1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

مروری بر کاربردهای نانولوله‌های پپتیدی

افراد مقاله : ‌ مترجم - داود قرایلو

موضوع : علم و پژوهش کلمات کلیدی : نانولوله غیرکربنی - نانومواد - دارو - فناوری‌نانو تاریخ مقاله : 1393/09/12 تعداد بازدید : 3060

اخیراً توجه زیادی روی خودآرایی نانولوله‌های پپتیدی (PNTs) برای تولید نانوساختارها صورت گرفته است. این خودآرایی هوشمند، کاربردهای متعددی دارد. از آن جمله می‌توان به طراحی نانورآکتورها، حسگرها، صنعت الکترونیک و مواد پاسخ‌دهنده به محرک خارجی اشاره کرد. مقالاتی که اخیراً منتشر شده‌است، نشان می‌دهد که مطالعات زیادی روی سنتز نانولوله‌های پپتیدی در حال انجام است. با این حال، باید توجه بیشتری روی بحث ایمنی و سم‌شناسی این ترکیبات صورت گیرد. این موضوع اهمیت زیادی دارد؛ چرا که نانولوله‌های پپتیدی کاربردهای پزشکی متعددی دارد که از آن جمله می‌توان به توسعه نانوادوات هوشمند و سیستم‌های دارورسانی اشاره کرد. در این مقاله مروری کوتاه، به بررسی کاربردهای پزشکی این مواد می‌پردازیم و امیدواریم این پژوهش منبعی باشد برای الهام گرفتن محققان در حوزه‌های مرتبط با فناوری نانو.

 

 

1- مقدمه
در طول یک دهه گذشته، تلاش‌های متعددی در حوزه توسعه نانوساختارهایی نظیر نانولوله‌های کربنی، نانوبلورها و نانوسیم‌ها صورت گرفته است. دلیل این امر آن است که این نانوساختارها می‌توانند به‌عنوان واحدهای سازنده ادوات مبتنی بر نانومواد مورد استفاده قرار گیرند. ترکیب ناهمگون واحدهای مولکولی مختلف، نظیر پروتئین‌های زیستی و پپتیدها می‌توانند خودآرایی داده و ساختارهای سازمان‌دهی شده، نظیر نانولوله‌ها را تشکیل دهند. نانولوله‌های پپتیدی، موادی با سازمان‌دهی بالا و شکل و ساختار مشخص و تعریف شده‌ای هستند. برهم‌کنش مولکول‌های آمفی‌فیلیک موجب پابرجا ماندن این ساختارها می‌شود. در واقع برهم‌کنش‌های غیرکووالانسی گروه‌های عاملی با پیوندهای هیدروژنی، پیوندهای π-π و هم‌چنین برهم‌کنش‌های واندروالس و هیدروفوبیک موجبات تشکیل این ساختارها را فراهم می‌کند. از آنجایی که پیکربندی شیمیایی و تنوع گروه‌های عاملی پروتئین‌ها و پپتیدها زیاد است، این مواد به‌عنوان واحدهای مولکولی مختلف برای ساخت ادوات نانومقیاس شناخته می‌شوند. از مزیت‌های نانولوله‌های پپتیدی، وجود فرصت‌های متعدد برای عامل‌دار کردن آن‌ها است؛ این درحالی است که در نانولوله‌های کربنی محدودیت‌هایی برای این کار وجود دارد. این ویژگی موجب شده تا نانولوله‌های پپتیدی قابلیت‌های کاربردی گستردده‌ای در حوزه شیمی، بیوشیمی، زیست‌شناسی، پزشکی و علم مواد داشته باشند. به دلیل برهم‌کنش ویژه میان نانولوله‌های پپتیدی و زیست مولکول‌ها، نانولوله‌های پپتیدی را می‌توان در حوزه حسگری، کاتالیستی، فرآیندهای‌شناسایی مولکولی و داربست‌های رهاسازی دارو استفاده کرد.

هدف از این مقاله مروری کوتاه، بررسی آخرین‌ دستاوردها در کاربردهای نانولوله‌های پپتیدی در حوزه فناوری نانو است. هم‌چنین در این مقاله تلاش شده تا کاربردهای مهم نانولوله‌های پپتیدی در بخش زیست‌پزشکی ارائه شده و اثرات زیستی آن‌ها نیز به تصویر کشیده شود. این مقاله به چگونگی تولید و آماده‌سازی نانولوله‌های پپتیدی نمی‌پردازد، چرا که پیش از این، مقالات مروری بسیار خوبی در این باره منتشر شده‌است. با این حال در برخی بخش‌های مقاله، به ضرورت، توضیحاتی مختصر درباره روش‌شناسی آماده‌سازی نانولوله‌های پپتیدی بیان می‌شود. پپتیدها قادرند خودآرایی داده و به اشکال مختلفی نظیر کره، نانوفیبریل، نانوسیم و زنجیره‌های مولکولی منظم درآیند. هر چند همه نانوساختارهای پپتیدی مهم هستند، اما در این مقاله روی نانولوله‌های پپتیدی و کاربرد آن‌ها بحث شده و چالش‌هایی که این مواد قادر به حل آن‌ها هستند را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

 

2- نوآوری‌ها
اولین پتنت‌های مربوط به نانولوله‌های پپتیدی در دهه 90 میلادی به ثبت رسید و پس از آن تعداد این پتنت‌ها با یک شیب ثابت، هر ساله افزایش یافت. در سال 1993، اولین گزارش در مورد طراحی، سنتز و تعیین مشخصات نوع جدیدی از نانولوله‌های پپتیدی منتشر شد. در آن گزارش، طراحی به شکلی بود که هشت گروه آمینواسیدی L و D از سیکلو [- (D-Ala-Glu-d-Ala-Gln) 2-] وجود داشتند. اهمینت این پتنت از این جنبه بود که قطر حفرات داخلی نانولوله‌‌های پپتیدی، با تنظیم ابعاد حلقه مولکول مورد استفاده در آن قابل تنظیم بود. در واقع با تغییر تعداد اسیدآمینه‌های موجود در ساختار پپتید، می‌توان ابعاد حفره را تنظیم کرد. مک گیمپسی با روشی مشابه، موفق به ارائه پتنتی شد که در آن نوع جدیدی از مونومرهای پپتیدی حلقوی ساخته می‌شوند. این مونومرها دارای گروه‌های کروموفور بودند که خواص الکترونیکی متعددی، نظیر هدایت الکتریکی و رفتار نوری غیرخطی دارند.

