانداردهای ملی و جهانی بهداشت تشعشع می‌باشد. با توجه به بومی‌سازی تجهیزات مذکور امکان هرگونه تغییر در ساختار پروب‌های اندازه گیری با قابلیت باندگزینی مناسب برای فرکانس‌های رادیویی مورد استفاده در کشور نیز وجود خواهد داشت. علاوه بر سامانه مذکور، بسترهای تست لازم جهت انجام کالیبراسیون تجهیزات نیز در محل پژوهشگاه و در آزمایشگاه‌های همکار مجموعه مستقر در دانشگاه ها ایجاد شده است. این سامانه در حال گذراندن تستهای نهایی تایید نمونه در سازمان انرژی اتمی می‌باشد. با توجه به دستیابی کشور به این فناوری، پژوهشگاه با هماهنگی و همکاری سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی از سال آینده با تجاری سازی محصول، تولید انبوه این سامانه را در برنامههای خود قرار داده است. با تولید این محصول علاوه بر صرفه جویی اقتصادی و جلوگیری از خروج ارز از کشور، گامهای مثبتی در خصوص ایجاد اشتغال نیز برداشته خواهد شد. این پروژه از جمله مصادیق عملی اجرای سیاستهای اقتصاد مقاومتی و برنامه ششم توسعه می‌باشد.
سال 1397 خورشیدی مبارک
ارسال در تاريخ چهارشنبه یکم فروردین ۱۳۹۷ توسط علیرضا خلیلی پور
فرا رسیدن نوروز باستانی و سال 1397 خورشیدی را تبریک عرض می نماییم.
پلیمران (پلیمر 87)
گاز رادون به راحتی در دستگاه تنفسی انسان جذب میشود و میتواند از خود ذرات آلفا تابش کند. پرتوگیری ناشی از استنشاق گاز رادون در منازل مسکونی به مراتب بیشتر از پرتوگیری ناشی از سایر پرتوهای طبیعی است. رادون یک ماده رادیو اکتیو و یک گاز سرطان‌زاست. از آنجا که این عنصر ذرات آلفا از خود ساطع میکند، استنشاق آن بسیار خطرناک است. قوانین محیط زیست تا حدودی کیفیت هوای محیط باز را بهبود بخشیده اما به مشکلات فضای بسته توجه زیادی نشده است. برخی از کشورهای توسعه یافته مانند سوئیس و آلمان تحقیقاتی در زمینه تهیه نقشههای مشخص کننده مناطق دارای رادون زیاد و رادون کم انجام داده اند، اما بسیاری از کشورها چنین اطلاعاتی در اختیار ندارند. لذا همیشه و به صورت مستمر به آنالیز رادون هوا و محیطهای بسته نیاز هست و طبیعتا برای آنالیز رادون به دستگاههایی نیازمندیم که با سرعت بالا و در عین حال با دقت بالا و متناسب با حجم و ظرفیت نمونه‌ها قادر به اندازه گیری میزان ذرات آلفا یا گاز رادیواکتیو رادون باشد و با توجه به این که در ایران چنین دستگاهی با قابلیت‌های مورد انتظار وجود ندارد، دستگاه دوزیمتری تمام اتوماتیک اندازه گیری ذرات هسته ای آلفا (رادون) در شرکت دانش بنیان ابتکار تجهیز طب یکتا طراحی و ساخته شد.
دستگاه دوزیمتری تمام اتوماتیک اندازه گیری ذرات هسته ای آلفا (رادون)، دستگاهی است که با سرعت بالا و در عین حال با دقت بالا و متناسب با حجم و ظرفیت نمونه‌ها قادر به اندازه گیری میزان ذرات آلفا یا گاز رادیواکتیو رادون است. فروش این دستگاه به کشور ایران با توجه به کاربردی که در زمینه انرژی هسته ای دارد، با تحریم مواجه بوده و قیمت نمونه خارجی این دستگاه حدود ششصد میلیون تومان است. تنها کشور انگلستان قادر به ساخت این دستگاه است و شرکتی که در سال ۲۰۱۳ در انگلستان این دستگاه را ساخت، جایزه علمی ملکه انگلستان را به خود اختصاص داده و در حوزه شرکت‌های فعال در لبه علم دسته بندی شد. طرح کلان ملی تهیه نقشه رادون کشور به تصویب مجلس شورای اسلامی رسیده است و تا به حال دستگاهی که بتواند با دقت و سرعت زیاد نقاط مختلف کشور را در خصوص میزان گاز رادون بررسی کند وجود نداشته است. در کشور میزان گاز رادون حدود چهارصد هزار نقطه باید بررسی شود که تا به حال تنها حدود چهار هزار نقطه به صورت دستی بررسی شده و لزوم ساخت دستگاه دوزیمتری تمام اتوماتیک اندازه گیری ذرات هسته ای آلفا رادون به شدت احساس میشود. از دیگر ویژگیها و قابلیت‌های این دستگاه قابلیت اعتماد بالا، کارکرد ساده، دقت بالا، حرکت یکنواخت و بدون خطا در سه محور، قابلیت اتصال به شبکههای اینترنت و انتقال اطلاعات، دوزیمتری نوترون، کالیبراسیون با فوکوس اتوماتیک در ایجاد تصاویر با وضوح مناسب، عملکرد در سرعت بالا، ذخیره اطلاعات درون سرورهای ملی، پردازش آنلاین تصاویر برای دریافت اثرات برخورد ذرات هسته ای آلفا و … می‌باشد.
افراد مقاله : مترجم - آیدین هادی فکور
قلب پستانداران بالغ، توانایی بسیار محدودی در بازسازی داخلی دارد و نحوه‌ی پاسخ به آسیبهای جدی به‌طور کلی وابسته به شکل بافت‌های زخمی است. پیوندهای قلبی و عروقی تنها روشهای درمانی کنونی برای جایگزین کردن بافت‌های قلبی هستند، بنابراین بسیاری از بیماران با یک ناکارامدی روزافزون در توانایی پمپاژ قلب دست بگریبانند بهطوریکه این بیماران تا مرحله‌ی ایست قلبی پیش میروند. سامانه‌های نانوساختار، توانایی لازم برای به‌راه انداختن حرکتی انقلابی در جهت یافتن رهیافتی برای پیشگیری و همچنین درمان بیماریهای قلبی را دارند. در این پژوهش پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو که میتواند مشکلات درمان بیماریهای قلبی را حل کند توضیح داده میشود. همچنین از روشهای جدید و محبوب در فناوری نانو که با قلب مرتبط است و امید را به بیمارانی که از حملات قلبی حاد رنج میبرند بازمی‌گرداند، سخن خواهیم گفت.
نارسایی‌های قلبی عامل اصلی مرگ و میر در جهان است و روشهای تشخیص این بیماری همچنان کمبودهای فراوانی دارد. آترواسکلروز شایع‌ترین علت آنفارکتوس میوکارد (MI، حمله قلبی) به‌شمار می‌آید و بسیاری از بیمارانی که از MI رنج میبرند مقدار قابل توجهی از میوکارد (ماهیچه‌ی قلب) خود را از دست می‌دهند. تا سال 2030 انتظار می‌رود به علت پیچیدگی‌های خطرناک آترواسکلروز عروق کرونر، این بیماری دلیل سالانه نزدیک به 12 میلیون مرگ باشد. این بیماری شامل سندروم‌های کرونری حاد مانند آنفارکتوس میوکارد با صعود قطعه‌ی ST و آنفارکتوس میوکارد بدون صعود قطعه‌ی ST است.
ایسکمی قلبی، اگر بلافاصله به حالت ابتدایی برگرداننده نشود آغازگر رشته‌ای از حوادث بازگشت ناپذیر میشود که منجر به مرگ سلولها، اختلالات انقباضی منطقه‌ای و جایگزینی بافت‌های عضلانی با بافت زخمی خواهد شد. روند بازسازی، بعد از آسیبهای قلبی شامل تولید متوسط کاردیومیوت (cardiomyocyte) است که احتمالا با مداخله‌ی گسترده‌ی CMهای تغییر شکل یافته‌ی موجود در بدن همراه است. در هر صورت، مقدار داخلی CMها بسیار پایین است، و این مقدار با افزایش سن کاهش پیدا میکند و احتمال بازسازی بافت‌های مرده را کاهش می‌دهد.
برخلاف پیشرفت‌های صورت گرفته در درک علمی و بالینی بیماریهای قلبی، همچنان آهنگ مرگ و میر در میان بیمارانی با نارسایی قلبی، زیاد است به صورتی که 50% از کسانی که نارسایی شدید قلبی در آنها تشخیص داده میشود در طول 5 سال جان خود را از دست می‌دهند. پیوند قلب با وجود موثر بودن، محدود به تعداد اهدا کننده‌های قلب است (برای مثال تنها سالانه 2000 پیوند قلب در آمریکا انجام میشود در حالی که در مدت مشابه 550000 مورد نارسایی قلبی تشخیص داده میشود). روشهای کنونی برای درمان نارسایی قلبی سیستولیک شامل داروها، جراحی‌هایی برای پیکربندی دوباره‌ی قلب و استفاده از ابزارهای قابل کاشت است. هرچند این روش‌ها، زندگی بسیاری را بهبود بخشیده است اما همچنان نارسایی قلبی سیستولیک یک بیماری پیشرونده محسوب میشود. بنابراین، نیازی روز افزون مبنی بر یافتن رهیافت‌های جایگزین برای این بیماری‌ها احساس میشود.
با توجه به ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی منحصربه‌فرد سیستم‌های نانو ساختار، علم نانو و فناوری نانو قابلیت غلبه بر محدودیتهای بسیاری که در ساخت داروهای قلبی و عروقی وجود دارد از خود نشان داده است. این قابلیت به علت گسترش داروهای جدید، معرف‌های تصویربرداری، کمک دهنده‌ها و ابزار بیودارویی بهوجود آمده است. از آنجا که بیماری آترواسکلروزیس کرونری بیشترین عامل مرگ در جهان است، در این بررسی مدرنترین روشهای بکارگیری سیستم‌های نانوذرات در جلوگیری و درمان آسیبهای ایسکمیک قلبی که به‌وسیله‌ی تنگی شریان یا انسداد عروق کرونر بهوجود آمده است تشریح میشود (شکل 1). پیشرفت‌های اخیر در استفاده از نانوپلتفرم‌هایی که در تشخیص زود هنگام اولیه و درمان آترواسکلروزیس کرونری برای جلوگیری از MI موثر هستند در این پژوهش به صورت اجمالی بررسی شدهاند. همچنین فرصت‌های درمانی جدید در زمینه‌ی باززایی/بازیابی میوکاردیوم با استفاده از نانوذرات و بیومواد نانوساختار که توانایی رساندن مولکولهای درمانی یا/و سلولهای بنیادی یه میوکاردیوم را دارند در این بررسی پوشش داده شدهاند. از پیشرفت‌های اخیر در تصویربرداری (درون‌تنی in vivo) از سلولهای پیوندی به‌وسیله‌ی نانوذرات کشت داده شدهی باکتریایی سخن گفته‌ایم و توضیح داده‌ایم که چگونه این یافته‌ها موضوعات مهم و اساسی در زمینه‌ی نگهداری درون‌تنی سلولها موثر است و چگونه پیوند آزمایشگاهی سلولهای درمانی را آسان میکند. در پایان، قدرت و محدودیت رهیافت‌های کنونی مورد بررسی قرار میگیرد و کاربردهای محتمل آینده‌ی فناوری نانو در تولید داروهای قلبی و عروقی بررسی میشود.
تشخیص و درمان آترواسکلروزیس کرونری
نانوذرات قابلیت تشخیص و از میان برداشتن پلاک‌های آترواسکلروزیس را دارند. مرحله ی اول تشکیل پلاک‌ها، فعال شدن سلولهای لایه‌ی درون رگی دیواره‌های سرخرگ است (به علت اختلال ژنتیکی و فاکتورهای محیطی شامل محرک‌های بیوشیمیایی و التهاب) که این امر باعث جذب مونوسیتها میشود و مهاجرت آنها به انتیما را آسان میکند. مونوسیتها به واسطه ی مارکروفاژها (درشت خوارها) به بلوغ میرسند و با جذب لیپیدها، فوم‌های سلولی تشکیل می‌دهند. در مرحله ی پیشروی، مارکروفاژهای ماتریکس خارج سلولی (ECM) با تکثیر چندین سلول، از جمله سلولهای عضلانی صاف، تولید میشوند. این ماتریکس گسترش داده شده، محیطی بارور برای لیپیدها، کریستالهای کلسترول و عروق کوچک فراهم میکند تا یک ناحیه‌ی مرکزی نکروز و یک کلاهک فیبروزی روی پلاک تشکیل شود; کاهش ضخامت کلاهک فیبروزی و افزایش ضخامت هسته‌ی مرکزی ناحیه‌ی نکروزی میتواند خطر ترومبوژنیک (لخته زا) را افزایش دهد، که میتواند به MI منجر شود. بنابراین پلاک آترواسکلروزیس محیطی پیچیده متشکل از لیپیدها، کریستالهای کلسترولی و سلولهای التهابی مانند مونوسیتها، مارکروفاژها، سلولهای فومی و سیتوکین‌های مخفی است. گونه‌های مختلف نانوذرات (به عنوان مثال، غیرارگانیک، ارگانیک و پلیمرها) برای هدف قرار دادن این سلولها طراحی شدهاند و نمایندگانی قدرتمند برای تصویربرداری و همچنین درمان پلاک آترواسکلروزیس از راه افزایش ضخامت کلاهک فیبروزی و کاهش هسته‌ی نکروزی بشمار میروند. در مورد تصویربرداری، این نانوذرات دارای کمک کننده‌های ذاتی تصویربرداری هستند (مانند نانوذرات اکسید آهن سوپرپارامغناطیس که کنتراست تصویرسازی شدت مغناطیسی (MRI) را بهبود می‌بخشند) یا برچسب‌ها/مولکولهای تصویری (به عنوان مثال، نشان‌دهنده‌های ایزوتوپ). این نانوذرات به‌وسیله‌ی ماکروفاژها و مونوسیتها وارد سیستم شده و پلاک‌ها را قابل روئیت میکنند. در هر صورت، زمانی که از ماکروفاژها در پلاک‌ها تصویربرداری میشود باید مراقب بود; زیرا به‌تازگی مشخص شده است که ذرات سوپرپارامغناطیسی نانو اکسید آهن کارکرد ماکروفاژها را از نرمال (M2) به التهاب-گرا (M1) تغییر می‌دهند. از آنجا که آترواسکلروزیس به عنوان یک بیماری مزمن التهابی شناخته میشود، نانوذرات میتوانند باعث بدتر شدن التهاب شوند و در نتیجه به رگ‌ها آسیب زده و خطر حمله‌ی قلبی را افزایش دهند. مطالعات بیشتری برای تأیید قابلیت اثرات التهابی نانوذرات سوپرمغناطیس اکسید آهن مورد نیاز است.
