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

کیتوزان نانوحاملی مناسب برای انتقال دارو های ضد آلزایمر

افراد مقاله : ‌ مترجم - فاطمه تکتاز

موضوع : علم و پژوهش کلمات کلیدی : کیتوسان - دارو - آلزایمر تاریخ مقاله : 1393/07/17 تعداد بازدید : 3033

کیتوزان یک پلی ساکارید طبیعی زیست سازگار است که اغلب به عنوان حامل در دارورسانی هدفمند برای درمان اختلالات عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کیتوزان و محصولات زیست تخریب‌پذیر آن ویزگی‌هایی دارند که در سطح مولکولی سلول‌های عصبی و سد خونی مغزی توانایی اعمال وظایف زیستی را به آنها می‌دهد و در درمان‌های ضد آلزایمر می‌توان از این ویزگی‌ها بهره برد. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به انعطاف بالا در ایجاد تغییرات سطحی، توانایی اتصال به مولکول‌های مختلف لیگاند و ایجاد کمپلکس‌های پایدار نانو در شرایط فیزیولوژی نام برد. استفاده از کیتوزان به عنوان حامل داروهای ضد آلزایمر، موجب افزایش انتقال آنها به مغز از راه بینی می‌شود. این مقاله به بررسی اثرات مستقیم و غیرمستقیم دارو‌های ضد آلزایمر کیتوزان، راهبرد‌های تغییر سطح برای بالا بردن نفوذ دارو به ساختار سد خونی-مغزی و استفاده از نانوذرات کیتوزان می‌پردازد.

 

1. مقدمه

در سال‌های اخیر، کاربرد نانو حامل‌های پلیمری به دلیل نقش برجسته آن‌ها در درمان اختلالات مغزی به شکل چشم‌گیری افزایش داشته است. درمان موفقیت آمیز در بیماری‌های عصبی، نیاز‌مند نوسازی مجدد سیستم عصبی مرکزی (CNS) و یا حفاظت از آن به‌وسیله‌ی دارو‌ها است. بیماری آلزایمر (AD) یکی از کشنده‌ترین اختلالات عصبی است که در مراحل درمانی آن پیشرفت‌های کمی صورت گرفته است. پیش‌بینی شده است که در سال 2014 نزدیک به 0.7 میلیون نفر از مردم مسن آمریکا به دلیل ابتلا به آلزایمر جان خود را از دست خواهند داد. کیتوزان یک پلی ساکارید کاتیونی است که در ساخت داربست‌های مغزی و سیستم‌های جایگزینی طناب عصبی، بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین از این ترکیب به عنوان نانوذرات حامل برای انتقال دارو‌ها به اندام‌های هدف در بیماری‌هایی مثل؛ سرطان، دیابت، بیماری‌های تنفسی و عصبی استفاده می‌شود. کیتوزان و محصولات زیست تخریب‌پذیر آن با مهار سایتوکین‌های پیش التهایی، مسدود کردن مسیر سنتز نیتریک اکساید و مهار فسفریلاسیون در ناحیه انتهای آمین در کیناز c-Jun که به‌وسیله‌ی آلفا و بتا آمیلوئید‌ها ایجاد شده است، می‌توانند خواص ضد آلزایمری از خود نشان دهند.

 

1. 1 خواص کیتوزان

از نظر ساختار، کیتوزان زنجیره‌ای خطی از واحد‌های تصادفی N-استیل D-گلوکز آمین و D-گلوکز آمین است که به‌وسیله‌ی پیوند‌های گلیکوزیدی (B-1.4) بهم متصل شده‌اند.کیتوزان شامل گروه‌های آمین در کربن C2 پس از داستیلاسیون در ساختار کیتین است. در واقع زمانی که درجه داستیلاسیون در کیتین بیشتر از 60 تا 70 درصد باشد آن را کیتوزان می‌نامند.

 

1. 2 زیست تخریب پذیری کیتوزان

کیتوزان به‌وسیله‌ی لیزوزیم، لیپاز، پروتئاز، کیتیناز، کیتین داستیلاز، کلاژناز و آنزیم‌های کیتوناز به واحد‌های N-استیل گلوکز آمین تجزیه می‌شود. تخریب زیستی کیتوزان در زمانی که کم‌تر از 70 درصد داستیلاسیون را متحمل شده باشد بسیار سریع‌تر اتفاق می‌افتد و همچنین اگر وزن مولکولی کیتوزان کم باشد، اثرات سمی آن نیز کاهش می‌یابد. توزیع زیستی نانوذرات کیتوزان در بدن پس از تزریق وریدی به اندازه و ویزگی‌های سطحی آن‌ها بستگی دارد.