مولکول‌های پپتیدی خطی می‌توانند تشکیل نانولوله دهند، این کار نیز پتنت شده است. این پتنت‌ها نوع جدیدی از پپتیدهای سورفاکتانت مانند را ارائه می‌دهند که قادر به خودآرایی و تشکیل نانولوله‌های منظم هستند. علاوه‌بر این، ریچز و گازیت یک ترکیب شیمیایی ارائه کردند که حداقل یک قسمت از آن به‌ صورت نانوساختار لوله‌ای، مسطح یا کروی است. هر بخش کم‌تر از چهار آمینو اسید داشته که حداقل یکی از آن‌ها آروماتیک است. یمین و همکارانش موفق به ساخت الکترودی شدند که سطح آن با استفاده از نانوساختارهای پپتیدی پوشانده شده بود. این پپتیدها که با روش خودآرایی روی سطح الکترود ایجاد شدند، قادرند جریان الکتریکی حاصل از یک واکنش الکتروشیمیایی را از خود عبور دهند. این پتنت‌ها به شدت مورد توجه کسانی قرار گرفت که به دنبال تولید نانومواد جدید با استفاده از نانولوله‌های پپتیدی هستند. انتظار می‌رود با رشد فناوری نانو، تعداد پتنت‌های مرتبط با آماده‌سازی نانولوله‌های پپتیدی افزایش یکنواختی را تجربه کند.

 

3- اساس نانولوله‌های پپتیدی
همان‌طور که از فرآیندهای نوآورانه ذکر شده در بالا پیداست، نانولوله‌های پپتیدی جایگزین بهتری نسبت به نانولوله‌های کربنی هستند. یکی از مزیت‌های آن‌ها این است که با استفاده از روش سنتز حالت جامد به‌دست می‌آیند که این موجب بروز ویژگی‌های منحصربه‌فردی شده و در نهایت باعث فعال‌تر شدن نانولوله‌های پپتیدی نسبت به نانولوله‌های کربنی می‌شود. نانولوله‌های پپتیدی نیازمند عامل‌دار کردن برای استفاده در حوز‌ه‌های مختلف هستند. این کار با استفاده از پیوند هیدروژنی و معمولاً به‌وسیله‌ی پروتئین‌ها، نانوبلورها یا پوشش‌دهی با پیروفیرین فلزی انجام می‌گیرد. علاوه‌بر این، نانولوله‌های پپتیدی می‌توانند به‌گونه‌ای طراحی شوند که درصورت حضور یک مولکول هدف، به‌صورت ویژه‌ای خودآرایی دهند. این راهبرد مبتنی بر خودآرایی پیچیده واحدهای سازنده است که قادر به اتصال به یک مولکول هدف هستند. در این سیستم که به نوعی روشی برای تشخیص مولکولی است، برهم‌کنش میان پروتئین-گیرنده برای جهت‌دهی خودآرایی واحدهای سازنده انجام می‌شود. یکی از مهم‌ترین نکات در تولید این ساختارهای مولکولی آن است که بتوان کنترل کامل روی موقعیت نانوساختارها نسبت به زیرلایه‌ آن‌ها داشت، هم‌چنین بتوان اجزاء عاملی[1] ساختار را نیز کنترل کرد.

در مقالات زیادی به توضیح مورفولوژی، تعیین مشخصات و بررسی شیمیایی نانولوله‌های پپتیدی پرداخته شده‌است، این در حالی است که باید مطالعات بیشتری روی کاربردهای این مواد انجام شود. در این راستا مطالعات برای بررسی کاربردهای احتمالی نانولوله‌های پپتیدی در دست انجام است، از آن جمله می‌توان به کاربرد نانولوله‌های پپتیدی در دارورسانی، ساخت زیست‌حسگرها، فیلترها و میکروالکترونیک اشاره کرد. به‌منظور رسیدن به کاربردهای تجاری این مواد باید تحقیقات دامنه‌داری روی محصول نهایی و پردازش نانولوله‌های پپتیدی انجام شود. مقاله مروری جالبی درباره استفاده از نانولوله‌های پپتیدی در سنتز نانولوله‌های معدنی منتشر شده‌است که در آن با اتصال مواد معدنی به بدنه نانولوله‌های پپتیدی، سنتز نانولوله‌های معدنی انجام می‌شود. یکی از مثال‌ها در این باره، احیاء نمک نقره با خودآرایی نانولوله‌های پپتیدی است. علاوه‌بر این، باید گفت که نانولوله‌های پپتیدی قادر به کنترل رشد هسته‌زایی مواد معدنی روی سطح نانولوله‌ها هستند.

هم‌چنین نانولوله‌های پپتیدی برای تولید نانوسیم‌های نقره استفاده می‌شوند. در این روش، یون‌های نقره روی سطح داخلی نانولوله‌های پپتیدی احیاء شده و در نهایت با استفاده از آنزیم‌ها می‌توان نانولوله‌های پپتیدی را از بین برد که این کار موجب باقی‌ماندن نانوسیم‌ها در سیستم می‌شود. این روش می‌تواند کاربردهای متعددی در الکترونیک مولکولی داشته باشد، به‌طوری که بتوان نانوسیم‌های کوچکی را که با روش‌های لیتوگرافی معمولی تولید نمی‌شوند، سنتز کرد.

اخیراً سنتز و تعیین مشخصات فیزیکی و شیمیایی نوعی نانولوله‌های چندترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، درک فرآیند فتوسیستم‌های مصنوعی است. پپتیدهای حلقوی حاوی واحدهای دهنده الکترون، با استفاده از سیستم پیوندهای هیدروژنی شبیه ورق‌های بتا به فولرین‌ها جفت شده وانتقال الکترونی جهت‌داری را تجربه می‌کنند. این کار تقلیدی از سیستم‌های فتوسنتزی است که در باکتری‌ها و گیاهان یافت می‌شود.

مطالعات متعددی درباره پتانسیل‌های نانولوله‌های پپتیدی برای استفاده در حوزه‌های مختلف انجام شده‌است. در اینجا ذکر این نکته ضروری است که خودآرایی کنترل شده نانولوله‌های پپتیدی دارای آمینواسیدهای ساده به‌عنوان واحدهای سازنده، بهترین و ایده‌آل‌ترین فرآیند برای استفاده تجاری از این ترکیبات است.

 

4-کاربردهای زیستی
در بسیاری از حوزه‌ها از ترکیبات آمفی‌فیلیک پپتیدی سنتزی به‌عنوان نانوزیست‌مواد استفاده می‌شود (در رهاسازی کنترل شده فعال، لوازم آرایشی و مهندسی بافت). ترکیبات آمفی‌فیل مشتق شده از نانولوله‌های پپتیدی ساده در تولید الگوهای توپوگرافی استفاده می‌شوند، این الگوها برای مطالعه رفتار سلول‌های بنیادین در انسان کاربرد دارند. رشد سلول در سطح آمفی‌فیلی پپتیدهای الگودار، سیگنال‌دهی زیست‌مولکول‌ها را مشخص می‌کند. هم‌چنین، نوع الگوهای توپوگرافی می‌تواند راهنمای رشد سلول باشد. علاوه‌بر این، لیپوپپتیدها دارای پتانسیل استفاده در درمان امراض پوستی هستند که دلیل این امر زیست‌‌سازگاری و نقش مهم این مواد در پوست انسان است.