علاوه‌بر تشخیص، نانوذرات توانایی رساندن بیومولکول‌های درمانی به محل آترواسکلروزیس کرونری و همچنین کاهش پلاک‌ها با کم کردن التهاب را دارا هستند (برای مثال، با فعال کردن راه‌های pro-resolving) ، و همچنین از آنها برای از بین بردن لیپیدها و کریستالهای کلسترول نیز میتوان بهره برد. مواد پلیمری از قبیل پلی (d-لاکتیک اسید) poly (d-lactic acid) ) ) ، پلی اتیلن گلیکول (PEG) و پلی (لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید) (Poly Lactic-co-glycolic acid=PLGA) بهعنوان طبقه‌ی اصلی سیستم‌های کنترل- آزادساز و قابل تجزیه زیستی برای رساندن بیومولکول/ پروتئین به محل پلاک شناخته میشوند. برای حل التهاب، نانوذرات میتوانند مناطقی را هدف قرار داده و بیومولکول‌های ضد-التهابی را آزاد کنند (به عنوان مثال، Ac2-26 پپتاید و اینترلوکین ۱۰ سیتوکین و داروهایی مثل استاتین). همان‌طور که التهاب و آسیب عروقی میتواند کلاژن IV 21، 26 را آشکار سازد، لیگاندهای ضد کلاژن IV میتواند برای هدف قرار دادن بخش‌هایی از نانوذرات استفاده شوند. به عنوان مثال، تحویل درون‌تنی (in vivo) اینترلوکین-10 به پلاک‌های آترواسکلروزیس به وسیله‌ی آنتی‌کلاژن IV نانوذرات PLGA-PEG به میزان قابل توجهی باعث بهبود (افزایش) ضخامت کلاهک فیبروزی شده و در عین حال ناحیه‌ی هسته ی نکروز را در موش‌های دارای آترواسکلروزیس افزایش می‌دهد. همچنین میتوان بر روی سطح نانوذرات برای هدف قرار دادن پلاک‌ها از ماکرومولکولهای لیپوپروتئین با چگالی بالا و ماکرومولکولهای آمفیفیلیک amphiphilic) ) مبتنی بر قند استفاده کرد. برای مثال، از آنجا که بار الکتریکی و آب گریزی ماکرومولکولهای آمفیفیلیک بر پایه‌ی شکر مانند لیپوپروتئین‌های اکسیدی است میتوان از آنها برای تولید نانوذراتی به منظور هدف‌گیری دریافت کننده‌های اسکاونجر (scavenger) بر روی سطح ماکرومولکول‌ها استفاده کرد. متوقف کردن دریافت کننده‌های اسکاونجر (به عنوان، MSR1 و CD36) بر روی سطح ماکروفاژها در منطقه‌ی پلاک میتواند لیپیدهای اکسید شدهی آنها را پس بزند و با جلوگیری از تشکیل سلولهای فومی، التهاب را کم کند. محدودیت اصلی در طراحی و ساخت نانوذرات ایمن و کارا برای تشخیص و درمان آترواسکلروزیس کرونری، عدم درک کافی از هویت بیولوژیکی نانوذرات است. به طور ویژه نانوذراتی که با محلول‌ها در تماسند به سرعت به‌وسیله‌ی لایه‌ای از پروتئینها که کُرُنا (corona) نامیده میشوند پوشیده میشوند که این موضوع تاکنون به‌خوبی در فناوری نانوی مرتبط با قلب و عروق بررسی نشده است. هویت بیولوژیکی نانوذرات به‌وسیله‌ی گونه، مقدار و پیکربندی پروتئین‌های کرنا تعریف میشود. به واسطه‌ی تقابل نانوذرات با سیستم‌های بیولوژیکی، مانند سلولها، سرنوشت بیولوژیکی آنها (برای مثال، توزیع بیولوژیک، کارایی هدف‌گیری و کارایی درمان) به طور قابل ملاحظه‌ای از ترکیب کرنا تأثیر میگیرد. به عنوان مثال، پروتئین کرنا میتواند به عنوان سپری برای گونه‌های هدف‌گیری شده بر روی نانوذرات عمل کند و به طور قابل ملاحظه‌ای کارایی درمان آترواسکلروزیس را کاهش دهد. به علاوه، پروتئین کرنا با تغییر دادن کارکرد دارو رسانی نانورساننده‌ها، باعث کاهش کارایی درمانی آنها میشود. بنابراین برای سرعت بخشیدن به روند بالینی استفاده از نانوذرات و نانوساختارها در بیماریهای قلبی و عروقی، هویت بیولوژیکی آنها باید به دقت بررسی شده و گزارش شود. علاوه‌بر این، راهبردهای جدید (برای مثال، استفاده از پوشش‌های zwitterionic 36 و کنترل کرنا ساختار 37) باید گسترش پیدا کند تا هرگونه اثر مخرب پروتئین کرنا در هدف‌گیری و آزادسازی دارو را کاهش دهد. آخرین مورد ولی نه کم اهمیت‌ترین موضوع، توجه ویژه نسبت به نقش نانوذرات در تغییر پیکربندی بعضی از پروتئینها که در التهاب نقش بازی میکنند است، مانند فیبرینوژن ( (fibrinogen، که قادر به فعال کردن گیرنده اینتگرین و افزایش فعالیت مسیر سیگنالینگ هسته عامل (NF) -KB است، که منجر به انتشار سیتوکین‌های التهابی 38 میشود. چنین پدیده‌ای ممکن است منجر به پیچیدگی سیستم دفاعی پلاک‌ها آترواسکلروزیس شود که به طور قابل ملاحظه‌ای خطر پاره شدن پلاک و در نتیجه حمله‌ی قلبی را افزایش می‌دهد.
درمان سلولی برای نجات و بازسازی بافت‌های قلبی
در دهه‌ی گذشته بیشترین تلاشها در جهت باززایی میوکاردیال، متمرکز بر بازسازی سلول محور قلب و عروق بوده است. گونه‌های مختلف سلولی شامل سلولهای بنیادی تک هسته‌ای مغز استخوان، سلولهای بنیادی مزانشیمی (MSCs) ، نیایاخته‌های لایه‌ی درون رگی (endothelial progenitors) ، سلولهای بنیادی پرتوان (iPSCs) و CMPSهای مشتق شده از iPSC برای ماهیچه‌سازی مجدد قلب مورد استفاده قرار گرفتهاند. اما آزمایشهای بالینی از چهار محدودیت اساسی رنج میبرند: (1) قلمه زنی (engraftment) ضعیف و اتصال الکترومکانیکی سلولهای درمانی در بافت‌های قلب; (2) نبود نظارت درون تنی قوی، صحیح و امن در سلولهای درمانی; (3) عوارض بالقوه‌ی آریتمی و (4) نبود روشی برای تولید انبوه CMsهای کاربردی، بالغ و مختص بیمار تا سلولهای از بین رفته در حین انفارکتوس را با آنها جایگزین کرد. نکته‌ی دیگر اینکه عدم کنترل سلولها بعد از پیوند، یکی دیگر از مسائل مهم در این زمینه است و این موضوع به طور کامل به محیط بیولوژیکی بستگی دارد. یک نظریه این است که بیشتر سلول‌هایی که امروزه استفاده میشود به سلولهای جدید قلبی تبدیل نمی‌شوند بلکه بجای آن اثرات پاراکرین را آشکار میکنند. اگر حتی سلولها، CMهای جدید تولید نکنند، قلمه زنی برای مدت زمانی مشخص، میتواند برای تراوش فاکتورهای پاراکرین مفید باشد. به علاوه، روشهای دقیق برای بررسی قلمه زنی سلولهای درمانی و کارایی درمان درون تنی و اثرات جانبی آنها لازم به نظر میرسد (به عنوان مثال، ترکیب‌بندی تراتوم).
یکی از علت‌های قلمه‌زنی ضعیف سلولهای درمانی در میوکاردیوم تا بخشی به علت واکنش سیستم دفاعی بدن به سلولهای خارجی پیوند زده شده است. برای حل این مشکل استفاده از CMهای مشتق شده از خود بیمار، توصیه شده است. سلولهای بنیادی ویژهی بیمار از راه رهیافت‌های شیمیایی شناخته شده میتواند بدست آید، که در آن سلولهای بیمار بازبرنامه‌ریزی شده (به عنوان مثال، مونوسیتها و فیبروبلست‌ها) و سلولهای بنیادی پرتوان (iPSCs) تشکیل میشود و در ادامه آنها به CM تبدیل میشوند. اگرچه CMهای ویژهی بیمار میتواند کمک کند تا ناحیه‌های پیش- انفارکتوس نجات یابند اما تأثیرات درمانی آنها به واسطه‌ی تماس نامطلوب آنها با CMهای درونزاد که باعث میشود تا ادغام الکترومکانیکی آنها کم شود، محدود است. دلیل دیگر برای قلمه زنی ضعیف سلولهای درمانی میتواند نبود فضای مناسب در بافت‌های میوکاردیال باشد، که فضای نسبتا سمی‌ای برای سلولهای درمانی به حساب می‌آیند. در ادامه‌ی این بخش از روشهای مختلفی که نانوذرات میتوانند بر این محدودیتهای چهارگانه در پیوندهای بالینی غلبه کنند صحبت میکنیم. نانوذرات با هدف قرار دادن ناحیه‌ی آسیب دیده‌ی میوکاردیوم میتوانند به طور قابل ملاحظه‌ای بر محدودیتهای مربوط به سلولهای درمانی مختص بیمار غلبه پیدا کنند. به غیر از قلمه زنی و جفت شدن الکترومغناطیسی سلولهای درمانی در بافت قلب‌ها، مشخص شده است که آزادسازی فاکتورهای پاراکرین به‌وسیله‌ی سلولهای درمانی، عاملی در بهبود فعالیت‌های بطنی، بعد از سلول درمانی است. بنابراین رساندن هدفمند سلولهای درمانی پیوندی به CMهای آسیب دیده میتواند به میزان قابل توجهی کارایی درمان آنها را بهبود ببخشد; نانوذرات دوگانه-پادتنی-درهم آمیخته‌ی سوپرپارامغناطیسی اکسید آهن برای این کار پیشنهاد شده است. (شکل 2)
هر نانوذره‌ی مغناطیسی در پادتنی (anti-CD45) مخصوص سلولهای درمانی (سلولهای بنیادی گرفته شده از مغز استخوآنکه CD45 را بیان میکنند) و در پادتن (anti-CD34) موجود در CMهای آسیب دیده در می‌آمیزد. این فناوری درمانی ممکن است توانایی ردیابی سلولهای درمانی برچسب خورده به‌وسیله‌ی نانوذرات در حال حرکت به CMهای آسیب دیده در مناطق پیش- آنفارکتوس را داشته باشد و در نتیجه میتوان توانایی درمانی بالقوه‌ی CMها را به وسیله‌ی این روش در یک MRI درون‌تنی مشخص کرد. این نانوپلتفرم نه تنها کارایی درمانی امیدوار کننده‌ای در رساندن سلولها به مناطق مورد نظر در قلب دارد بلکه در بهبود کارکرد قلب به ویژه در تَرک خروجی بطن چپ کاربرد دارد (شکل 2). در هر صورت مشکل اصلی این روش این است که در کاربردهای بالینی ممکن است درصد بسیار کمی (حدود 1%) از سلولهای تزریق شده به مکانهای مورد نظر برسند.
یکی دیگر از روش‌هایی که در رساندن سلولهای درمانی به مکانهای خاص میتوان از آن بهره برد استفاده از پلتفرم‌هایی برای ساخت سلول‌هایی با قابلیت درمانی بهبود یافته است. برای مثال، نشان داده شده است که نانوذرات مغناطیسی به بیان پروتئین‌های مهمّ اتصال بینابینی در کاردیومیبلست (cardiomyoblast) شتاب می‌بخشد (به عنوان مثال کنکسین 43). کشت ترکیبی این کاردیومیوبلاست‌ها (دارای پروتئین‌های اتصال بینابینی بیشتری از کاردیومیوبلاست‌های عادی هستند) به همراه MSCها به طور قابل ملاحظه‌ای احتمال تداخل کردن آنها را افزایش داده و این امر منجر به ایجاد سلول‌هایی با قابلیت درمانی بهبود یافته خواهد شد. این سلولهای جدید سطح بالاتری از توانایی قلمه زنی و فاکتورهای دلخواه پاراکرین (برای نجات سلولهای هایبرنیت شده (Hibernated) در مناطق پیش انفارکتوس میوکاردیوم) را در مقایسه با سلولهای درمانی متداول دارند. تزریق سلولهای درمانی بهبود یافته در ناحیه‌های پیش- آنفارکتوس در موش‌ها به طرز قابل ملاحظه‌ای کارکرد قلب و اندازه‌ی زخم را در مقایسه با موشی که سلولهای درمانی متداول را دریافت کرد بهبود بخشید. علاوه‌بر رساندن هدفمند سلولها با روش نانوذرات دوگانه-پادتنی، میتوان از روشی دیگر استفاده کرد که در آن سلولهای درمانی به‌وسیله‌ی نانوذرات مغناطیسی برچسب خورده و آنها با استفاده از نیروی مغناطیسی در مکانهای تزریق باقی می‌مانند. به عنوان مثال، سلولهای بنیادی مشتق شده از قلب که با امنیت بالا با نانوذرات مغناطیسی برچسب زده شدهاند (یعنی ferumoxytol) به ناحیه‌ی پیش-آنفارکتوس میوکاردیوم موش تزریق میشود، و تأثیرات ترمیمی و درمانی آن در حضور و غیاب میدان مغناطیسی خارجی بررسی میشود. میدان مغناطیسی به میزان قابل ملاحظه‌ای ابقاء قلب را افزایش می‌دهد و قلمه زنی سلولهای درمانی پیوند زده شده منجر به بهبود ترک بطن چپ شده و هیچ اثری از التهاب قلبی و یا اضافه بار آهن باقی نمی‌ماند. بنابراین به‌نظر میرسد روشی که در آن سلولهای درمانی نانوذرات دوگانه-پادتن- در هم آمیخته‌ی اکسید آهن به CMهای آسیب دیده رسانده میشوند و ترمیم آنها به کمک میدان مغناطیسی خارجی بهبود بخشیده میشود ممکن است درمانی نهایی برای آسیبهای قلبی باشد.