 

2. تغییرات کیتوزان برای داروسانی مغزی و سازگاری خونی

2. 1 تغییرات کیتوزان برای داروسانی مغزی

سادگی در ایجاد تغییرات سطحی در کیتوزان باعث رهایش مناسب نانوذرات با خواص مناسب و چند منظوره در مغز می‌شود. به‌علاوه، کیتوزان تغییر یافته برای کلاهک‌گذاری سایر نانو حامل‌ها، مانند PLA (poly lactic acid) و (poly lactic-co-glycolic acid) PLGA نیز کارایی بالایی داشته و سبب افزایش نفوذپذیری سد خونی-مغزی، سازگاری سلولی و پایداری سرم می‌گردد. ناحیه آبگریز در کیتوزان سبب انتشار یون‌های آنیونی شده که سبب اتصال کیتوزان به ساختار پلیمری می‌شود. به علاوه، این ناحیه آبگریز مشتق شده از کیتوزان، انتقالات ژنتیکی و جذب سلولی در سطح سلول‌های عصبی را تسهیل می‌کند. (شکل1).

 

2. 2 تغییرات کیتوزان برای سازگاری خونی

در بیماری آلزایمر ترکیب خون تغییر می‌کند، از مهم‌ترین این تغییرات آسیب ساختاری غشا گلبول‌های قرمز و بالارفتن سطح لیپو پروتیئین‌های اکسیده است. تاکنون مطالعه درباره اثرات سازگاری نانوذرات با خون فرد مبتلا به آلزایمر نتایج مشخصی را ارایه نداده است، اما این پژوهش‌ها در مورد اثرات سازگاری نانوذرات اصلاح شده کیتوزان دارای نتایج قابل قبولی است که این نانوذرات را به حاملی مناسب برای انتقال دارو به خون تبدیل کرده است. تغییرات در ویزگی‌های سطحی نانوذرات کیتوزان، برای دارو رسانی در مغز، به عنوان یک پیش نیاز مورد توجه قرار می‌گیرد که این تغییرات برای تسهیل در حرکت نانوذرات در سیستم خونی بدن نیز، مورد نیاز است.

 

3. مسیر‌های مختلف ساخت نانوذرات کیتوزان جهت دارو رسانی به مغز

کیتوزان، ماده نانو حاملی است که به دلیل انعطاف بالا، توانایی تولید نانو پوسته‌های مختلف را برای دارو رسانی به مغز دارد. برخلاف سایر روش‌ها، مراحل ساخت ذرات کیتوزان در ابعاد نانو به سادگی امکان‌پذیر است و به همین دلیل به سادگی می‌تواند به عنوان نانو حامل برای پروتیین‌ها، آنزیم‌ها و همچنین SiRNA در انتقال دارو به مغز مورد استفاده قرار گیرد. از عمده‌ترین روش‌های ساخت نانوذرات کیتوزان می‌توان به روش‌های ژله شدن یونی، اتصالات عرضی در جا، تشکیل میسل، فناوری disk Spinning و امولسیفیکاسیون اشاره نمود که در بخش زیر مورد بحث قرار گرفته‌اند. مسأله مهم در ساخت لیگاند‌هایی که سلول‌های مغزی را هدف قرار می‌دهند، پایداری آن‌ها در شرایط هموستاز طبیعی و تغییر یافته است.

 

3. 1 ژله شدن یونی/ اتصالات عرضی

در این روش، نانوذرات کیتوزان به‌وسیله‌ی ژله شدن یونی (اتصالات عرضی فیزیکی) و یا پیوند‌های کووالان (اتصالات عرضی شیمیایی) و تحت شرایط ملایم پردازش و رابط‌های پلی آنیونی به عنوان مکمل تولید می‌شوند. با وجود اینکه ایجاد اتصالات عرضی راهکار بسیار مناسبی برای به دام انداختن دارو است، اما نوع جدید این اتصالات به دلیل پایداری بالا در pH و حضور آنزیم در شرایط In vivo کارایی بالاتری در به دام انداختن و رهایش دارو دارد. یون‌هایی مانند Fe (CN) 6 −4، Fe (CN) 6−3، سیترات و کلسیم به‌طور متداول در فرایند تولید نانوذرات کیتوزان با روش ژله شدن یونی پس از استفاده از TPP (تری پلی فسفات) مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانوذرات تولید شده به کمک TPP کارایی بالایی در انتقال دارو‌های ضد آلزایمر، مانند Thy-moquinone، Rivastigmine، Venlafaxine، Tacrine و Cyclophosphamide به مغز در شرایط in vivo و ex vivo را دارد. کیتوزان به سادگی با ترکیباتی مانند؛ هیالورونیک اسید، کندرواییتین سولفات، اپی کلروهیدرین، دی آلدئید‌هایی مانند گلوتارآلدئید و گلی اکسالات کمپلکس تشکیل می‌دهد.