 

4-1- سم‌شناسی و فعالیت‌های آنتی‌باکتریال و ضد ویروسی
اولین گزارش درباره کاربرد نانولوله‌های پپتیدی در زیست‌شناسی، به‌عنوان عامل آنتی‌باکتریال، نشان داد که نانولوله‌های پپتیدی قادرند رفتاری مشابه با رفتار ضدباکتریایی موجود در پروانه از خود نشان دهند. دلیل رفتار آنتی‌باکتریال نانولوله‌های پپتیدی به وجود نانوکانال‌هایی نسبت داده شده که روی غشاء باکتری ایجاد می‌شود. در واقع این ترکیبات می‌توانند با ایجاد نانوکانال روی غشاء باکتری موجب پدیده اسمز شده و در نهایت باکتری‌ را از بین ببرند. علاوه‌بر این، نانو-میکرولوله‌های پپتیدی عامل‌دار شده با پروتئین میوسین گلیکوسیل‌دار به‌صورت سنتزی تهیه می‌شود، عامل‌دار کردن این نانولوله‌های پپتیدی به‌منظور افزایش قدرت کشش به میوسین انجام می‌شود. زیست‌سازگاری این مواد با استفاده از اتصال به سلول، تکثیر سلولی و سم‌شناسی روی سلول‌های کلیه موش سالم مورد بررسی قرار گرفته است. فعالیت‌های آنتی‌باکتریال این ماده در مطالعات آزمایشگاهی و بالینی اثبات شده‌است. خاصیت میکروب‌کشی این ترکیبات به دلیل وجود پپتیدهای حلقوی آمفی‌فیلیکی است که روی سطح غشاء باکتری ایجاد می‌شود. این پپتیدهای حلقوی به‌صورت لوله‌های عمود بر صفحه غشاء سلولی ایجاد می‌شوند. مرگ سلولی در نتیجه نفوذ نانولوله‌های پپتیدی به غشاء سلول با سازوکار‌های فرش مانند[2] صورت می‌گیرد. هم‌چنین امکان این‌که نانولوله‌های پپتیدی حلقوی بتوانند به‌صورت عوامل ضدویروس عمل کنند، به اثبات رسیده است. برای این کار از یک راهبرد ترکیبی استفاده شده تا پپتیدهای D,L-α حلقوی آمفی‌فیلیکی که پتانسیل ایجاد مقاومت در برابر آلودگی ویروسی را دارند،‌شناسایی شوند.

گروهی از محققان، اثرات دارویی نانولوله‌های پپتیدی حاوی پپتیدهای دارای عامل‌های آمینی D,L-α را مورد بررسی قرار دادند. این گروه نشان دادند که استفاده از12میکروگرم در میلی‌لیتر از نانولوله‌های پپتیدی برای موش‌هایی که از مشکل کم بودن گلبول‌های سفید خون رنج می‌برند و هم‌چنین موش‌هایی که در غشاء سلولی آن‌ها حفره‌های غیرمعمول وجود دارد، می‌تواند بسیار اثربخش باشد. علاوه‌بر این، نشان داده شده‌است که این پپتیدها روی باکتری اس‌آروس[3] مقاوم به متیسیلین اثربخش است. بنابراین، می‌توان گفت که پپتیدهای D,L-α حلقوی آمفی‌فیلیکی ممکن است که برای درمان عفونت‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک مناسب باشد.

با در نظر گرفتن تمام این شواهد، می‌توان انتظار داشت که نانولوله‌های پپتیدی به‌عنوان عوامل آنتی‌بیوتیک جدید و ترکیبات ضد مواد سمی در حوزه‌های مختلف زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار گیرند.

 

4-2- رهاسازی دارو
یکی از مهم‌ترین کاربردهای نانولوله‌های پپتیدی، استفاده از آن‌ها به‌عنوان حامل دارو است. مقالات متعددی درباره پتانسیل استفاده از نانولوله‌های پپتیدی به‌عنوان نانوحامل برای رهاسازی طیف وسیعی از داروهای مختلف منتشر شده‌است. برای مثال به دلیل زیست‌سازگاری بالای این مواد و هم‌چنین جذب زیستی و امکان بازیافت‌ آن‌ها، نانولوله‌های دی‌پپتیدی کاتیونی می‌تواند به‌عنوان نسل جدیدی از حاملین مولکولی برای انتقال گونه‌های فعال مختلف، نظیر ژن‌ها، داروها و پروتئین‌ها استفاده شود. یکی از جالب‌ترین خواص این نانومواد آن است که با رقیق کردن می‌تواند به خودی‌خود تبدیل به وزیکول[4] شود؛ بنابراین به راحتی می‌توان آن را وارد سلول هدف کرد. هم‌چنین نانولوله‌های پپتیدی کاتیونی با برچسب فلورسانس دارای ssDNA می‌توانند به‌صورت الکترواستاتیکی وارد سلول شده و در سیتوپلاسم آن متجمع شوند.

نانولوله‌های سیکلوپپتیدی، نظیر D-Leu]- cyclo-[l-Gln- (d-Leu-l-Trp) 3 دارای واحدهای آبدوست درونی هستند. روی سطح خارجی آن‌ نیز دارای گروه‌هایی است که تداعی‌کننده رفتار کانال‌های پروتئین ‌تراغشائی[5] است. بنابراین، این پروتئین تراغشایی مصنوعی که فعالیت‌ انتقال یون‌های سدیم و پتانسیم را انجام می‌دهد یک سیستم رهاساز مولکولی با قابلیت انتخاب ابعاد است. این پروتئین، مانند یک فیلتر مانع از انتقال زیست مولکول‌های ویژه‌ای نظیر گلوگز می‌شود. از سوی دیگر، [l-Gln- (d-Leu-l-Trp) 4-d-Leu-] دارای قابلیت انتقال گلوگز و اسید گلوتامید است.