بیشتر مقاله‌ی حاضر بر استفاده از فناوری نانو در بهبود بخشیدن به قلمه زنی سلولهای درمانی در بافت‌های قلبی با استفاده از نانوذرات اکسید آهن سوپرمغناطیسی تمرکز دارد. این امر عمدتا به دلیل دوستدار محیط زیست بودن و ظرفیت تصویربرداری و هدف‌گیری همزمان است و این کار با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی و هدف قرار دادن قطعات در سطح انجام میشود. اما از آنجا که طبق یک گزارش جدید، فعالیت‌های میکروفاژهای مرتبط با تومورها به علت استفاده از این نانوذرات افزایش یافته است، مطالعات جدیدی برای بررسی نقش نانوذرات در بدتر کردن التهابهای میوکاردیال مورد نیاز است که ممکن است خطر واپس زدن سلولهای درمانی به‌وسیله‌ی سیستم دفاعی بدن را افزایش دهد. اگرچه نانوذرات مغناطیسی (و به ویژه نانوذرات سوپرمغناطیس اکسید آهن) امیدهای زیادی در رساندن سلولها به نقاط دلخواه میوکاردیوم و همچنین تصویربرداری از سلولهای درمانی زیست‌پذیر بهوجود آورده است اما مطالعه‌های جدید نشان می‌دهد که سیگنالهای آنها برای مدت‌های طولانی و هفته‌ها بعد از ناپدید شدن سلولهای درمانی در میوکاردیوم می‌ماند و باعث بوجود آمدن خطا در ارزیابی فعالیت‌های درمانی میشود. برای مثال فروموکسید (نانوذرات سوپرمغناطیس اکسید آهن که به صورت تجاری در دسترس است) برای برچسب زدن سلولهای بنیادی مورد استفاده قرار می‌گرفت اما تصویرهای بیو لومینوسنس نشان می‌دهد که این ماده هفته‌ها بعد از ناپدید شدن سلولها در بدن باقی می‌ماند. برای غلبه بر این مسئله مهم، استفاده از عامل‌های کنتراست زنده (مگنتو آندوسیمبیون (MEs) گرفته شده از باکتری‌های مغناطیسی) برای برچسب زدن و نظارت بر CMهای به‌دست آمده از روش شیمیایی، پیشنهاد شده است (شکل 3). برای ارزیابی احتمال سمی بودن MEها برای اعضای دیگر، بیشترین دُز ((5×〖10〗^9 از طریق مسیرهای درون عروقی و دیواره‌ی ماهیچه‌ی قلبی (intramyocardial) به مدل موش تزریق شد و غلظت نشانگرهای متعدد همراه با مطالعات مرتبط با بافت‌شناسی اندام‌های حیاتی (به عنوان مثال، کبد، کلیه، طحال، قلب و پانکراس) و شاخص‌های کلیدی عفونت و سمیت در خون (گلبول‌های سفید، گلبول‌های قرمز و تعداد پلاکت ها) با دقت مورد بررسی قرار گرفتند (نمونه‌ها در شکل 3d، e نشان داده شده است).
نتایج نشان دهنده‌ی غیر محتمل بودن پاسخ ایمنی درون تنی، به عامل‌های کنتراست زنده است. با استفاده از MRI و تصویربرداری بیولومینسنس برای در نظر گرفتن زیست پذیری بیولومینیسنس‌هایی که به صورت ژنتیکی بهبود پیدا کرده‌اند و ژن‌های گزارشگر لوسیفراز (FLuc) ، نتیجه این بود که MEها بعد از یک هفته از بین رفته‌اند در حالی که نانوذرات اکسید آهن سوپرپارامغناطیس برای بیش از دو هفته بعد از نابودی سلول باقی می‌مانند (شکل 3f-h). این نتایج نشان می‌دهد MEها میتوانند به عنوان عامل‌های کنتراست بیولوژیکی کارا و محکم در نظر گرفته شوند تا بتوان به‌وسیله‌ی آنها سلولهای درمانی زیست‌پذیر را در مدل درون‌تنی پیگیری کرده و به پیشرفت‌های MRI بالینی درون تنی شتاب بخشید.
یکی دیگر از چالش‌های مهم آزمایشگاهی سلول درمانی، حتی اگر سلولهای درمانی با بافت میزبان یکی شوند، قابلیت مشکلات آریتمی است که در قلب‌های حیوانات این اثر دیده شده است. نانورساننده‌ها ممکن است اثرات سمی داروهای ضد آریتمی را کاهش دهند (برای مثال، آمیودارون، که نشان‌دهنده‌ی سمیت ریوی است). برای مثال، نشان داده شده است که لیپوزوم‌های حاوی آمیودارون میتوانند اثرات مرگبار آریتمی در موش‌ها را از بین ببرند و تغییرات منفی همودینامیک (haemodynamic) بوجود آمده بوسیله‌ی آمیودارون را به شدت کاهش دهند. از آنجا که نقش داروهای آنتی‌آریتمی در غیرانسان‌ها بررسی نشده است، به پژوهش‌های بیشتری در این زمینه احتیاج است. تعداد زیادی از CMهای بالغ و مختص انسان برای جایگزینی سلول‌هایی که در آنفارکتوس از بین رفته‌اند و همچنین برای نظارت بر سمومیت قلبی داروها مورد نیاز است. اهمیت استفاده از CMهای مختص بیمار برای نظارت بر سمومیت قلبی این است که ثابت شده در داروهای شخصی یک سیتوتوکسیک ویژه میتواند در یک بیمار سبب سمیت قلبی شود ولی همین دارو در بیمار دیگر این سمیت را نداشته باشد. از آنجا که خارج کردن تعداد زیادی سلول قلبی از بافت قلبی بیمار معمولا ناممکن است، دانشمندان به‌دنبال روش‌هایی برای تولید CMهای بالغ و مختص بیمار هستند، و خیلی از آزمایشگاه‌ها به دنبال پیدا کردن روشهای مختلف برای این کار هستند. کشت چنین CMهایی نه تنها به علت کاربردهای آنها در درمان سلولی مورد علاقه است، بلکه به علت قابلیت بالای آنها در مطالعات بیماریهای قلبی مختص بیمار هم اهمیت دارد. IPSCهای انسان (hiPSCs) فرصت‌های منحصربه‌فردی در کاردیولوژی ایجاد کرده‌اند، به ویژه، CMهای مشتق شده از این سلولهای بنیادی دارای پتانسیل بالایی در مطالعه‌ی بیماریهای قلبی هستند و میتوانند فیزیولوژی میوکاردیال مختص بیمار را مدل‌سازی درون‌تنی کنند. به‌هرحال، تفاوت‌های ساختاری و عملکردی اساسی میان hiPSC - CMهای مشتق شده از MSC (مشتق شده از روشهای شیمیایی کنونی) و CMهای بالغ بزرگسالان، چالش بزرگی برای غربالگری دقیق دارو و کاربردهای درمانی با کارایی بالا بوجود آورده است.
برای چیره شدن بر این مشکل‌ها، دانشمندان از چندین تکنیک (به عنوان مثال، میکروساخت، کشت درازمدت، مهندسی بافت سه بعدی، بارگذاری مکانیکی، شبیه‌سازی الکتریکی، مدولاسیون سختی سطح و درمان با عوامل هورمون عصبی) برای مهندسی CMهای مشتق شده از hiPSC که ویژگیها و عملکردشان با CMهایی که دارای ویژگی‌هایی مانند CMهای کاملا بالغ است، استفاده کرده‌اند. بهعلاوه، زیرلایه‌هایی با الگوی نانو به صورت گسترده برای بالغ کردن CMها مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما تاکنون روشهای پیشنهاد شده توانایی تولید CMهای بسیار بالغ، مختص بیمار و در مقیاسی که نیازهای بالینی را برآورده کند، را نداشته‌اند. بهعلاوه، در مقایسه با سلولهای نابالغ، CMهای بالغ عامل‌های پاراکرین درمانی بیشتری از خود آزاد میکنند، که گمان می‌رود سلولهای گرفتار شده در مناطق پیش-آنفارکتوس میوکاردیوم را نجات دهند. پیشرفت‌های اخیر در این زمینه شامل رهیافت‌هایی جدید برای مشتق کردن فیزیکی سلولهای بنیادی به گونه‌های متنوع از گونه‌های بسیار بالغ است.
بهعنوان مثال، زیرلایه‌های چاپ شده از سلول و الهام گرفته از فرایندهای زیستی موفقیت زیادی در کنترل فرایند مشتق شدن MSCها به کندورسیت‌ها (chondrocytes) و کراتینوسیت‌ها (keratinocytes) از خود نشان داده‌اند. همچنین نشان‌داده شده است که زیرلایه‌های دارای الگوی سلولی، مشتق کردن، باز-مشتق کردن و پسا- مشتق‌کردن را تعدیل میکنند.
بنابراین، یکی از فرصت‌های هیجان‌انگیز در این زمینه، گسترش زیرلایه‌های دارای الگوی نانو (بهعنوان مثال، زیرلایه‌های چاپ شدهی سلولی با شکل و توپوگرافی کاملا مشابه با CMهای بالغ) برای دستکاری و بالغ‌کردن مستقیم CMهای مختص بیمار است. موفقیت چنین رهیافتی میتواند نشان‌دهنده‌ی وجود منبعی پایدار برای غربالگری دقیق سلولها و همچنین کاربردهای سلول درمانی باشد. ما معتقدیم که زیرلایه‌های نانوالگو، شبه‌سهبعدی و ساخته شده از بافت‌های کشت داده شده که شکل سلولی دارند میتوانند منجر به تولید کمیت‌های قابل اندازه‌گیری، مانند CMهای ویژهی بیمار شوند که کاربردهای فراوانی من جمله در غربالگری سمیّت قلبی، باززایی/درمان میوکاردیال دارند. چالش اصلی بالینی برای تولید انبوه CMهای بالغ، امکان واپس‌زنی بالا است که به علت طبیعت آلوژنئیک این سلولها برای بیماران است. استفاده از سلولهای مختص بیمار و سرکوب همیشگی و سازماندهی شدهی سیستم ایمنی، برای به تأخیر انداختن واپس‌زنی سلولهای درمانی پیشنهاد شده است. بهعلاوه، تقلید از تغییرات انقلابی در سلولهای سرطانی برای حمله به سیستم‌های دفاعی (بهعنوان مثال CTLA4 و PD-L1 و IDO) ، اخیرا برای غلبه بر مشکلات ایمنی‌زایی در باززایی میوکاردیال پیشنهاد شده است. برای مثال، نشان‌داده شده است که سلولهای بنیادی جنینی با توانایی بیان CTLA4 و PD-L1 پیش و پس از مشتق شدن (بهعنوان مثال، بهسوی CMها) در موش‌ها در برابر سیستم ایمنی محافظت شده هستند. IDO، نقطه‌ی دیگر بازرسی سیستم ایمنی، به سلولهای سرطانی اجازه می‌دهد تا با تخلیهی L-تریپتوفان (L-tryptophan) در محیط میکروسلول‌ها از سیستم‌های ایمنی فرار کنند. دراین مورد، ترا آلودگی CMها برای تولید IDO بر روی سطح CMها میتواند به سلولهای درمانی برای فرار از سیستم‌های ایمنی و در نهایت افزایش کارایی درمانی کمک کند. علاوه‌بر رهیافت ترا آلودگی، گسترش نانوپلتفرم‌های جدید که تخلیهی L-تریپتوفان‌ها را در میکرومحیط‌های سلولهای درمانی آسان میکنند، میتواند به‌طورقابل ملاحظه‌ای بقاء سلولها را بهبود بخشد. روش پیشنهاد شده میتواند روند مراحل بالینی برای تولید انبوه سلولها را بهبود بخشد و کارایی آنها را افزایش دهد.
رساندن مولکولهای درمانی به CMها
روشهای کنونی برای بازسازی میوکاردیوم بعد از تنگی شریان کرونری (بهعنوان مثال، آنژیوپلاستی) یا MI (برای مثال، عمل جراحی بای‌پس سرخرگ کرونر) میتواند مجموعه‌ای از آسیبهای رپرفیوژن از جمله تولید گونه‌های اکسیژن واکنشی (ROS) ، تغییرات در رفت وآمد کلسیم‌های داخلی، تغییرات متابولیسم قلب و فعال‌سازی سیستم ایمنی بدن را به‌همراه داشته باشد. کاهش چنین آسیب‌هایی میتواند کارایی روشهای کنونی را به میزان قابل توجه‌ای افزایش دهد. برای نجات بافت قلب بعد از آسیب رپرفیوژن، روشهای درمانی بیومولکولی پیشنهاد شده است. تحویل دقیق و تقویت شدهی بیومولکولها (بهعنوان مثال، داروها، فاکتور رشد، RNA تداخل کوتاه، آنتی‌اکسیدانت‌ها و داروی سرکوب‌کننده سیستم ایمنی) به میوکاردیوم میتواند اثرات ویرانگر آسیبهای رپرفیوژن را کاهش دهد. درهرصورت، تحویل موفق به قسمت‌های آسیب دیده‌ی میوکاردیوم گمراه‌کننده باقی می‌ماند. نانوذرات قابلیت زیادی در تحویل عامل‌های درمانی به مکانهای آسیب دیده‌ی ایسکمی قلب دارند هرچند معمولا آنها بیش از آنکه در نواحی آسیب دیده قرار بگیرند در ناحیه‌های پیش-آنفارکتوس جمع میشوند. تشخیص گیرنده‌های ویژه بر روی سطح CMهای آسیب دیده (که در نواحی پیش-آنفارکتوس وجود دارند) اولین گام لازم در طراحی نانوذرات کارای بسیار فعال است. بیان بش از حد گیرنده‌های آنژیوتانسین II نوع 1 (AT1) بر روی سطح CMهای آسیب دیده تبدیل به یک هدف امیدوارکننده در طراحی نانوذرات شده است. به‌عنوان‌مثال، نانوذرات اکسید‌آهن سوپرپارامغناطیس آنتی-CD34-درهم آمیخته یا لیپوسومهای هدفمند (همراه با لینگاندهای ویژهی AT1) توانایی زیادی برای هدف قرار دادن قسمت‌های آسیب دیده‌ی میوکاردیوم داخل بدن دارند. از آنجا که آسیبهای ایسکمی منجر به اختلال در مرزهای اندوتلیال میشود، نانوذراتی با زمان گردش خون بالا میتوانند راحت‌تر موانع اندوتلیال را رد کرده و در نواحی آنفارکتوس جمع شوند. این مکانیزم مشابه با نفوذ بهبود یافته و اثر مهاری 90-93 است که پایه‌ی تحویل نانوذرات به چندین گونه از بافتها شامل تومورهای سرطانی سفت و مکانهای التهابی است. بنابراین، برای تحویل غیرفعال بیومولکولها، نانوذرات دارای خواص دارویی بسیار مفید (به‌عنوان‌مثال، نانوذرات پلیمری 95 و لیپوزوم96) غالبا به‌علت چرخش خون طولانی آنها در قیاس با نانوذرات دیگر، دارای کارایی درمانی بالایی هستند. دو مورد مهم باید در مطالعه‌های آینده مورد توجه قرار بگیرد: (1) از آنجا که مقدار کمی از داروها میتوانند از سرخرگ کرونری عبور کنند، توانایی‌های درمانی این ذرات برای بافت‌های قلب باید به دقت تعریف شود; و (2) تأثیر پروتئین کرنا بر کینتیک رهایی بارهای مفید درون‌تنی باید مشخص شود. حلّ این موارد بحرانی به دانشمندان کمک میکند تا دُزهای امن و کارای نانوذرات را برای کاربردهای تحویل بیومولکولی تجویز کنند.