تری‌پپتید طبیعی NH2PhePheCys که دارای رادیوبرچسب 99mTC است، برای جذب در مغز و برخی کاربردهای پزشکی سنتز شده و عملکرد آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. ساختار شیمیایی این تری‌پپتید (چربی‌دوست، با قابلیت اتصال به پروتئین G جفت شده با گیرنده‌های تراغشایی) این امکان را فراهم می‌کند که تری‌پپتید وارد مغز شود. بخش‌های سیستئین به‌عنوان واحدهای شلاته‌‌کننده 99mTC عمل می‌کند و گروه‌های فنل‌آلانین موجب اتصال به گیرنده شده و در نهایت باعث جدا کردن سایت‌های شلاته شده می‌شود. نتایج تصاویر گرفته شده نشان می‌دهد که مقدار زیادی از این ترکیب در کبد، ریه و طحال تجمع یافته و در مغز قرمز استخوان نیز این ترکیب دیده می‌شود. آزمایش‌های انجام شده روی کلیه، حکایت از این دارد که این ترکیب تجزیه نشده‌است. یکی از کاربردهای مهم نانولوله‌های پپتیدی، استفاده از آن‌ها برای تصویربرداری از بافت‌های مغز است. هم‌چنین از این ماده برای مطالعه اختلالات مغزی نیز استفاده می‌شود.

تری پپتید Arg-Gly-Asp (RGD) می‌تواند به‌صورت ویژه به اینتگرین [6]ανβ3 که روی دیواره سلول‌های موجود در رگ‌های خونی وجود دارند، متصل شود. با این کار مانع از رشد و تکثیر تومورهای سرطانی می‌شود. این تری‌پپتید با ایزوسیانات فلورسانس پرشده و با استفاده از کیتوزان گلیکولی اصلاح شده، حمل می‌شود که در نهایت ساختاری لوله‌ای شکل ایجاد می‌کند. نتایج آزمایش‌های انجام شده ثابت کرد که این نانولوله‌های تجمع یافته، درصورت اتصال به تومور سرطانی می‌تواند روی بافت تومور اثر گذار بوده و مانع از رشد آن شود و هم‌چنین تشکیل رگ‌های خونی روی تومور را متوقف می‌کند (اثر آنتی‌آنژیوژنیک). فنیری و همکارانش روی پاسخ زیستی خودآرایی نانولوله‌های رست[7] RGD که از رشته‌های گوانین-سیتوزین به‌دست می‌آیند، مطالعه کردند. این گروه تحقیقاتی اعلام کردند که یکی از ویژ‌گی‌های جدید نانولوله‌های رست، قابلیت آن‌ها در برهم‌کنش با گروه‌های عامل مخلتف در رشته گوانین-سیتوزین است، این ویژگی موجب کاربردهای مختلف این ترکیب در پزشکی می‌شود. نتایج این پژوهش نشان داد که می‌توان از نانولوله‌های رست در محیط زنده به‌عنوان حامل دارو برای درمان سرطان استفاده کرد. در این مقاله، محققان سلول‌های بنیادی مسنچیمال[8] را روی غشاء زیست فعال دارای اسید هیالورونیک و پپتید آمفی‌فیل قرار دادند. این ساختار تمایل زیادی به هپارین داشته و با خودآرایی تمایل زیادی نسبت به آنتی‌آنژیوژنیک پیدا می‌کند. فاکتور رشد فیبروبلاست و فاکتور رشد اندوتلیال عروقی در این ساختار محاسبه شد و مشخص شد که فاکتور رشد اندوتلیال عروقی موجب افزایش آنتی‌آنژیوژنیک می‌شود. با توجه به این نتایج، روش درمان عاری از سلول‌های سنتزی مبتنی بر نانوساختارهای آمفی‌فیل پپتیدی ارائه شد. این روش درمان با الگوگیری از فعالیت فاکتور رشد اندوتلیال عروقی که پروتئین اصلی سیگنال‌دهی آنژیوژنیک است، انجام شد. سیستم‌های خودآرایی آمفی‌فیل‌های پپتیدی با استفاده از گلیکوسامینوگلیکان اشباع و با هپارین اصلاح می‌شوند، و با این اصلاح به فاکتورهای رشد آنژیوژنیک متصل می‌شوند. این فرآیند با تشکیل رگ‌های خونی جدیدی مرتبط است. تصور بر این است که هپارین‌ با برهم‌کنش الکترواستاتیک به سطح الیاف آمفی‌فیلیک پپتیدی متصل شده و این سیستم ترکیبی باعث ترغیب تشکیل رگ‌های خونی می‌شود.

راهبرد دیگر، برای استفاده از نانولوله‌های پپتیدی در رهاسازی دارویی این است که آنزیم‌های لیپاز را درون این نانولوله‌ها کپسوله کرد. فعالیت کاتالیستی لیپازهای متصل شده به نانولوله‌های پپتیدی نسبت به لیپازهای آزاد در دماهای 25 و 65 درجه سانتیگراد، 33 تا 70 درصد بیشتر است. به شکلی مشابه، کپسوله کردن آنزیم پروکسیداز هورسردیش (HPR) درون دی‌فنیل‌آنالین موجب پایداری آنزیم می‌شود. محققان پایداری حرارتی HPR آزاد و کپسوله شده در دی‌فنیل‌آنالین را بعد از هجده روز مورد بررسی قرار داده و دریافتند، آنزیم کپسوله شده نود درصد از فعالیت اولیه خود را حفظ کرده، در حالی که آنزیم آزاد تنها پنجاه درصد از فعالیت اولیه خود را داراست. این نتایج نشان داد که با کپسوله شدن آنزیم، اثر حرارت بالا روی فعالیت آنزیم کاهش می‌یابد. هم‌چنین، در دمای 55 درجه سانتیگراد، فعالیت HPR کپسوله شده بیست درصد بیشتر از HPR آزاد است، بنابراین مقدار کم‌تری از این آنزیم کپسوله شده در اثر حرارت از بین رفته است. این نتایج ثابت کرد که آنزیم کپسوله شده فعالیت بیشتری نسبت به آنزیم‌های آزاد دارد. در نهایت باید گفت، نانولوله‌های پپتیدی‌ می‌توانند به‌عنوان حاملین دارو عمل کنند، این کار با سیستم لوله‌ای شدن اتفاق می‌افتد. در این سیستم‌ها پپتید و پروتئین موردنظر، نظیر بیوتین، می‌توانند از طریق گروه‌های آمین پپتید به هم متصل شوند.

این مثال‌ها نشان می‌دهد، نانولوله‌های پپتیدی می‌توانند پتانسیل‌های بالایی برای استفاده در سیستم‌های رهاسازی دارویی داشته باشند. با این حال، هنوز در آزمایش‌های بالینی این پپتیدها، محدودیت‌هایی دیده می‌شود که باید بر آن‌ها غلبه کرد. برای مثال، باید هزینه تولید آن‌ها کاهش یافته و امکان تولید انبوه نانولوله‌های پپتیدی فراهم شود. لازم است روش‌های جدیدی برای افزایش کارایی کپسوله کردن داروهای درون نانولوله‌های پپتیدی ارائه شود. تقاضاهای رو به افزایشی برای توسعه نانولوله‌های پپتیدی زیست‌سازگار وجود دارد تا از آن‌ها برای حاملین دارو در سیستم‌های رهاساز دارو استفاده شود.

 

4-3- زیست‌حسگر
سیستم‌های خودآرایی شده، نظیر پپتیدها و پروتئین‌ها، را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرد که به‌عنوان‌‌شناساگر مولکولی مورد استفاده قرار گیرند. این عملکرد از روی تغییر پیکربندی پپتید یا پروتئین خودآرایی داده در اثر اعمال محرک خارجی انجام می‌شود، در واقع این تغییر پیکربندی به‌عنوان فاکتوری برای‌شناسایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم‌های خودآرایی داده می‌توانند به‌عنوان زیست‌حسگر استفاده شوند. هم‌چنین از فعالیت پپتیدها می‌توان در الکترونیک و حسگری استفاده کرد. این ویژگی به مدد وجود نقش مهم پپتیدها در سیگنال‌دهی میان سلول‌ها است. برای مثال، پپتیدهای عصبی می‌توانند با اتصال به گیرنده‌های سطح سلول‌ عصبی موجب انتقال پیام شوند، بنابراین این ویژگی می‌تواند برای حسگری مورد استفاده قرار گیرد.

مقاله‌ بسیار جالبی منتشر شده که در آن با استفاده از نانوساختارهای پپتیدی، بافت‌های سه بعدی ساخته شده‌است. این بافت‌ها می‌توانند به‌عنوان داربست یا راهنمای مولکولی[9] مورد استفاده قرار گیرند. داربست‌های ساخته شده از پپتیدها می‌توانند در محیط زنده استفاده شوند تا اعصاب نوری آسیب دیده ترمیم شده یا روی آن‌ها رشد کنند. کاربرد دیگر نانولوله‌های پپتیدی در زیست‌حسگری مربوط به امکان تثبیت نانولوله‌های پپتیدی یا پروتئینی روی نقطه ویژه‌ای در زیرلایه می‌شود. هم‌چنین از نانولوله‌های عامل‌دار خودآرایی داده با یک آنتی‌بادی ویژه، می‌توان برای تثبیت نانولوله‌ها با دقت بالا استفاده کرد. مثال‌های متعددی درباره استفاده از نانولوله‌های پپتیدی در بخش تشخیص عناصر زیستی وجود دارد که در آن‌ها نانولوله‌های پپتیدی با استفاده از آنتی‌بادی‌های ویژه‌ای عامل‌دار شده و برای‌شناسایی با دقت بالا استفاده می‌شوند. علاوه‌براین، الکترودها می‌توانند با نانوساختارهای پپتیدی، اصلاح شده و برای افزایش حساسیت زیست‌حسگری مورد استفاده قرار گیرند. چنین سیستم‌هایی می‌توانند برای‌شناسایی غلظت آنزیم‌ها با حساسیت بالا، نسبت به روش‌های فعلی، به کار گرفته شوند. یک گروه تحقیقاتی برای نمایش این قابلیت، نانولوله‌های پپتیدی حاوی میکروپروکسیداد 11 و دی‌فنیل‌آلانین را روی سطح الکترود اکسید قلع ایندیم تثبیت کردند. این کار با استفاده از روش ترسی لایه ‌به‌ لایه انجام شد که در آن از پلی (آلیل‌آمین) دی‌هیدروکلرید به‌عنوان لایه پلی‌الکترولیت دارای بار مثبت استفاده شد. این زیست‌حسگر آنزیمی، در ابتدا برای‌شناسایی پراکسید هیدروژن ساخته شد، اما می‌توان آن را به‌گونه‌ای تغییر داد که برای تثبیت دیگر پروتئین‌ها و بهبود قابلیت الکتروکاتالیستی آن‌ها استفاده شود. کاربرد دیگر این نانولوله‌ها آن است که از نانولوله‌های مجهز به نانوذرات اکسید آهن آلفا می‌توان برای حسگری گازها استفاده کرد. اخیراً، محققان زیست‌راکتور حاوی سطوح داخلی مجهز به آلفا گلوکزیداز را برای ارزیابی فعالیت‌های آنزیمی نانولوله‌های پروتئینی تولید کرده‌اند. از آلبومین سرم خون انسان و پلی‌آرژنین برای تولید نانولوله‌ها استفاده شد. این گروه تحقیقاتی از روش لایه ‌به ‌لایه برای این کار استفاده کردند که در آن غشاء پلی‌کربناتی اچ شده و سپس با افزودن آنزیم موردنظر، لایه نهایی روی نانولوله‌های گلوکزیداز (PArg/HSA) 2PLA/α- به‌دست می‌آید. گلوکوپیرانوساید که می‌تواند از دیواره این نانولوله‌ها عبور کند با گلوکز دی‌آلفا هیبرید می‌شود.

علاوه‌بر این، یک گروه تحقیقاتی از کانال‌های یونی با زیست‌حسگرهای سیکلوپپتیدی برای‌شناسایی مولکول‌های آلی (پلی‌آنیون‌ها) استفاده کرد. برای مثال با استفاده از کانال‌های پپتیدی، فعالیت ردوکس انتخابی کمپلکس [Fe (CN) 6]3− و [MO (CN) 6]3− با هم مقایسه شد. نوع جدیدی از زیست‌حسگرها و ادوات نوری با استفاده از این نانولوله‌ها ساخته شده‌است. از فرآیند همو وهترودیمریزاسیون در این حسگرها و ادوات مورد استفاده قرار گرفت و از مشتقات پپتیدی حلقوی و پیرین برای کنترل خروجی سیگنال فلورسانس در آن استفاده شد. علاوه‌بر این، تولید ادوات نانولوله پپتیدی انتقال الکتریکی وابسته به دما که با آرایه‌های منودیسپرس از نانوذرات طلا پوشش‌داده شده، باعث توسعه ادوات نانوبیوالکترونیکی شده‌است. در مقاله مربوط به این موضوع، سازوکار رسانایی آرایه‌های نانوذرات طلا روی الگوهای پپتیدی مورد بررسی قرار گرفته است.