علاوه‌بر بیماریهای ایسکمیک قلبی، کریویموپاتی غیر ایسکمی علل مهم نارسایی قلبی است، مانند کسانی که از طریق شیمی درمانی دچار این بیماری میشوند. عامل‌های سمیَت قلب میتواند بر CMهای بالغ در روشهای مختص بیمار تأثیر بگذارد. نانوذرات همچنین پتانسیل زیادی برای کم کردن توزیع بیویی داروها به بافت‌های قلبی و عروقی نشان داده‌اند و در نتیجه سیمَت قلبی را به کمک بسیاری از عامل‌های فعال از بین برده‌اند. داروهایی که به صورت فراوان استفاده شده است مانند عامل‌های استفاده شده در شیمی‌درمانی، (به عنوان مثال مهار کننده‌های سیکلوکسی اگنازا-2) ، و آنتی بادی‌های مونوکلونال، راغب به هدف قرار دادن گیرنده‌های تیروزین کیناز هستند و نشان داده شده است که مهار کننده‌های مولکولهای کوچک تیروزین کیناز برای CMها سمی هستند. مطالعات انجام شده بر روی روشهای بر پایه‌ی داروهای شخصی نشان می‌دهد که عامل‌های سمی خاص میتوانند سمیت قلبی در یک بیمار ایجاد کنند در صورتی که همان دارو برای یک بیمار دیگر بی‌ضرر است. روشهای درمانی جدید (برای مثال، درمان‌های ترکیبی، که احتمال مقاومت دارویی را کاهش می‌دهد) درحقیقت میتواند سمیت این داروها را در بعضی بیمارها بیشتر کند. با استفاده از نانورساننده‌ها برای تحویل هدفمند داروهای سمی به سلولهای سرطانی، با در نظر گرفتن نفوذ پذیری قابل اغماض بافت‌های قلبی، سمیت قلبی میتواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای کاهش پیدا کند. از آنجا که گزارش‌های کمی برای پشتیبانی از این تئوری وجود دارد، مطالعاتی که سمیت قلبی ایجاد شده به‌وسیله‌ی شیمی درمانی و بیماران عادی را با یکدیگر مقایسه میکنند در این زمینه بسیار مورد توجه است.
با توجه به یافته‌های جدید، بعضی از نانوذرات (به عنوان مثال TiO2) میتوانند عملکرد سلولهای اندوتلیال پیوند پروتئین (یعنی VE-cadherin) را تحت تأثیر قرار دهند و موجب نشت سلولی شوند، نانوذرات دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ویژه که از صدمه زدن به رگهای سلولهای اندوتلیال و سمیَت قلبی جلوگیری میکنند باید طراحی شوند تا بیماران سرطانی از آن بهره ببرند.
راهبردهای داربست‌های نانوساختار برای تعمیر میوکاردیال
بهعنوان یک ECM بیومصنوعی، داربست‌های بافت‌های قلبی برای اندرکنش بهینه با سلولهای قلبی و عروقی در هنگام تجزیه‌ی پله‌به‌پله و تشکیل نئوبافت مهندسی شدهاند. گونه‌های مختلف نانوبیومواد برای بازپسگیری ویژگی‌های بومی ECM102 استفاده شدهاند. در مقایسه با داربست‌های مهندسی بافت شدهی سنتی، بیوموادهای نانوساختار (برای مثال، نانوفیبرها، نانولوله‌ها و داربست‌های نانومتخلخل) دارای نشانه‌های ساختاری و فیزیومکانیکی بیشتری هستند که باعث افزایش پروتئین (مولکولی) و تعاملات سلولی میشود. چنین ECM مانندهایی، فرصت‌های باززایی بافت‌های بیشتری را فراهم میکنند. پژوهش‌های زیادی پیشرفت سیستم‌های نانو- داربستی سیتوسازگار را همراه و بدون سلولها و/یا دیگر ماکرومولکول‌ها، به عنوان یک مدل کشت برای تقلید از پیچیدگی‌های بافتی بیرون‌تنی یا برای کاربردهای دارو رسانی و مهندسی بافتی درون‌تنی پوشش داده‌اند. در پزشکی قلب و عروق، سیستم‌های داربستی بیومهندسی شده به طور فزاینده‌ای بهعنوان پلتفرم‌هایی برای رساندن هدفمند سلولهای درمانی یا بهعنوان پَچ‌های (patch) قلب برای بازسازی بافت‌های قلب به‌کار میروند. استفاده از بافت داربستی قلبی به‌علت زیست‌پذیری ضعیف سلولهای کاردیال (بهعنوان مثال، رسانندگی الکتریکی و انقباض) ، نبود سلولها یا مولکولهای مناسب در پَچ برای راهنمایی باززایی بافتها، نفوذ/پرفیوژن ناکافی در ساختار سه بعدی و ساختارهای مکانیکی و فراساختاری ناکافی دچار مشکلات زیادی است. در کشت پویای داربست‌های سلولی در بیوراکتورهای درون‌تنی، یا با متصل کردن داربست به شبکه‌ی رگهای خونی اصلی در حیوانات، پژوهشگران ابزاری قدرتمند برای انتقال جرم و زیست پذیری سلولهای قلبی پیدا کرده‌اند. برای بهبود معماری بافتی، سختی و ناهمسان‌گردی سلولی در داربست‌های قلب، تعدادی از اصلاحات فیزیکی شیمیایی (به عنوان مثال، فشرده‌سازی / تلفیق یا اتصال متقابل هیدروژل ها) و فرایندهای میکروسازه مورد استفاده قرار گرفته است. یکی کردن ویژگی‌های نانوساختاری در ماتریس قلبی 3بعدی بیومهندسی شده میتواند ویژگی‌های رسانندگی، مکانیکی و چسبندگی را بهبود بخشد و نیز همگونی و عملکرد سلولهای قلبی را هدایت کند.
یک مشکل بزرگ در ساختارهای سلولی متخلخل، زمانی که اسکلت‌های میوکاردیال مهندسی میشوند، محدودیت رابطه‌های بین سلولی و نشر سیگنال الکتریکی به‌علت وجود دیوارهای متخلخل منفرد است. چنین اختلالات هدایتی‌ای میتواند منجر به آرتیمی قلبی پس از کاشت داربست بر روی بافت میوکاردیال شود. نانوساختارهای غیرارگانیک، مانند نانوسیم‌های طلا همراه با سیتوسمیت قابل اغماض، میتواند با CMها واکنش داده تا تداخلات الکترونیکی بوجود آورد و برانگیختگی سلولی را بهبود ببخشد. اخیرا نشان داده شده است که یکی کردن نانوسیم‌های طلا در اسکلت بیوپلیمر (alginate) سه بعدی، منجر به پل زدن دیوارهای متخلخل غیر-رسانا میشود، که این امر اجازه می‌دهد تا ماتریس‌های قلبی و عروقی نانوکامپوزیت همراه با ارتباطات الکتریکی بهبود یافته، یکدستی سلولی، یکپارچگی بافتها و عملکرد انقباضی همزمان مهندسی و ساخته شوند. این نانو-ساختارهای سلولی میتوانند به عنوان پَچ‌های قلبی و عروقی درون‌تنی برای درمان آسیبهای قلبی ایسکمی با احتمال کمتر در دچار شدن به آرتیمی قلبی ناشی از پچ، استفاده شوند.
پچ‌های موجود قادر به احساس کردن یا تحریک کردن سلولهای قلبی و عروقی ساکن در منطقه نیستند. نسل جدید اسکلت‌های قلبی و عروقی نانوکامپوزیت 3بعدی، به‌وسیله‌ی جمع کردن میکرو-الکترودها درون فیبرهای نانوکامپوزیت ماتریس پلی کاپرولاکتون-ژلاتین مهندسی شده است و اکنون این فناوری این اجازه را می‌دهد تا بتوان از راه دور و بدون تخریب از فعالیت‌های انقباضی سلولهای قلبی و عروقی اطلاعات دریافت کرد. این نانو-پچ‌ها، محرک‌های الکتریکی انقباض همزمان سلولهای قلبی و عروقی را مانند آزادسازی درمانگرها فعال میکنند.
این فناوری میتواند بهعنوان یک وسیله نانوبیومهندسی "خود- تنظیم‌شونده" برای کنترل از راه دور شرایط بافت‌های قلبی و عروقی و روند باززایی درون‌تنی و همچنین برای فعال کردن گزینشی یا متوقف کردن روند سلولی و یا مولکولی که مرتبط با بازسازی قلب و عروق هستند بکار برده شود.
گرچه روشهای بر پایه‌ی سلول برای مهندسی بافت‌های قلبی و عروقی پیشرفت‌های زیادی داشته است اما تعداد زیادی چالش و محدودیت باقی‌مانده است که از آن میان میتوان به منابع سلولهای پیوندی، زیست‌پذیری و تعادل فنوتیپ (رُخ‌نمود) به علاوه‌ی چالش‌های تنظیمی اشاره کرد. بیومواد غیر‌سلولی در حال تبدیل شدن به عنوان یک جایگزین برای بازسازی آسیبهای قلبی ایسکمی به‌وسیله‌ی دارورسانی و/یا تحریک سازوکار‌های بومی (درونی) احیا کننده، همراه با حمایت فیزیولوژیک پایه هستند. بر طبق گزارش‌های اخیر، استفاده از پچ‌های قلبی و عروقی کلاژن نوع-1 نانو- فیبریلار بهعنوان رساننده‌ی اپیکاردیال باعث خواهد شد تا بافت‌های قلب پستانداران بعد از MI باززایی شود (شکل 4). با تقلید از سفتی اپیکاردیوم جنینی، پچ غیر سلولی مهندسی شده برای رسانندگی هدفمند پروتئین کاردیوژنیک فلوستیستین- مانند 1 (FSTL1) به بافت‌های قلب مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از یک پچ نانوساختار مملو از FSTL1 باعث تحریک دوباره سلول و تکثیر CMهای بومی میشود و ساختار و عملکرد بافت‌های آسیب دیده در مدل‌های موش و خوک بعد از MI را بازیابی میکند (شکل 4).
در حالی که مبحث مهندسی بافت در حال تکامل است، توجه بیشتری به گسترش راهبردهای بیوتولیدی جایگزین برای کنترل ساختار 3 بعدی نانو-اسکلت با روشهای پربازده‌تر و مختص بیمار در حال شکل‌گیری است. به عنوان مثال میتوان از فناوریهای نانوچاپی و بیوچاپی نام برد که از کمک‌های رایانه‌ای برای لایه نشانی لایه به لایه استفاده میکنند (تولید افزاینده) تا بتواند ساختارهای 3 بعدی با وضوح زیر- میکرومتری بسازند. بیوچاپ 3 بعدی پچ‌های قلبی و عروقی با طراحی رایانه‌ای سه بعدی بافتها/اعضا با کمک تصویربرداری‌هایی مانند MRI، اسکن توموگرافی رایانه‌ای، یا اکوکاردیوگرافی انجام میشود. بیوجوهر با دربرگرفتن سلولهای قلبی و عروقی (بهعنوان مثال، CMs، سلولهای ماهیچه‌ای صاف و اندوتلیال، و سلولهای بنیادی/نیایاخته) و/یا پیشتیبانی از مولکول‌ها (برای مثال، عامل رشد) در هیدروژل‌های بیومتریک آماده میشود. در گام بعدی، بیوچاپگر از طرح مدل رایانه‌ای دیجیتالی برای لایه‌نشانی بیوجوهر قلبی و عروقی بر روی ساختار سه‌بعدی دلخواه استفاده میکند. ساختارهای (پچ‌های) بیوچاپ‌شده برای رشد بیشتر و بالغ شدن بافت قلبی و عروقی به‌صورت بیرون‌تنی کشت میشوند و به‌صورت بیرون‌تنی (برای مثال، برای مدل‌سازی بیماری یا غربالگری داروها) یا بهعنوان پیوند بافت درون‌تنی قلب امتحان میشوند. رساندن پچ‌های چاپ شده به بافت‌های قلبی آسیب‌دیده، از راه‌های توراکوتومی چپ و پیوند مستقیم پچ بر روی سطح اپیکاردیال قلب امتحان شده است. تلاشهای کنونی برای <نوشتن> به‌وسیله‌ی نانوفیبرهای الکتروریسی‌شده، امیدواری‌های زیادی را برای ساخت مستقیم قالب‌های بافت سه‌بعدی همراه با ساختار بهینه شدهی سلسله مراتبی و سازمان سلولی بوجود آورده است. تحویل عامل‌های پاراکرین/محافظ قلب (برای مثال، RNAهای میکرو و کوچک دخیل) به‌علت تنظیم مکانیزم‌های سلولی و مولکولی مرتبط با آسیبهای ایسکمی قلبی میتواند باززایی پچ‌های نانوساختار را بهبود بخشد. درهرصورت، ساخت سیستم‌های نانو-اسکلت بیومهندسی‌شده که رساندن هدفمند مواد بیوشیمیایی و فیزیومکانیکی به سلولهای آسیب‌دیده‌ی قلب برای فعال کردن/قویتر کردن روند باززایی را ممکن می‌سازند همچنان یک چالش محسوب میشود. طراحی و گسترش سیستم‌های هیبریدی نانوبیومواد جدید که دارای ترکیب و ساختار بیومتریک برتر برای دستیابی به قلمه‌زنی اساسی در بافت‌های قلب هستند بهعنوان هدف نهایی در این مبحث شناخته میشود.