نانولوله‌های پپتیدی می‌تواند برای ترکیب مواد زیستی مختلف و در نهایت ساخت مواد هیبریدی هوشمند، استفاده شود. آماده‌سازی مواد زیستی و سپس فرآیند ایجاد مواد معدنی طبیعی[10] به‌وسیله‌ی یک گروه تحقیقاتی بررسی شد. این گروه، تشکیل و پایدارسازی خوشه‌های فلزی روی سطح بلور حاوی نانولوله‌های پپتیدی مبتنی بر cyclo-[ (L-Gln-d-Ala-l-Gln-d-Ala-) 2]- را مورد بررسی قرار دادند، هدف آن‌ها هسته‌زایی برای رسوب اکسید مس (I) بود. پژوهشگران این پروژه، روی آماده‌سازی نانوساختارهای هیبریدی پلیمر-نانوپپتید مبتنی بر خودآرایی پپتیدهای حلقوی تحقیق کردند. آن‌ها از یک آغازگر پلیمریزاسیون که به‌صورت پوشش روی سطح پپتید قرار گرفته است استفاده کردند. در این ساختار، هسته، که همان پپتید است با پیوند کووالانسی به پوسته پلیمری متصل شده‌است. این راهبرد جدید برای آماده‌سازی مواد هیبریدی با اشکال مختلف مورد استفاده قرار گرفته است.

نانولوله‌های ناپایداری برای استفاده در حوزه‌های مختلف، نظیر ساخت زیست‌حسگرهای مبتنی بر نانولوله یا لوله‌ای کردن مدارات نانوسیالی استفاده می‌شود. یون‌های نقره که با استفاده از محلول سیترات روی نانولوله‌های پپتیدی احیاء می‌شود، منجر به تولید نانولوله‌های مزین به یون‌های نقره می‌شود. زمان آنزیمی نانولوله‌های پپتیدی موجب تشکیل نانوسیم‌های نقره می‌شود. این مواد می‌تواند خواص آنتی‌باکتریال قوی داشته باشد. با استفاده از این راهبرد می‌توان نانوساختارهای مزین به نقره، که خواص آنتی باکتریال داشته باشد، تولید کرد.

از نانولوله‌های پپیتیدی می‌توان برای ساخت داربست به‌منظور رهاسازی ژن استفاده کرد. برای مثال، اخیراً یک گروه پژوهشی نشان دادند که استفاده از cyclo- (d-Trp-Tyr) (CPNTs) همراه با پلاسیمد دی‌ان‌ای، می‌تواند نفوذپذیری پلاسمید را در محیط‌های زنده[11] و محیط آزمایشگاهی[12] افزایش دهد. برای ارزیابی پایداری نانولوله‌های پپتیدی بعد از مصرف از راه خوراکی، از اسید گاستریک استفاده شد تا شرایط موجود در محیط زنده شبیه‌سازی شود. نتایج این کار نشان داد که درصورت استفاده از اسید گاستریک، با گذشت زمان مقدار طول و پهنای CPNTs کاهش می‌یابد. با این حال، در عملکرد محافظت از پلاسمید دی‌ان‌ای خللی ایجاد نمی‌شود. نتایج این پژوهش نشان داد که می‌توان از cyclo- (d-Trp-Tyr) برای رهاسازی ژن از طریق خوردن آن، استفاده کرد.

مثال‌های بالا نشان می‌دهد؛ توسعه نانولوله‌های پپتیدی هوشمند به شکلی انجام می‌شود که نانولوله قادر به‌شناسایی مولکول‌های هدف ویژه‌ای باشد. این موضوع می‌تواند به‌عنوان یک حوزه تحقیقاتی جدید و نوظهور مطرح شود. هدف از این رشته جدید، استفاده از واحدهای سازنده نانومقیاس با قابلیت تشخیص مولکولی است.

 

4.4 نانولوله‌های پپتیدی در مطالعات پزشکی و محیط‌‌ زیست
طبیعت آرایشی منطقی پپتیدها و پروتئین‌ها موجب شده تا این ترکیبات کاربردهای متعددی داشته باشند که در این مقاله مروری مورد بررسی قرار گرفته است.

یکی از کاربردهای نانولوله‌های پپتیدی، استفاده از آن‌ها در‌شناسایی پاتوژن‌ها است. محققان با استفاده از خودآرایی منومرهای پپتیدی بلاآمفی‌فیلیک 1,7-heptane dicarboxylate bis (N-a-amidoglycylglycine) - موفق به ساخت تراشه‌ حسگری شدند. این منومر را با آنتی‌بادی ویژه‌ای موسوم به sheep polyclonal anti-HSV-2 پوشش دادند و آن را روی یک قطعه دی‌اکسید سیلیکون قرار دادند. نانولوله‌های پپتیدی را می‌توان میان فضای دو الکترود با دی‌الکتروفوریز مثبت قرار داد. شکل (1) ، نمایی از دستگاه پاتوژن روی تراشه را نشان می‌دهد که در آن فضای میان دو الکترود با استفاده از نانولوله‌های پپتیدی پل زده شده‌است. این راهبرد می‌تواند برای‌شناسایی HSV-2 در غلظت‌های 102Pfuml-1 در مدت یک ساعت مورد استفاده قرار گیرد.

در نهایت، نانولوله‌های فتولومینسانس دارای گروه‌ دی‌فنیل‌الانین می‌توانند برای‌شناسایی انتخابی سم‌های عصبی استفاده شوند. سم‌های عصبی، اورگانوفسفات‌هایی هستند که مانع از فعالیت استراستیل‌کولین در مغز شده که منجر به توقف انتقال پیام از طریق سیستم عصبی مرکزی بدن می‌شود. این مواد نانوساختار با استفاده از ترکیب ساده محلول نانولوله در محلول اتانول و1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol تولید می‌شود. باید از کمپلکس‌های لانتانیدی مختلف یعنی یون‌های لانتانید/حساس‌کننده‌های نوری از قبیل سالسیلیک اسید/Tb یا 1,10-phenanthroline/Eu استفاده کرد. استفاده از کمپلکس‌های لانتانیدی با این نانولوله‌ها موجب افزایش فتولومینسانس در Tb و Eu می‌شود. این افزایش تابش در حوزه‌هایی نظیر ایمنی و امنیت اهمیت به سزایی دارد.

 

5- چالش‌هایی که باید بر آن غلبه کرد
 آیا نانولوله‌های پپتیدی به قدر کافی پایدار هستند که بتوان در بخش زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار گیرد؟ چگونه این مواد را می‌توان به درستی دستکاری کرد؟

هرچند پتانسیل‌های کاربردی متعددی برای استفاده از نانولوله‌های پپتیدی در حوزه‌های مختلف پزشکی وجود دارد که در این مقاله نیز به آن‌ها اشاره شد، اما چالش‌ها و مشکلات حل نشده‌ای نیز هنوز در مسیر استفاده از این ماده وجود دارد.