چالش‌های موجود در طراحی نانوذرات برای کاربردهای بالینی
برخلاف تجهیزات فراوان و به سرعت در حال گسترش فناوری نانو که تا به امروز بهوجود آمده است، تنها تعداد کمی از آنها به مرحله‌ی آزمایشهای بالینی رسیده‌اند و تعداد کمتری از آنها برای مصارف بالینی تأیید شدهاند. بخشی از این مشکل به‌علت چالش‌های موجود برای سنتز قابل کنترل و قابل تکرار نانوذراتی است که لازم است تا به صورت بزرگ‌مقیاس تولید شده تا برای مصارف تجاری و بالینی به‌کار برده شوند. نانوذرات در مقایسه با داروهایی با مولکولهای کوچک به‌علت گردش خون سیستمیک، دسترسی به بافت و رفت و آمد درون سلولی با محدودیتهای فیزیولوژیکی ویژه‌ای روبرو هستند. ملزوماتی که باید در مورد نانوذرات در نظر گرفت بیشتر از ملزوماتی است که برای داروهای مولکولی وجود دارد. چیزی که بیش از پیش مشخص است این است که هویت فیزیوشیمیایی نانوذرات، ترکیبات پروتئین کرنا را در سطح مشترک نانوبیو تحت تأثیر قرار می‌دهد (هویت بیولوژیکی نانوذرات) ، این موضوع اهمیت سنتز قابل تکرار نانوذرات را برجسته میکند. ما و بقیه چندین عاملی که تاکنون بدون توجه باقی‌مانده است را گوشزد کرده‌ایم (برای مثال، تغییرات کوچک دما، تغییرات دمای محلی در نانوذرات هایپرترمیک، غلظت پلاسما و نوع بیماری) که میتواند ترکیب پروتئین کرنا را تغییر دهد و گسترش و تولید پروتئین کرنا را پیچیده‌تر از آنچه قبلا تصور میشد کند. ما معتقدیم که تغییرات داخلی و بیرونی در ترکیب پلاسمای خون بیمار و تغییرپذیری نتایج در هویت بیولوژیکی نانوذرات باید به دقت به عنوان بخشی از راهبرد گسترش که میتواند شخصی‌سازی درمان را در پی داشته باشد در نظر گرفته شود. تاکنون، تقریبا تمام مقالات در مبحث پروتئین کرنا تأثیر این عوامل (و به طور دقیقتر، تأثیر بیماریهای انسان و مراحل آن) بر روی هویت بیولوژیکی نانوذرات را نادیده گرفتهاند. این امر منجر به بعضی نتایج ناهمخوان شده است، که از این میان میتوان به نتایج زیر اشاره کرد: (1) تغییرپذیری زیاد در پروتئین کرنای شکل گرفته بر روی نانوذرات یکسان; (2) اختلاف اساسی بین خوانش درون‌تنی و بیرون‌تنی; (3) اختلاف بین کارایی هدفمندی و کارایی درمانی یک نانوذره در مکانهای مختلف; و (4) نتایج بالینی ناموفق نانوذره‌هایی که آزمایشهای موفق درون‌تنی و بیرون‌تنی را پشت سر گذاشته‌اند. این شاید یکی از دلایل اصلی باشد که برخلاف پیشرفت‌های فراوان در نانوداروها، تعداد کمی از نانوذرات به مرحله‌ی آزمایشهای بالینی رسیده‌اند.
گلیکونانومواد درکاربردهای زیست حسگری
ارسال در تاريخ سه شنبه بیست و ششم دی ۱۳۹۶ توسط شهنوش افشار
نانومواد به دسته‌ای از ساختارها با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی منحصر به‌فرد گفته می شود که داربست‌های بسیار خوبی برای عرضۀ کربوهیدرات‌ها هستند. کربوهیدرات‌ها بیومولکول‌های مهمی هستند که بسیاری از وقایع بیولوژیکی را وساطت میکنند. نانومواد عرضه کنندۀ کربوهیدرات‌ها (گلیکونانومواد) ویژگی‌های نانومواد را با تشخیص بیومولکولی ترکیب میکنند. این ساختارها میتوانند اثرات چندگانه قوی ایجاد کنند. در این ساختارها داربست‌های نانومواد به میزان زیادی تمایل نسبتاً ضعیف هریک از لیگاندهای کربوهیدراتی را نسبت به گیرنده‌های آنها افزایش می‌دهند و به‌طور مؤثر برهمکنش‌های ایجاد شده با واسطه کربوهیدرات‌ها را تقویت میکنند. در نتیجه گلیکونانومواد بستر مناسبی برای کاربردهای زیست حسگری هستند. در این مقاله، شیمی کانژوگه شدن کربوهیدرات‌ها به نانومواد، خلاصه‌ای از راهبردها و نمونه‌های جدول‌بندی شده‌ای از کاربردهای گلیکونانومواد در حسگری درون تنی و برون تنی پروتئین ها، میکروب‌ها و سلولها مرور شده‌است. علاوه‌بر این، محدودیتها و چشم اندازهای آینده سیستم‌های حسگری گلیکونانومواد نیز بررسی شده‌است.
1-مقدمه
کربوهیدرات‌ها در سیستم‌های زنده ضروری هستند و مجموعاً بالاترین فراوانی را در میان تمام بیومولکولها در طبیعت دارند. آنها همانند منبع انرژی و حد واسط‌های متابولیکی عمل میکنند. کربوهیدرات‌های کانژوگه با پروتئینها و لیپیدها، تشخیص‌های مولکولی، انتقال سیگنال، ترافیک مولکولی، اتصال سلولی، تمایز سلولی، التهاب و پاسخ‌های ایمنی را وساطت میکنند. با این حال، برهمکنش‌های منفرد مبتنی بر کربوهیدرات‌های منفرد اغلب تمایل کمی دارند. برای غلبه بر این محدودیت، طبیعت از مزایای اثرات چندظرفیتی استفاده کرده است. در این حالت کربوهیدرات‌ها با تعامل یکدیگر به‌صورت خوشه‌ای با گیرنده‌ها برهمکنش میکنند. گلیکونانومواد که در آنها از نانومواد بهعنوان داربست برای عرضۀ کربوهیدرات‌ها استفاده میشود، اخیراً بهعنوان ساختارهای مهمی شناخته شدهاند و پتانسیل بالائی در کاربردهای مختلف از جمله سنسینگ و تشخیص نشان داده‌اند. نانومواد در مقایسه با سایر انواع داربستها، ویژگی‌های جالبی را بهعنوان حاملین کربوهیدرات‌ها ارائه می‌دهند؛ از جمله این ویژگیها میتوان به ناحیه سطحی ویژه برای انطباق تراکم بالایی از لیگاندها، اندازه و شکل قابل تنظیم برای تعدیل تراکم لیگاند و نمایش دادن آنها، ابعاد نانو برای جستجوی برهکنش با ارگانیسمها و ویژگی‌های نوری، الکترونیکی، فوتونی و مغناطیسی منحصر به‌فرد برای تغییر و تبدیل سیگنالهای تشخیصی مولکولی در جهت اهداف سنسینگ و تشخیص اشاره کرد.
ما در این مقاله مروری، مختصری از شیمی اتصال برای گلیکونانومواد که شامل یک روش کانژوگه شدن فوتونی توسعه یافته در آزمایشگاه خودمان است، ارائه شده است. سپس سنتز گلیکونانومواد بر پایه طلا، اکسید آهن، نقاط کوانتومی، سیلیکا، لیپوزوم، پلیمر و دندریمر و کاربردهای درون تنی و برون تنی آنها را در سنسینگ و تصویربرداری از پروتئین ها، میکروب‌ها و سلولها توضیح داده شده و در نهایت، محدودیتها و چشم اندازهای آینده در این زمینه را بیان شده است.
2-کانژوگه شدن کربوهیدرات‌ها با نانومواد
گلیکونانومواد معمولاً به‌دنبال دو راهبرد عمومی کانژوگه شدن شامل برهمکنش‌های غیر کوالانسی و باندهای کوالانسی تولید میشوند که هر دوی اینها با مزیت‌ها و محدودیتهای مختلفی همراه هستند. روشهای کوالانسی در مقایسه با روشهای غیر کوالانسی بهدلیل پایداری بیشتر محصولات افزایشی کوالان، به میزان بیشتری استفاده میشوند. راهبرد جفت شدن فوتونی در گروه ما ایجاد شد و از پرفلوروفنیل آزیدهای عامل دار شده برای تشخیص مولکولی استفاده شده است که یک روش مؤثر در این زمینه است.
2-1 کانژوگه شدن غیر کوالانسی
روش غیر کوالان وابسته به کانژوگه شدن ساختارهای کربوهیدرات‌ها با نانومواد از طریق برهمکنش‌های معمول غیر کوالانسی مانند برهمکنش‌های یونی، اتصالات هیدروژنی، نیروهای واندروالس یا اثرات سولوفوبیک است. از این روش معمولاً تحت شرایط نسبتاً ملایم استفاده میشود و اغلب یا به هیچ یک مشتقات شیمیایی لیگاندهای کربوهیدراتی یا سوبستراهای نانومواد نیاز ندارد یا به حداقل آنها بسنده میکند. این برهمکنش‌ها میتوانند گاهی بسیار قوی باشند، بهعنوان مثال براساس تشخیص بیوتین-استراپتاویدین. اما استحکام باندها همچنین ممکن است ضعیف‌ترباشد که میتواند منجر به جداشدن و در نتیجه افزایش برهمکنش‌های غیر اختصاصی با هدف مورد نظر گردد. این فرآیند همچنین میتواند غیر انتخابی بوده و در مقایسه با اتصالات کوالانسی کمتر قابل کنترل باشد. از آنجایی که این اثرات میتوانند به‌صورت حساس و اختصاصی در کاربردهای سنسینگ اثر داشته باشند، باید مد نظر قرار گرفته شوند. با این وجود برای سیستم‌های خاصی این روش بسیار مفید است و به‌طور مؤثر برای ساختارهای کربوهیدراتی بزرگ مانند پلی ساکاریدها، گلیکوپروتئین‌ها و گلیکولیپیدها به کار می‌رود.
2-2 کانژوگه شدن کوالانسی
مونو و الیگوساکاریدها معمولاً با نانومواد به‌صورت کوالان، به‌صورت مستقیم یا از طریق واکنش‌های جفت شدن پس از تغییر و اصلاح کانژوگه میشوند. این روش دارای مزیت ایجاد اتصالات قوی و ساختارهای سطحی مستحکم است. مثالهای معمول شامل جاذب‌های شیمیایی تیول/دی سولفیدی برروی طلا و نقاط کوانتومی، فسفات‌ها بر روی اکسید آهن و سیلانها بر روی سیلیکا است. از میان سیستم‌های کوالان مختلفی که ارزیابی شده اند، تیول/طلا بیشتر از همه مطالعه و استفاده شده است. این سیستم، به خوبی اثبات شده است و نسبتاً پایدار و تکرارپذیر است. جفت شدن به‌دنبال تغییرات پسین بر پایه کانژوگه شدن معمول عامل‌های شیمیایی است که در اینجا گروههای عاملی مکمل با یکدیگر برهمکنش میکنند تا اتصالات کوالانسی ایجاد کنند؛ مانند آمیدها و ترایزول؛ها. با این حال، این روش معمولاً به مشتقات شیمیایی کربوهیدرات‌ها نیاز دارد که سنتز آنها بهویژه برای ساختارهای الیگوساکاریدی ممکن است با چالش‌های قابل ملاحظه‌ای مواجه باشد. به منظور دستیابی به کنترل بالای فضایی و زمانی فرآیندهای کانژوگه شدن، ما یک شیمی جفت شدن فوتونی، بر پایه فلورینه شدن آزیدهای آریلی توسعه دادیم. پس از تابش نور و خروج نیتروژن از گروه آریل آزید، واحدهای نیترینی منفرد تشکیل میشود که میتواند بهداخل باندهای کربن-هیدروژن وارد شده یا به باندهای c=c اضافه گردد. این روش به‌طورموفق برای کانژوگه شدن کربوهیدرات‌ها، مولکولهای کوچک، پلیمرها، مواد کربنی و نانوذرات گسسته برای نانومواد مختلف به کار گرفته شده است.
3-سنتز گلیکونانومواد
در این بخش، ما بر چند نوع کلیدی از گلیکونانومواد از جمله گلیکونانومواد طلا، اکسید آهن، کربنی، نقاط کوانتومی، سیلیکا، لیپوزوم، پلیمر و دندریمر تمرکز کرده‌ایم. روشهای سنتزی خاص برای گلیکونانومواد به‌صورت خلاصه آورده شدهاند.
3-1 گلیکونانومواد طلا
نانوذرات طلا، اساساً بهدلیل شیمی سطح و آماده‌سازی راحت و ساده، پایداری بالا، و ویژگی‌های اپتوالکترونیکی جالب توجه، پرکاربردترین و شناخته شده‌ترین نانومواد هستند. این ذرات تحت تابش نور منجر به متمرکز شدن رزونانس پلاسمون سطحی (LSPR) می‌گردند؛ LSPR اثری است که به میزان زیادی به محیط دی الکتریک نزدیک به سطح نانوذرات حساس است. این پدیده ساختارهای مفیدی را برای تغییر و تبدیل وقایع تشخیصی در سطح فلز ایجاد میکند. یک تکنیک سنسینگ رنگ سنجی بر اساس تغییر LSPR توسعه یافته است. زمانی که برهمکنش‌های رسپتور-کربوهیدرات باعث تجمعات اضافی از نانومواد طلا گردد، تغییرات بزرگتر LSPR رخ خواهد داد که منجر به تغییرات شدید رنگی میشود. این تغییرات اغلب به‌وسیله‌ی چشم غیر مسلح دیده میشوند. این ویژگی نوری منحصر به‌فرد باعث سنسینگ و تشخیص بسیار حساس میشود. بهعلاوه، اثر LSPR منوط به پدیده چشمک زدن است؛ این پدیده اثری است که با نقاط کوانتومی یا رنگ بری نوری فلوروفور ساختارهای آلی همراه است.
چندین روش برای سنتز گلیکونانومواد طلا به کار گرفته شده است. یکی از این روشهای ساده از قندهای احیا‌کننده هم بهعنوان عوامل احیا‌کننده و هم بهعنوان لیگاندهای کلاهکی در طول تشکیل نانومواد طلا استفاده میکند. زمانی که پیش سازهای طلا به‌وسیله‌ی کربوهیدرات‌ها احیا میشوند تا نانومواد طلا تولید شود، برهمکنش‌های هیدروکسیل/طلا منجر به ایجاد یک لایه کربوهیدراتی محافظی بر روی نانومواد طلا میشود. یکی دیگر از روشهای درجا شامل افزودن کربوهیدرات‌های تیولی به پیش سازهای طلا است. کربوهیدرات‌های تیولی هنگامی که نانومواد طلا تشکیل میشوند، بهعنوان لیگاند کلاهکی برای نانومواد طلا عمل میکنند. یکی از محدودیتهای این روش، آن است که اندازه ذرات بسته به ساختار لیگاند و همچنین شرایط آزمایش به میزان زیادی متغیر است که پیش بینی و کنترل آن مشکل است. در روش تبادل لیگاند، ابتدا نانوذرات طلا ساخته میشوند و سپس لیگاند اصلی به‌وسیله‌ی کربوهیدرات‌هایی جایگزین می‌گردند که در انتهای آنها تیول قرار دارد. این پروتکل به‌طور تکرارپذیر نانوذراتی با اندازه قابل پیش بینی تولید میکند. به‌طور مشابه، در پروتکل جفت شدن فتونی، در ابتدا نانوذرات طلا در معرض آزیدهای پرفلوروآریل خاتمه یافته با تیول/دی سولفید و سپس در حضور کربوهیدرات‌ها در معرض نور فعال‌کننده قرار می‌گیرند. با این پروتکل طیف وسیعی از مونو، الیگو یا پلی ساکاریدها با نانومواد مختلف کانژوگه شدهاند.
3-2 گلیکونانومواد مگنتیکی
نانومواد مگنتیکی نوع مهمی از نانومواد هستند که در زمان قرار گرفتن در معرض میدان‌های مغناطیسی خارجی خواص مگنتیکی نشان می‌دهند. نانوذرات مگنتیکی (Fe3O4) رایج‌ترین نوع مورد استفاده در کاربردهای سنسینگ هستند. ویژگی‌های اصلی نانوذرات Fe3O4 شامل: 1) روشهای آماده‌سازی ساده برای تولید ذراتی با اندازه nm 5-30 2) زیست سازگاری بسیار عالی همانند فرمولاسیون‌های Feridex تأیید شده به‌وسیله‌ی FDA برای تصویربرداری از کبد و Feraheme برای کم خونی فقر آهن 3) نسبیت‌های مغناطیسی بالا که باعث میشود این مواد به خوبی بهعنوان عوامل کنتراست برای تصویربرداری رزونانس مغناطیسی درون تنی/ برون تنی مناسب باشند 4) سهولت در عامل دار کردن سطح آنها.
راحت‌ترین روش برای اتصال کربوهیدرات‌ها به نانوذرات اکسید آهن بهره‌گیری از مزیت ویژگی‌های پایداری آنها در طول سنتز نانوذرات است. با این وجود، معمولاً در این روش کربوهیدرات‌های بیشتری مورد نیاز هستند؛ بنابراین این روش برای پلی ساکاریدهایی استفاده میشود که در دسترس باشند. یک راهبرد دیگر اعمال تغییرات برروی نانوذرات از پیش ساخته شده به‌وسیله‌ی کانژوگه شدن کوالانسی است؛ بهعنوان مثال کانژوگه شدن کربوهیدرات‌های کربوکسیله به نانوذرات اکسید آهن آمین دار. کربوهیدرات‌ها به‌وسیله‌ی واکنش CuAAC نیز کانژوگه شدهاند. در این واکنش مشتقات آلکینی کربوهیدرات‌ها میتوانند با نانوذرات آزیدی واکنش دهند. همچنین گزارش شده است که این نوع از جفت شدن نسبت به جفت شدن مشتقات آزیدی کربوهیدرات‌ها به نانوذرات آلکیله کارایی بهتری نشان می‌دهد. علاوه‌براین، کربوهیدرات‌های بیوتینه سنتز شدهاند و به نانوذرات مگنتیکی با پوشش استرپتاویدین کانژوگه شدهاند. شیمی جفت شدن فوتونی ما نیز میتواند برای ساختن گلیکونانومواد مگنتیکی به کار رود. در این مورد، نانوذرات اکسید آهن با مشتقات فسفات PFPA تیمار شدند که قبلاً به‌وسیله‌ی فعال شدن نوری با کربوهیدرات‌ها کانژوگه شده بودند.
3-3 گلیکونانومواد کربنی
نانومواد کربنی شامل طیفی از مواد مانند کربن بی‌شکل تا فولرینهای تازه کشف شده، کربن نانوتیوب‌ها (CNTs) و گرافن هستند. بسیاری از ویژگی‌های فیزیکی جالب توجه این مواد باعث شده است که برای زیست حسگری بسیار مفید باشند. با این وجود، این مواد از لحاظ شیمیایی نسبتاً غیر فعال، فاقد عملکرد فعال و حلالیت ضعیف در آب بوده و به‌طور بالقوه برای سلول سمی هستند. به هرحال میتوان از طریق عامل دار کردن کربوهیدرات‌ها بر این مسئله غلبه کرد، بهطوریکه حلالیت، زیست سازگارپذیری و قابلیت سنسینگ را بهبود بخشید.
بهدلیل اینکه مواد کربنی عموماً غیر قطبی و هیدروفوب هستند، روشهای کانژوگه شدن غیر کوالانسی اغلب وابسته به نیروهای واندوالس، پیوندهای پای و اثرات هیدروفوبیک هستند. بنابراین قبل از تیمار با سوبسترای کربنی معمولاً لازم است مشتق‌سازی کربوهیدرات‌ها با گروههای لیپوفیلیک از جمله لیپیدها، هیدروکربن‌های پلی آروماتیک یا پورفیرینها صورت گیرد. بهدلیل اینکه در این موارد گلیکونانومواد از لحاظ شیمیایی عامل دار نیستند، ویژگی‌های فیزیکی آنها میتواند حفظ شود.
تغییرات کوالان به نانومواد کربنی، کربوهیدرات‌ها یا به هردوی آنها نیاز دارند تا از نظر شیمیایی عامل دار شوند. در میان نانومواد کربنی، هموژن‌ترین ساختارها با فولرینها به‌دست آمده‌اند. در رابطه با گرافن و نانوتیوب‌های کربنی، رایج‌ترین نوع مواد اکسیده شده هستند که به میزان بیشتری هم عامل دار میشوند؛ مانند ساختارهای کربوهیدراتی آمین دار. گرافن پریستین و نانوتیوب‌های کربنی نسبتاً غیرفعال بوده و لازم است برای فعال شدن شیمیایی از گونه‌های فعال استفاده کنند. نمونه‌های آنها شامل رادیکالهای آریلی از نمک‌های دی آزونیوم آریل، افزودن سیکلیک دو قطبی 1و3 ترکیبات ylide آزومتین برای تشکیل پیرولیدین و افزودن سیکلیک نیترنها برای تشکیل آزیریدینها است. بهعنوان مثال مطالعات گروه ما نشان داد که به‌طور اخص نیترنهای پرفلوروفنیل یگانه مفید هستند و به میزان زیادی با نانومواد کربنی واکنش می‌دهند. هنگامی که این مواد فعال شدند، گروههای عاملی که میتوانند به سهولت برای کانژوگه شدن با کربوهیدرات‌ها به کار گرفته شوند وارد عمل شوند.
3-4 گلیکونانومواد نقاط کوانتومی
نقاط کوانتومی غیرآلی نانومواد نیمه‌هادی لومینسانس با ویژگی‌های فیزیکی جالب توجه برای زیست حسگری هستند. نقاط برای نمونه کوانتومی میتوانند برانگیختگی نوری وسیع و انتشاری محدود با بازده کوانتومی خوب نشان دهند و کمتر مستعد رنگ رفتگی نوری هستند. این ویژگیها همراه با امکان حضور لیگاندهای چند ظرفیتی برای کاربردهای سنسینگ و تصویربرداری قابل توجه هستند. گلیکونانومواد نقاط کوانتومی میتوانند از طریق سرپوش‌گذاری نقاط کوانتومی با کربوهیدرات‌ها از طریق برهمکنش‌های غیر کوالان از جمله برهمکنش‌های آبگریز و الکتروستاتیک با مخلوط کردن نقاط کوانتومی پوسته-هسته CdSe/ZnS منفی پوشش دار شده با کربوکسی متیل دکستران و گروههای سولفانیل سوکسینات با پلی لیزین‌های مثبت تهیه شوند. روشهای کووالان شامل پروتکل‌های درجا هستند؛ بهعنوان مثال میتوانند براساس افزودن گلیکوکانژوگه‌های جدید تیول دار به محلولهای پیش ساز نقاط کوانتومی باشند. پروتکل تبادل لیگاند مشابه با سنتز گلیکونانومواد طلا است که در آن عوامل پوشش اولیه میتوانند به‌وسیله‌ی مشتقات تیولی گلیکوکانژوگه‌ها جایگزین شوند. گلیکونانومواد نقاط کوانتومی نیز همانند نانوذرات طلا به‌وسیله‌ی پروتکل‌های تغییرات پسین تهیه شدهاند.
3-5 گلیکونانومواد سیلیکا
نانومواد سیلیکا بسیار انعطاف‌پذیر بوده، پایداری مکانیکی و گرمایی زیادی نشان می‌دهند، پراکندگی خوبی در آب دارند و به راحتی فعال میشوند. در میان اشکال مختلف سیلیکا، به‌طور ویژه نانومواد مزوپور سیلیکا قابل توجه هستند که دارای اندازه منافذ بزرگتر، حجم داخلی زیاد و نواحی سطحی وسیعی هستند. اگرچه نانومواد سیلیکا ذاتاً دارای ویژگی‌های مگنتیکی یا نوری نیستند، این ویژگیها میتوانند به راحتی از طریق به دام انداختن رنگ‌های فلورسانت یا انکپسوله کردن نانوذرات مگنتیک/کوانتوم دات/ طلا ایجاد شوند که استفاده از این مواد را در سنسینگ یا تصویربرداری امکانپذیر میکنند.
کربوهیدرات‌ها معمولاً از طریق راهبردهای تغییرات پسین از جمله تشکیل آمید/تری آزول و جفت شدن فوتونی با نانومواد سیلیکا کانژوگه میشوند. مثالهایی از روش محبوب CuAAC شامل کانژوگه شدن مشتقات کربوهیدراتی آزیدی یا آلکینی است. استفاده از مورد دومی منجر به تولید نانوذرات سیلیکای نمایش دهنده گالاکتوز برای سنسینگ سلولهای سرطانی کبد شده است. به‌طور مشابه، تومورهای جامد با نانوذرات مزوپور سیلیکای مانوز دار مورد هدف قرار گرفتند. علاوه‌براین، روش جفت شدن فوتونی ما برای نانوذرات سیلیکای آریل آزیدی به کار گرفته شد که منجر به تشکیل گلیکونانوموادی گردید که به‌طور موفقیت آمیز برای تشخیص پروتئینها، باکتری‌ها و سلولهای سرطانی به‌کار گرفته شد.
3-6 گلیکونانومواد لیپوزوم/میسل
مولکولهای آمفی فیلیک شامل گروههای رأسی کربوهیدارتهای هیدروفیلیک هستند. بخش‌های زنجیره هیدروکربنی لیپوفیلیک به‌طور کلی در محلولهای آبی قادر به تجمع هستند. برخی از آنها ساختارهایی را تشکیل می‌دهند که میتوانند در نهایت بسته به طول نسبی، اندازه و ساختارهای بخش‌های درگیر منجر به تشکیل گلیکونانومواد لیپوزومی یا میسلی شوند. یک دسته بزرگی از این ساختارهای آمفی فیلیک به‌طور طبیعی در غشاهای زیستی وجود دارند (گلیکولیپیدها) و نقش‌های مختلفی را در سیستم‌های زنده ایفا میکنند. این ساختارها و سایر ساختارها میتوانند از ماهیت‌های لیپوفیلیک مناسبی مانند الکل‌های چرب، فسفولیپیدها و کلسترول تهیه شوند. گلیکونانومواد لیپوزومی یا میسلی حاصل از خود مونتاژی میتوانند شامل چندین ویژگی جالب مانند سازگارپذیری و ظرفیت بارگذاری بالا باشند. علاوه‌براین، این ساختارها این توانایی را دارند که در اثر برهمکنش با غشاهای سلولی، بهعنوان مثال بهدلیل فیوژ شدن با دولایه‌های لیپیدی غشاهای سلولی، به‌طور مؤثر به‌وسیله‌ی سلولها جذب شوند. از نظر تشابه با گلیکولیپیدهای سطح سلولی، این ساختارهای خودمونتاژ برای کاربردهای متعددی از جمله برای توسعه مهارکننده‌ها و بیوسنسورها پتانسیل زیادی دارند.
راهبردهای بسیاری برای تهیه گلیکونانومواد میسلی یا لیپوزومی از طریق خودمونتاژی ساختارهای آمفی فیلیک بهوجود آمده‌است. روشهای سنتزی اصلی برای تجمعات چند ظرفیتی عبارتند از: 1) خودمونتاژی مستقیم مولکولهای آمفی فیلیک گلیکوزیله مناسب؛ بهعنوان مثال براساس پلی اتیلن گلیکول، پپتیدها و یا لینکرهای آلکیلی با زنجیره‌های کربنی بلند 2) الحاق مولکولهای آمفی فیلیک گلیکوزیله با ماتریس‌های لیپیدی مناسب در نسبت‌های مولی بهینه (معمولاً 5 تا 10%) 3) عاملدار کردن لیپوزوم‌ها یا میسل‌های از پیش ساخته شده با ساختارهای کربوهیدراتی خاص.