برای این‌که بتوان نانولوله‌های پپتیدی را با موفقیت در حوزه‌های مختلف زیستی استفاده کرد، باید پایداری این نانولوله‌ها در محلول‌های مختلف ارزیابی شود. دلیل این امر آن است که در برخی کاربردها لازم است این نانولوله‌ها در فاز سیال قرار گیرند. مقالات اولیه‌ای که در فاصله زمانی سال‌های 1996 تا 2006 منتشر شده به بررسی پایداری نانولوله‌های پپتیدی پرداخته است. برای مثال بلورهای نانولوله‌های پپتیدی حلقوی که از واحدهای c-[ (Gln-d-Ala) 4-, c-[ (Gln-d-Leu) 4-], c-[ (Gln-DPhe) 4-] ایجاد شده‌اند، پایداری مکانیکی بسیار خوبی دارند. آن‌ها در حین آب‌زدایی در خلاء نیز پایداری بالایی از خود نشان داده‌اند. این بلورها بعد از دوازده ساعت ماندن در محلول‌های اسیدی و بازی (pHهای 1 تا 14) هنوز از پایداری مناسبی برخوردار هستند. هم‌چنین درصورت وارد شدن به محلول‌های آلی قطبی و غیرقطبی نیز می‌توانند پایدار باقی بمانند. به اعتقاد پژوهشگران، دلیل پایداری ساختارهای بلوری نانولوله‌ها مربوط به برهم‌کنش میان بخش‌های آب‌گریز درون این ساختارهای لوله‌ای است. این در حالی است که پایداری نانولوله‌ها در محلول آبی می‌تواند به فقدان زنجیره آمینواسید قابل یونیزه شدن در ساختار پپتید نسبت داده شود. فروپاشی واحدهای پپتیدی منومری تنها در شرایط بسیار سخت اسیدی قابل مشاهده است.

محققان تحقیقاتی روی استفاده از نانولوله‌های پپتیدی phe-phe انجام دادند تا از آن به‌عنوان قالب برای تولید نانوسیم‌های مسی استفاده کنند. نتایج این پژوهش نشان داد، این نانولوله‌ها پایداری بالایی در مقابل حرارت دادن دارند. مطالعات نشان می‌دهد که افزودن گروه تیول به این پپتیدها موجب می‌شود تا آرایش آن‌ها از حالت لوله‌ای به کروی تبدیل شود، همانند ساختاری که در دی‌فنیل‌گلیسین اتفاق می‌افتد. این نانوذرات در شرایط قلیایی تا پنج ساعت پایدار باقی می‌مانند. این پایداری پیچیده به پایداری ساختاری فیبریل‌های آمیلویدی نسبت داده می‌شود.

تحقیقاتی نیز روی پایداری شیمیایی و گرمایی Phe-Phe PNTs در شرایط خشک و در فاز محلول انجام شده‌است. پایداری نانولوله‌های پپتیدی در محلول‌ آبی در دماهای بالاتر از نقطه جوش با روش‌های مختلف آنالیزی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، نانولوله‌های پپتیدی، ساختار ثانویه خود را تا دمای 90 درجه حفظ می‌کنند. هر چند که این دمای بالا برای شرایط واقعی محیط زنده متفاوت است، اما نتایج این پژوهش از نقطه نظر فناوری و برای درک بهتر پایداری این نانوساختارها جالب توجه است. علاوه‌بر این، محققان موفق شدند تا نانولوله‌های پپتیدی را در حلال‌های آلی، نظیر اتانول، متانول، 2-پروپانول، استن و استونیتریل برای مدت زمان نیم ساعت به‌صورت شیمیایی پایدار نگه دارند. پیش از این نیز ثابت شده بود که Phe-Phe PNTs می‌تواند در دمای 150 درجه سانتیگراد پایدار بماند. برای درک بهتر این پدیده در مقیاس‌های شیمیایی و ساختاری، پایداری این نانولوله‌ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در محیط آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت برای این کار نمونه حرارت داده شد و پایداری آن مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش، پایداری حرارتی نانولوله‌ها با افزایش دما در نمونه‌های نانولوله‌ای مختلف (گرم کردن خشک با AFM) بررسی شد. لازم به ذکر است که در این تحقیق یک قطره از محلول حاوی نانولوله روی سطح میکا ریخته و با اعمال خلاء، خشک شد. این نتایج نشان داد که مورفولوژی و ابعاد نانولوله‌های پپتیدی در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد ثابت می‌ماند. با این حال در دمای 100 درجه، زوال ساختاری در نانولوله‌ها مشاهده شد. آن‌چه جالب توجه بوده، این است که نانولوله‌های پپتیدی در دمای 25 تا 50 درجه سانتیگراد پایدار هستند، که این دما، دمای واقعی برای کاربردهای زیستی است. یکی از موارد مهمی که باید ذکر شود این است که در مطالعه پایداری حرارتی نانولوله‌ها با AFM، آزمایش‌ها در محیط خشک انجام شد و نانولوله‌های غوطه‌ور در محیط سیال استفاده نشده‌اند.

اخیراً مقاله‌ای منتشر شده‌است که در آن پایداری نانولوله‌های پپتیدی خودآرا در برابر حملات حرارتی، شیمیایی و پروتئولیتیک مورد بررسی قرار گرفت و هم‌چنین تغییرات پیکربندی آن در برابر حرارت مطالعه شده‌است. نانولوله‌های کربنی با استفاده از خودآرایی واحدهای سازنده Phe-Phe PNTsروی بستر جامد رشد داده شد، این کار در اتمسفرهای شیمیایی و دماهای مختلف صورت گرفته است. برهم‌کنش میان Phe-Phe و آب در دمای 25 درجه سانتیگراد باعث تولید نانولوله‌های پپتیدی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد نانولوله‌های پپتیدی در دمای 100 درجه سانتیگراد شروع به تجزیه ساختاری کرده و در دماهای بالاتر پیکربندی آن‌ها نیز تغییر می‌کند (شکل 2-الف). در حضور یک محیط پروتئولیتیک، نانوساختار به طور کامل از هم گسیخته می‌شود (شکل 2-ب).

عموماً، پایداری شیمیایی نانوساختارهای خودآرا بعد از تبخیر حلال مورد بررسی قرار می‌گیرد. رفتار این ساختارها در محیط سیال کاملاً متفاوت از حالت خشک است. پایداری نانولوله‌های پپتیدی غوطه‌ور در محیط سیال (حلال‌های آلی، آب، بافر، آنزیم‌های پروتئولیتیک) اهمیت زیادی در کاربرد پزشکی این ساختارها دارند.