گلیکونانومواد لیپوزومی یا میسلی بهدلیل روش ساخت ساده، همواره برای کاربردهای زیست پزشکی و همچنین بهعنوان ابزاری برای زیست حسگری کاربرد داشته‌اند. با این وجود چالش‌هایی وجود دارد که باید برای افزایش کارایی در فناوری سنسینگ مورد توجه قرار بگیرند. بهعنوان مثال، بهدلیل خطر بالای فروپاشی وزیکول‌ها در اثر غلظت بالای عناصر گلیکولیپیدی دستیابی به غلظت بالای کربوهیدرات‌های سطحی مشکل است. بهعلاوه، کنترل جهت و تحرک اجزای کربوهیدراتی مشکل است که منجر به کاهش دسترسی به کربوهیدرات‌های سطحی برای تشخیص بهینه میگردد. علاوه‌براین ممکن است این ساختارها پایداری نسبتاً پائینی داشته باشند و فرآیند‌شناسایی و تشخیص با چالش روبرو گردد.
3-7 گلیکونانومواد پلیمری
برخی از محدودیتهای مربوط به لیپوزوم‌ها را میتوان با گلیکونانومواد پلیمری یا دندریمری، یعنی ساختارهای سنتتیک پلیمری/دندریمری متشکل از یک هسته یا یک بخش الحاقی از گروههای کربوهیدراتی برطرف نمود. به این ترتیب در اصل میتوان بدون ایجاد آشفتگی شدید در ساختار نانوذرات، تراکم سطحی کربوهیدرات‌ها را بهبود بخشید. علاوه‌براین، از آنجاییکه چند ظرفیتی بودن یک ویژگی جذاب برای کاربردهای سنسینگ و تشخیصی است، در زمینه پلیمرها و دندریمرها بهعنوان چارچوب‌هایی برای نمایش کربوهیدرات‌ها توجهات زیادی ایجاد شده است تا برهمکنش‌های بین بخش‌های اتصال دهنده را افزایش دهند. این ویژگیها به همراه تحولات آنها در کنترل ساختاری و زیست سازگارپذیری بالا پتانسیل زیادی را برای این مواد ارائه می‌دهند تا بتوانند در تشخیص و سنسینگ درون تنی و برون تنی به کار گرفته شوند.
کد گلیکانی ارگانیسم‌های زنده بسیار وابسته به ساختار است؛ در نتیجه در جاییکه تفاوت‌های ساختاری کوچک ممکن است به میزان زیادی بر اتصال به هدف اثر داشته باشند، بایستی کربوهیدرات‌های سطح گلیکونانومواد پلیمری با دقت بالا طراحی شوند. آرایش صحیح کربوهیدرات‌ها به همراه اسکلت پلیمری برای انجام کامل تشخیص اختصاصی و اثرات ارتباطات سلولی ضروری و مهم است. در اصل، برای سنتز گلیکونانومواد پلیمری میتوان از دو روش استفاده کرد: پلیمریزاسیون با مونومرهای عامل دار کربوهیدراتی و پیوند زدن اجزای کربوهیدراتی به یک ستون پلیمری. در ابتدا هر دو روش به یک شیوه تصادفی انجام شدند که منجر به کنترل نسبتاً پائین ساختار دقیق میشد. با این وجود، تحولات اخیر در پلیمریزاسیون کنترل شده (رادیکالی) و سنتز فاز جامد منجر به بهبود و تقویت ساختاری شدهاند. این تلاشها، براساس شیمی پلیمر مدرن در ترکیب با علم گلیکومواد منجر به افزایش شناخت گلیکونانومواد پلیمری و دندریمری شده است و معماری‌های پیچیده‌ترتعریف شده از اشکال مختلف با سازگارپذیری و تمایل‌های بیشتر را امکانپذیر کرده است. گلیکونانومواد به‌دست آمده پتانسیل زیادی برای بسیاری از کاربردهای بیولوژیکی بویژه برای بیوسنسورها نشان می‌دهند. با این وجود، برخی از ویژگی‌های آنها بویژه با توجه به همگن بودن ساختارهای حاصل از سنتز پلیمری، ممکن است منجر به ایجاد محدودیت‌هایی شوند. این اثرات ممکن است برای کاربردهای خاصی از جمله اتصال و تصویربرداری کیفی از اهمیت کمتری برخوردار باشند، اما به‌طور جزئیتر، آنالیز کیفی به میزان زیادی به اجزای همگن‌ترنیاز دارد.
3-8 گلیکونانومواد دندریمری
در مقایسه با پلیمرهای معمول، دندریمرها در اصل ماکرومولکولهای تک تفرقی با معماری‌های معمولاً کروی و شناخته شده هستند. این ساختارها معمولاً تقارن زیادی دارند و از یک داربست هسته‌ای با انشعابات شاخه‌ای تشکیل شدهاند که با گروههای عاملی خارجی آرایش یافته‌اند.
علاوه‌براین دندریمرها، یعنی ساختارهای دندرتیکی غیر کروی برپایه نقاط کانونی منفرد، میتوانند به جای هسته‌هایی با انشعابات نقطه‌ای در تمام جهات استفاد شوند. ساختارهای دندریمری معمولاً شامل حفره‌های داخلی برای عمل انکپسوله کردن هستند در حالی که گروههای خارجی عملکردهای حلالیت و شیمیایی را تعریف میکنند. بنابراین سنتز تجدیدپذیر ماهیت‌هایی با ساختارهای تعریف شده قابل دسترس است که این ساختارهای میتوانند برای کاربردهای ویژه‌ای استفاده شوند. این ویژگیها منجر به توسعه نانو ساختارهای پیچیده تعریف شده‌ای با عامل‌های کربوهیدراتی شدهاند که این ساختارها نسبت به لیپوزوم‌ها قویتر بوده و به میزان بیشتری میتوانند دچار تغییر و اصلاح شوند. با توجه به توسعه راهبردهای سنتزی مؤثر و کارا میتوان تراکم لیگاندها را به خوبی کنترل کرد.
دیده شده گلیکونانومواد دندریمری حاصله کاربردهای مهمی در فن آوری و علم قندها دارند. نمونه‌های زیادی از این ساختارها در طول دو دهه اخیر با هدف اصلی افزایش کارایی اتصال از طریق اثر چندظرفیتی گزارش شده است. سه نوع از گلیکونانومواد دندریمری را میتوان هم برپایه ساختارهای هسته کربوهیدراتی، ماهیت‌های کربوهیدراتی اتصالی و هم برپایه دندریمرهای تماماً سنتز شده از کربوهیدرات‌ها به روشهای مختلف واگرایی (از هسته و انشعابات) و همگرایی (سوار شدن دندرون ها) را به راحتی میتوان از یکدیگر تمایز داد. این دو روش سنتزی بر اساس توالی واکنش‌های تکراری هستند که هر یک از این تکرارها منجر به یک نسل جدید دندرتیکی میشود. روش واگرایی به شیمی ارتوگونال بسیار مؤثر به منظور اجتناب از واکنش‌های ناکامل و کاهش پیچیدگی‌های فضایی بالقوه نیاز دارد. از طرف دیگر، روش همگرا به طور معمول گلیکونانومواد دندریمری با خلوص زیاد ایجاد میکند، اما ممکن است باعث محدودیتهای فضایی با هسته‌های ممانعتی گردد. گلیکونانومواد دندریمری زمانیکه در کاربردهای سنسینگ استفاده میشوند، مزایایی را بهعنوان ماهیت‌های نمایش دهنده کربوهیدرات‌ها نشان می‌دهند. آنها معمولاً ساختارهای تعریف شده‌ای هستند که پایداری‌های شیمایی زیادی را نشان می‌دهند که منجر به سهولت‌شناسایی و ارزیابی میگردد. آنها اجازه کنترل ژئومتریکی موقعیت و تراکم کربوهیدرات‌ها را می‌دهند و میتوانند برای نمایش درجه بالایی از چند ظرفیتی ساخته شوند. با این وجود، این مزایا با یک محدودیت بالقوه از تلاشهای سنتزی نسبتاً زیاد و هزینه‌های تولیدی بالا همراه هستند.
4-گلیکونانومواد برای سنسینگ و تصویربرداری
برای کاربردهای سنسینگ و تصویربرداری، لازم است که کربوهیدرات‌ها اثرات تشخیصی خود را به‌دنبال کانژوگه شدن با نانومواد حفظ کنند. در مقایسه با سایر اجزای تشخیصی بیولوژیکی مانند آنتی بادی‌ها و آنزیمها، این مسئله با چالش کمتری مواجه است زیرا کربوهیدرات‌ها اغلب پایداری بالایی دارند و میتوانند طیف وسیعی از شرایط را به کار ببرند. با این وجود، این اثرات تشخیصی به طور کلی به نمایش سطحی از جمله تراکم لیگاندها، طول لینکر، شیمی سطحی و غیره حساس هستند. در این بخش پیشرفت‌های اخیر در سنسینگ و تصویربرداری درون تنی و برون تنی پروتئینها و سلولها را با استفاده از گلیکونانومواد متعدد را مرور میکنیم.
4-1 سنسینگ پروتئینها
بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی مانند ارتباطات بین سلولی، اتصال سلولی و عفونت سلولی، با‌شناسایی پروتئین‌های اتصالی به‌وسیله‌ی کربوهیدرات‌ها آغاز میشود. شناخت برهمکنش کربوهیدرات و پروتئین مهم است و میتواند منجر به راهبردهای جدید در توسعه ابزارهای تشخیصی و درمانی شود. گلیکونانومواد میتوانند در این زمینه بهعنوان مقلدهای سلولی عمل کنند که در اینجا وقایع تشخیصی اساس و پایه‌ای برای سنسینگ تپروتئین‌ها تشکیل می‌دهند. مطالعات حاصل از آزمایش ما و دیگران نشان داده است که گلیکونانومواد میتوانند تمایل اتصالی کربوهیدرات‌ها را به پروتئینها حدود چند برابر تقویت کنند.
این مسئله یک بنیان قوی برای گلیکونانومواد در سنسینگ پروتئینها با حساسیت زیاد ایجاد میکند. در میان پروتئین‌های بررسی شده، کانکاوالین A (ConA) بهعنوان یک پروتئین فراوان بهویژه برای مطالعات پایه به منظور توسعه سیستم‌های سنسینگ جدید به کار گرفته شده است. در سال 2001، گروه شینوها از گلیکونانومواد طلا و کربنی برای مطالعه برهمکنش‌های کربوهیدرات و لکتین استفاده کردند. این مطالعات پیشگام امکان پذیری گلیکونانومواد چند ظرفیتی را در سنسینگ پروتئینها تأیید میکنند.
جدول 1 مثالهایی را نشان می‌دهد که از گلیکونانومواد دندریمری، پلیمری، کربنی و طلا برای سنسینگ لکتین استفاده شدهاند. با در نظر گرفتن مزایای ویژگی‌های منحصربه‌فرد پروتئینها و همچنین ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاص نانومواد تکنیک‌های سنسینگ و تصویربرداری ثابت شده به طور کلی انتخاب شدهاند. شکل‌های 2 تا 4 مثالهایی را از کاربرد گلیکونانومواد برای سنسینگ لکتین‌ها نشان می‌دهند. رایج‌ترین تکنیک‌های انتقالی و تصویربرداری شامل: 1) اسپکتروسکوپی Uv-vis/میکروسکوپ نوری، که برپایه برهمکنش‌های گلیکونانومواد با پروتئینها هستند و منجر به جذب یا انکسار نوری و در نتیجه باعث تغییرات جذبی میشوند. علاوه‌براین، اتصال الگوریتمی پروتئینها به کربوهیدرات‌ها میتواند با نانوذرات چند ظرفیتی برهمکنش داده و تجمعات مولکولی را تشکیل دهند که میتوانند تحت میکروسکوپ نوری مشاهده شوند یا در زمانی که این تجمعات به اندازه کافی بزرگ باشند به‌وسیله‌ی چشم غیر مسلح دیده شوند. زمانی که از گلیکونانومواد طلا استفاده میشود، برهمکنش‌ها یا تجمعات باعث القای یک تغییر در باند جذبی سیگنال LSPR همراه با کاهش در شدت جذب می‌گردند. 2) اسپکتروسکوپی یا میکروسکوپی فلورسانس، که معمولاً از مزایای پروتئینها یا گلیکونانومواد فلورسانس در شکل‌ها مختلف بهره میگیرد. 3) رزونانس پلاسمون سطحی (SPR). سیگنالهای SPR تحت برهمکنش گلیکونانومواد با چیپ‌های SPR با عامل‌های پروتئینی یا بالعکس تولید میشوند. 4) انکسار نوری دینامیک (DLS). اتصال گلیکونانومواد به پروتئینها حجم هیدرودینامیک کمپلکس را افزایش می‌دهد که میتواند به‌وسیله‌ی DLS تشخیص داده شود. 5) تعادل میکرونی کریستالی کوارتز (QCM). ثابت شده است که QCM با توجه به وزن مولکولی زیاد آنها و در نتیجه افزایش سیگنال‌ها به‌طور ویژه برای نانومواد مناسب هستند. علاوه‌براین، فناوری میکروآرایه‌ها میتواند برای تکنیک‌های مختلفی به کار رود. معمولاً لیگاندهای متعددی به سطوح جامد متصل میشوند و وقایع اتصالی موازی با گلیکونانومواد ردیابی میشوند. این فناوری اغلب هنگامی که نیاز به آنالیزهای اتصالات سریع و غربالگری کارایی بالا باشد، به کار می‌رود.
4-2 سنسینگ میکروب‌ها و سلولها
عفونت ایجاد شده به‌وسیله پاتوژنها اغلب از طریق تشخیص کربوهیدرات‌ها در سطوح ذرات ویروس یا سلول وساطت میشود (شکل 1). برهمکنش‌های چند ظرفیتی لکتین-کربوهیدرات نیروهای اتصالی قوی تولید میکنند و در این زمینه میتوانند بهعنوان یک ابزار قدرتمند از سنسینگ و تشخیص پاتوژنها استفاده شوند. بنابراین، گلیکونانومواد میتوانند تشخیص حساس و سریع پاتوژنها و توکسین‌ها را بدون روشهای زمان بر از جمله انکوباسیون و شستشوی متوالی یا استفاده از تکثیر و تشخیص اسید نوکلئیک امکانپذیر سازند. اسپکتروسکوپی و میکروسکوپی نوری (UV-vis، فلورسانس) اغلب در ترکیب با روشهای سیتومتری یا رنگ آمیزی، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. SPR و MRI نیز به کار میروند. تحقیقات مربوط به سنسینگ و تشخیص میکروب‌ها و سلولها با استفاده از گلیکونانومواد در جدول 2 فهرست شده‌است. شکل 5 یک مثال اولیه را نشان می‌دهد.
از آنجائیکه سطوح سلولی غنی از کربوهیدرات‌ها هستند، میتوان تصور کرد که گلیکونانومواد میتوانند بهعنوان مقلدان سلولی عمل کنند و با ماهیت‌های بیولوژیکی مختلف برهمکنش داشته باشند. در مقایسه با لیگاندهای تک ظرفیتی، گلیکونانومواد چند ظرفیتی با تمایل و اختصاصیت بیشتری به گیرنده‌های سلولی متصل میشوند و میتوانند در ترکیب با تکنیک‌های تشخیص سلولی و تک ذره‌ای مدرن منجر به سنجش و سنسینگ دقیق گردند. در نتیجه وضعیت سلول با دقت و کارایی بیشتری بررسی شده و باعث ارائه درک و شناخت عمیق تری از برهمکنش‌های بین گلیکونانومواد و سلولهای میگردد. در میان سیستم‌های سنسینگ مختلف، UV-vis و میکروسکوپ یا اسپکتروسکوپی فلورسانس، SPR و QCM قادر به آنالیز کمی عملکرد اتصالی گلیکونانومواد به سطوح سلولی هستند. نانوپروب‌های مؤثر و کارا که قادر به تشخیص، تصویربرداری و تعیین مشخصات میکروب‌ها و سلولها هستند نه تنها به شناخت نقش‌های کربوهیدرات‌های درگیر در فرآیند بیماری کمک میکنند، بلکه به توسعه ابزار جدید ترانوستیک در پیشگیری و درمان بیماری نیز کمک میکنند.
4-3 سنسینگ و تصویربرداری درون تنی و بافتی
نمونه‌های اولیه تحقیقات گلیکونانومواد بر برهمکنش‌های برون تنی مبتنی بر کربوهیدرات‌ها با پروتئینها، ویروسها و سلولها متمرکز بوده‌اند. با این وجود در پیشرفت‌هایی که اخیراً بهوجود آمده است، لیگاندهای کربوهیدراتی بهعنوان ماهیت‌های هدف‌گذاری‌کننده به منظور هدایت نانومواد به جایگاه‌های درون تنی رسپتوری برای تصویربرداری و ردیابی سلولها، بافتها و ارگانهای خاص براساس برهمکنش‌های انتخابی کربوهیدرات‌ها یا کربوهیدرات-پروتئین استفاده شدهاند. مشابه با سنسینگ و تصویربرداری سلولها، تکنیک‌های اسپکتروسکوپی/میکروسکوپی فلورسانس معمولاً بیشتر انتخاب میشوند. علاوه‌براین، روشهای معمول تصویربرداری پزشکی مانند PET و MRI نیز به کار میروند که در اینجا گلیکونانومواد میتوانند بهعنوان عوامل کنتراست استفاده شوند.
در سال 2004، یک مطالعه درون تنی اولیه گزارش شد که نشان می‌دهد گلیکونانومواد میتوانند بهعنوان عوامل ضد چسبندگی برعلیه پیشرفت متاستاز ریه در موش رفتار کنند (شکل6). جدول 3 مثالهایی از تشخیص و تصویربرداری از وضعیت‌های بیماری خاص را در حیوانات با استفاده از گلیکونانومواد طلا، مگنتیکی و نقاط کوانتومی به‌طور خلاصه ارائه کرده است. این نتایج پتانسیل گلیکونانومواد را برای تشخیص و در نهایت درمان بیماری‌ها به منظور مبارزه با عفونت و سرطان نشان می‌دهد. براین اساس، این مواد امیدواری ویژه‌ای در زمینه سنسینگ و تصویربرداری درون تنی ایجاد میکنند که نسبتاً به راحتی برای نمایش زیست سازگاری بالا قابل تغییر و اصلاح بوده و مانع از پاسخ‌های ایمنی و برهمکنش‌های غیراختصاصی میشوند. با این وجود، زمانیکه گلیکونانومواد بهعنوان سطوح ترانوستیک درون تنی طراحی میشوند، دفع این مواد قبل از رسیدن به اهداف درمانی و تخریب آنزیمی فاکتورهای مهمی هستند که لازم است در نظر گرفته شوند.
خلاصه و چشم اندازه‌های آینده
واضح است که ادغام فناوری نانو با علم قندها بهویژه در طول دهه گذشته منجر به طیف وسیعی از کاربردهای جدید و مهم شده است. گلیکونانومواد شاهد رشد سریعی بوده و در حال حاضر پتانسیل قوی در سنسینگ و تشخیص نشان داده‌اند. بنابراین تعداد وسیعی از گلیکونانومواد با در نظر گرفتن مزیت ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مختلف و ساختارهای ویژه توسعه پیدا کرده‌اند. این مسئله اثر خاصی بر زمینه بیوسنسورها داشته است که در این زمینه این مواد بهعنوان سطوح سنسینگ مفید استفاده شدهاند. ضرورت موجود در سنتز گلیکونانومواد، جفت شدن مواد شیمیایی است که میتواند باعث کانژوگه شدن مؤثر کربوهیدرات‌ها با نانومواد گردد. در این نانومواد هم روشهای غیر کوالانسی و هم کوالانسی به کار گرفته شده که منجر به عامل دار شدن نانوموادی شدهاند که مزیت ویژگی‌های ذاتی و منحصر به‌فرد آنها را به کار میگیرد. علاوه‌براین، این نانومواد منجر به نمایش چند ظرفیتی ماهیت‌های کربوهیدراتی در سطوح خود میشوند؛ در نتیجه در این حالت از سلولها یا ویروسهای ویژه‌ای تقلید میکنند. این ویژگی اغلب منجر به افزایش قابل توجهی از تمایل بین این مواد و گیرنده‌های هدف میگردد؛ همراه با اثر زیادی بر عملکرد سنسینگ گلیکونانومواد.
تا به امروز، توسعه نمایش کربوهیدرات‌ها، بهویژه در مقایسه با پوشش کربوهیدراتی پیچیده سلولهای مختلف (گاهاً بانام گلیکوکالیکس) نسبتاً ساده بوده است. در نتیجه راهبردهای جدیدی هنوز مورد نیاز است؛ بهویژه در مورد سنتز گلیکونانومواد با تنوع زیاد کربوهیدراتی و نمایش کربوهیدرات‌های پیچیده‌ترکه در این حالت تراکم لیگاند، آرایش فضایی و در دسترس بودن میتواند به دقت کنترل شود. این مسئله در نهایت منجر به تعدیل‌سازی دقیق تمایل و اختصاصیت گلیکونانومواد به منظور مجهز‌سازی الزامات مختلف زیست حسگری و ترانوستیک میگردد.
با این وجود، انبوهی از کاربردهای موفقیت آمیز سنسینگ با استفاده از گلیکونانومواد نشان داده شدهاند که به بسیاری از آنها در این مطالعه مروری اشاره شد. بدین ترتیب ماهیت‌های بسیار مختلفی هم به‌صورت برون تنی و هم به‌صورت درون تنی مورد هدف قرار گرفتهاند، اعم از پروتئین‌های متصل شونده به کربوهیدرات‌ها مانند لکتین‌ها از طریق ویروسها، باکتری‌ها و سلولهای پستانداران تا سنسینگ بافتها در ارگانیسم‌های زنده. این زمینه در حال پیشرفت سریع است و منجر به سنسینگ و تصویربرداری ماهیت‌های اتصالی ویژه شده است و در نهایت منجر به ردیابی نواحی و جایگاه‌های مختلف در بیماریهای متعددی میگردد. اگرچه این کاربردهای زیست پزشکی پتانسیل بسیار زیادی دارند، اما لازم است زیست سازگارپذیری، کلیرانس و توزیع زیستی گلیکونانومواد برای سنسینگ درون تنی مورد ارزیابی قرار گیرد. این توسعه، همراه با پیشرفت در علم بیولوژی قندها منجر به‌شناسایی گلیکونانومواد ظریف و دقیق برای کاربردهای مؤثر و بهینه زیست حسگری، تشخیصی و درمانی خواهد شد.
منبع
N. Hao, K. Neranon, O. Ramström, M. Yan, Biosensors and Bioelectronics, 76 (2016) 113–130
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار می نویسد, محققان روش جديدي براي پايدارسازي امولسيون ها توسعه داده اند. محققان دانشكده مواد دانشگاه ETH Zurich به سرپرستي Professor Lucio Isa نوع جديدي از ذرات سيليكا را جهت پايدارسازي امولسيون ها توسعه داده اند. امولسيون ها را مي توان با استفاده از امولسيفاير هاي مختلف مثل مواد سطح فعال ، پليمر ها يا پروتئين ها پايدار كرد.
در اوايل دهه 1900 دانشمندان انگليسي (S.U.Pickering, W.Ramsden) نشان دادند كه امولسيون ها را مي توان با استفاده از ذرات جامد بسيار ريز مثل ذرات كروي سيليكا (SiO2) پايدار ساخت. در اين فرايند ذرات بطور خود بخود وارد شده و در فصل مشترك بين دو مايع قرار مي گيرند. آنها بصورت يك محافظ در اطراف قطرات قرار مي گيرند و مانع اختلاط آنها مي شوند. بنابراين امولسيون بصورت پايدار باقي مي ماند. تاكنون دو نوع از اين ذرات براي پايدار سازي سامانه هاي مختلف مورد نياز بود. ذرات داراي سطح آبدوست براي پايدار سازي امولسيون هاي روغن در آب و ذرات داراي سطح آبگريز براي پايدارسازي مخلوط هاي آب در روغن قابل استفاده مي باشند.
محققان ETH سطح كره هاي كوچك سيليكا را كه قطر آنها يك تا شش ميكرون مي باشد زبر كردند و نانو ذرات سيليكا را بر روي آن قرار دادند. در نتيجه گوي هاي كوچكي به شكل تمشك ايجاد مي شود. آنها قادرند زبري سطح را در يك روش كنترل شده تغيير دهند. در مقاله اي كه اين محققان در مجله Nature Communications منتشر كردند ، آنها نشان دادند كه مي توانند هر دو نوع امولسيون را با يك نوع ذره تمشك شكل پايدار سازند. اگر ابتدا ذرات به فاز روغن اضافه شوند و سپس فاز آبي اضافه شود يك امولسيون آب در روغن تشكيل مي شود. برعكس اگر ابتدا ذرات را در آب حل كنيم آنها مي توانند يك امولسيون روغن در آب (قطرات ريز روغن ديسپرس شده در آب) را نيز پايدار سازند. بنابراين اين ذرات ، مواد چند كاره براي ايجاد امولسيون مي باشند. زبري سطح اين ذرات باعث كاهش تحرك آنها در سطح قطرات مي شود. اين ذرات داراي كاربرد هاي زيادي در صنايع شيميايي ، غذايي ، داروسازي و آرايشي مي باشند.
تولید چمبر تست دما – رطوبت و دیپ فریزر
ارسال در تاريخ سه شنبه دهم مرداد ۱۳۹۶ توسط شهنوش افشار
سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی آزمایشگاهی و صنعتی در کنار دستگاه‌های تست و ارزیابی کیفی این سامانه‌ها از تجهیزات مورد نیاز آزمایشگاه‌های صنعتی است که بخشی از این نیاز با تولیدات یکی از شرکت‌های فناور کشورمان تأمین میشود. سرما و گرما دو عنصر مورد نیاز در فرآیندهای آزمایشگاهی هستند و تولید این دستگاه‌ها با توجه به فرآیند پیچیده و دقیق آن نیازمند بهره‌مندی از به روزترین دانش فنی است. بر همین اساس، شرکت فرا تجهیز آرمان پژوه کشورمان توانسته است با تولید سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی آزمایشگاهی و صنعتی در کنار دستگاه‌های تست و ارزیابی کیفی این سامانه‌ها بخشی از این نیاز را تأمین کند. به گفته‌ی احسان مهدوی، انواع سردخانه، یخچال و فریزرهای صنعتی در سراسر کشور آغاز راه این شرکت بوده است و به تدریج با توسعه فناوری و تحقی بر روی تجهیزات پیشرفته‌تر این شرکت اکنون سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی آزمایشگاهی و صنعتی را به بازار آزمایشگاهی کشور روانه کرده است.
چمبرهای تست محیطی، یخچالها، فریزرها و دیپ فریزرها در کنار تجهیزاتی چون چیلرها، مینی چیلرها، آبسردکنهای صنعتی و تجاری و شیرسردکنها در ظرفیتها و طراحیهای مختلف از دیگر تجهیز تجهیزاتی هستند که مدیرعامل فرا تجهیز آرمان پژوه از آنها به عنوان برجسته‌ترین تولیدات این شرکت نام می‌برد. این فعال فناور، به سردکنهای با توانمندی سردسازی تا منفی ۸۰ درجه سانتی‌گراد اشاره کرده و بیان میکند: این سردسازها با قابلیت‌هایی چون بازه ی دمایی یادشده، دارای سیستم سرمایشی پیشرفته با طراحی منحصر به فرد و هوشمند هستند که بازه ظرفیتی ۵۰۰ لیتری را با سیستم سیرکولاسیون و هم‌دمایی هوشمند انجام می‌دهند. یخچال آزمایشگاهی هوشمند ضد انفجار اما یکی دیگر از محصولات این شرکت است که به گفته‌ی مهدوی، کاربرد فراوان آن در آزمایشگاه‌های شیمی، نفت، متالوژی زمینه‌ساز کسب دانش فنی و تولید محصول شده است و در مدل‌های گوناگون این دستگاه، بهینه‌سازی‌ها و افزودن قابلیت‌های متعددی صورت گرفته است.
به گفته مدیرعامل این شرکت فناور، تولید این تجهیزات توانسته است زمینه‌ساز اشتغال لااقل ۱۰ نفر از متخصصان حوزه مهندسی باشد و میزان قابل توجه فروش محصولات این شرکت در نمایشگاه تجهیزات و همچنین دیگر نمایشگاه‌ها زمینه‌ی ایجاد ارزش افزوده و جلوگیری از خروج ارز به واسطه واردات محصولات مشابه را فراهم کند. اما توجه به تحقیق و توسعه در کنار تلاش برای یافتن مهم‌ترین نیازهای بازار صنعتی، ضرورتی است که مهدوی آنها را لازمه‌ی اساسی رقابت‌پذیری و پیشرفت در بازار این حوزه عنوان میکند و می‌افزاید: اگر شرکت‌های فناور کشور عامل تحقیق و توسعه را مد نظر قرار دهند چراکه بازار امروز، مستلزم توجه به فناوریهای تازه است و بدون تلاش برای کسب مهارت رقابتی در بازار امروز امکان رشد و فروش محصول فراهم نخواهد بود.
روابط عمومی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری – ایران توانا