اندرسن و همکارانش اعلام کردند مطالعه پایداری نانولوله‌ها در محیط سیال و هم‌چنین محیط خشک، اهیمت زیادی در کاربرد این ساختارها در پزشکی دارد. این محققان با استفاده از تصاویر نوری و آنالیز HPLC-MS نشان دادند که Phe-Phe PNTs به سرعت در سیال‌هایی نظیر آب و PBS در مدت زمان چند دقیقه حل می‌شود، این در حالی است که در محیط‌های آبی اشباع با منومرهای پپتیدی کاملاً پایدار است. از آنجایی که تشکیل نانولوله‌های پپتیدی خودآرا، متاثر از مقدار انحلال منومرهای پپتیدی در محلول است، نانولوله‌های پپتیدی زمانی تشکیل می‌شوند که غلظت منومرها بیشتر از حد انحلال منومرهای پپتیدی است. بنابراین، با افزودن محلول تازه به نمونه خشک شده نانولوله‌های پپتیدی، می‌توان نانولوله‌ها را به حالت محلول در آورد. در محلول‌های تازه، غلظت منومرهای پپتیدی صفر است و نانولوله‌های پپتیدی تا زمانی که غلظت‌شان کم‌تر از حد انحلال منومرهای پپتیدی باشد به‌صورت از هم گسیخته بوده و در فاز محلول حل می‌شوند. هم‌چنین محققان دریافتند که نانوساختارهایی که در محیط اسیدی ایجاد می‌شوند در محلول PBS به مدت چندین ساعت پایدار هستند. این نتایج ثابت کرد، می‌توان ناپایداری نانولوله‌های پپتیدی در فاز سیال را با تغییر فرآیند تولید مدیریت کرد. محققان از این نتایج برای آماده‌سازی نانولوله‌های خودآرای زیستی و نانوذرات روی تراشه پلیمری استفاده کردند. این نتایج، ناپایداری نانولوله‌های پپتیدی در فاز سیال را نشان داده و مشکلات و چالش‌هایی را که باید بر آن‌ها غلبه کرد، ارائه می‌دهد.

در کنار پایداری، یکی دیگر از چالش‌هایی که در هنگام کار با نانولوله‌های پپتیدی باید بر آن غلبه کرد، دستکاری این نانولوله‌ها است. باید بتوان این نانولوله‌ها را به‌گونه‌ای دستکاری کرد که آن‌ها را در محل مناسب و از پیش تعیین شده قرار داد. روش‌های مختلفی برای مطالعه این چالش ارائه شده‌است. معمولاً هدف از این راهبردها، دستکاری نانولوله‌های پپتیدی، به‌گونه‌ای است که بتوان این نانولوله‌ها را به‌صورت کنترل شده تولید و جابه‌جا کرد. برای مثال، ژائو و همکارانش از نانولوله‌های پپتیدی به‌عنوان حسگر استفاده کردند، به‌طوری که یک جفت الکترود که فاصله میان آن‌ها را نانولوله‌ای با پوشش‌ آنتی‌بادی پرکرده بود، به‌عنوان ابزار حسگری استفاده می‌شود. در این پژوهش، نانولوله‌های پپتیدی با ترکیب دو راهبرد بالا به پایین (فتولیتوگرافی الکترودها) و پایین به بالا (خودآرایی دی‌الکتروفورتیک نانولوله‌ها) آماده‌سازی شدند. اتصال ویروس به آنتی‌بادی موجب تغییر ظرفیت میان دو الکترود شده و در نهایت‌‌شناسایی ویروس انجام می‌شود. این روش کاملاً عاری از برچسب‌زنی الکتریکی است که برای‌شناسایی ویروس HSV-2 استفاده شده‌است (شکل 1).

اخیراً مقاله‌ای منتشر شده که در آن سنتز نانولوله‌های پپتیدی با استفاده از پپتید دی‌فنیل‌آلانین گزارش شده‌است. در این روش از پپتید 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol خشک شده با انجماد استفاده شد. نانولوله‌های پپتیدی با وارد کردن مقداری از محلول در آب تولید می‌شوند. این روش، مثال جالبی است که در آن با تجهیزات ارزان قیمت، نانولوله‌های پپتیدی را در اتاق تمیز تولید می‌کنند. سرعت این روش بالا بوده و تکرارپذیری آن قابل قبول است. محققان نشان دادند که نانولوله‌های پپتیدی را می‌توان به‌عنوان ماسک برای فرآیند اچ کردن مورد استفاده قرار داد. آن‌ها هم‌چنین از این روش برای تولید نانوورق‌های طلا استفاده کردند. اهمیت این پژوهش در آن است که می‌توان از یک ماده غیرسمی به جای حلال‌های سمی آلی، برای ماسک کردن استفاده کرد که یک دستاورد خوب از نظر محیط‌زیست است. محققان روشی مبتنی بر ریخته‌گری اسپین اصلاح شده برای دستکاری نانولوله‌های پپتیدی استفاده کردند که با آن می‌توان نانوساختارهای پپتیدی را روی ویفر جهت داد.

با مطالعه مقالات مختلف، به نظر می‌رسد جهت دادن تحقیقات در این حوزه به سوی ارزیابی پایداری و دستکاری نانولوله‌های پپتیدی و هم‌چنین استفاده از این نانولوله‌ها در بخش زیست‌پزشکی، از اهداف اصلی محققان است. علی‌رغم کاربردها و پتانسیل‌های این نانولوله، هنوز چالش‌های متعددی وجود دارد که باید بر آن‌ها غلبه کرد.

 

6- نکات نهایی
این مقاله مروری به نانولوله‌های پپتیدی خودآرا می‌پردازد که علمی نوظهور در تولید مواد هوشمند برای استفاده در بخش‌های مختلف زیست‌پزشکی است. هر چند علاقه ‌روزافزونی برای توسعه نانولوله‌های پپتیدی وجود دارد، اما هنوز چالش‌هایی در این مسیر دیده می‌شود که باید بر آن‌ها غلبه کرد. از جمله این مشکلات می‌توان به دشواری تولید انبوه نانولوله‌های پپتیدی، تولید ارزان قیمت آن‌ها و ناپایداری این نانولوله‌ها در برخی محیط‌های زیستی اشاره کرد. از سوی دیگر، برای این‌که بتوان از نانولوله‌های پپتیدی در حوزه زیست‌پزشکی استفاده کرد، باید تحقیقات بیشتری روی خواص سمیت این ترکیبات انجام داد. هم‌چنین زیست‌سازگاری نانولوله‌های پپتیدی و بازده خالص‌سازی و فرآیند کنترل کیفی آن‌ها باید بررسی شود. در بخش پایانی این مقاله، برخی کاربردهای احتمالی نانولوله‌های پپتیدی ارائه شده‌است. در این میان استفاده از نانولوله‌های پپتیدی در نانومواد هوشمند یکی از کاربردهای احتمالی این ترکیبات بوده که در آینده نزدیک تحقیقات زیادی را متوجه خود خواهد کرد.

 

منبع


Amedea B. Seabra, Nelson Duran, Biological applications of peptides nanotubes: An overview, Peptides 39, 47–54, (2013)