 

3. 2 تشکیل میسل

نخستین بار Shao و همکارانش گزارشی را مبنی بر مهار تجمعات پپتیدی بتا آمیلوئیدی به‌وسیله‌ی ساختار‌های میسل ارائه دادند. وجود بار‌های سطحی در میسل‌ها و همچنین توانایی این ساختار‌ها در ادغام شدن با غشا‌های سلولی سبب ایجاد کارایی مناسب، برای تبدیل تجمعات بتا آمیلوئیدی به خوشه‌های عصبی است. پلیمر‌های متحرک میسلی که به‌وسیله‌ی پپتید Tatدر سطح خود نشاندار هستند، پس از ورود از راه بینی، توانایی بالایی در انتقال اسید‌های نوکلئیک به بافت‌های مغز دارند. زیرا بتا آمیلوئید‌ها به‌صورت ذاتی تمایل به ایجاد اینترکشن با ساختار‌های میسلی دارند. کیتوزان آمفی پاتیک (مانند: استرول، پالمیتوئیل و اکتانوئیل کیتوزان) بسته به نوع حلال به کار رفته، می‌تواند به‌صورت نانو میسل‌هایی از میسل‌های بزرگ‌تر مشتق شود. به‌علاوه، سطح خارجی این میسل‌ها، با ایجاد اتصالات عرضی، نانو پوشش‌هایی ایجاد کرده و کارایی اتصال خود را به نانو ساختار‌های دیگر افزایش می‌دهد. امروزه، میسل‌های کیتوزان به دلیل توانایی افزایش حلالیت دارو‌های هیدروفوب، پایداری بالا نسبت به سورفکتانت‌های با وزن پایین و غلبه بر مقاومت دارویی، توجه زیادی را در دارو رسانی به سد خونی- مغزی متوجه خود ساخته‌اند.

 

3. 3 فناوری disk Spinning

تکنولوژی پردازش disk Spinning (SDT) به دلیل ویژگی‌های متمایز در شرایط تولید نانوذرات کیتوزان، به عنوان یک مسیر عمده در تولید نانوذرات کیتوزان مورد استفاده قرار می‌گیرد که از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به توانایی کنترل دقیق شکل و اندازه نانوذرات، تولید بالای نانوذرات با ابعاد بسیار کوچک و تولید نانوذرات پایدار با پتانسیل زتا (>45 mv) بالا که مانع از ایجاد تجمع بین ذرات می‌شود، نام برد. همچنین این روش، برای بهبود رسوب نانوذرات در حضور و عدم حضور حلال در روش بالا به پایین، بسیار کارآمد است. از این روش در تولید نانوذرات کروم با ابعاد بسیار کوچک و حلالیت بالا در آب نیز استفاده می‌شود که در انتقال موثر نانوذرات کیتوزان دارای نقش موثری است.

 

3. 4 روش امولسیفیکاسیون

این روش به صورت ویژه برای ساخت نانوذرات محتوی دارو‌های هیدروفوب مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیازمند اضافه کردن فاز آلی محتوی دارو به محلول آبی کیتوزان است. به‌وسیله‌ی این روش نانو گوی‌های کیتوزان محتوی F-Ab (قطعات بتا آمیلوئیدی) با ابعاد تقریبی 15.23 ± 10.97 نانومتر تولید می‌شوند که در واکسن‌های ضد آلزایمر به عنوان نانو حامل نقش موثری را ایفا می‌کنند.

 

4. همکاری کیتوزان در درمان آلزایمر

از ویژگی‌های برجسته آلزایمر ایجاد پلاک آمیلوئیدی از صفحات بتا در مغز است. ایجاد این تجمعات الیگومری در ناحیه انتهایی سلول‌های عصبی و یا سطح گیرنده آن‌ها سبب ایجاد التهابات و دیستروفی‌های سیناپسی می‌شود. علاوه‌بر این، تجمع پروتیین‌های هیپر فسفریله tau سبب ایجاد نوروفیبر‌های دو لایه در درون سلول‌های عصبی می‌شود. کیتوزان و مشتقات زیست تخریب‌پذیر آن دارای سطوح کاتیونی هستند که به صورت الکترواستاتیک با اپیتلیوم آنیونی سد خونی –مغزی واکنش می‌دهند و به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، مغز را در برابر آسیب‌های پاتولوژیک ناشی از آلزایمر محافظت می‌کنند. (شکل2).

 

4. 1 انتقال SiRNA به مغز به‌وسیله‌ی نانو حامل‌های کیتوزان

رشته SiRNA با 20-25 جفت باز طول و بار منفی خود به عنوان یک عامل درمانی، در بسیاری از بیماری‌هایی که فعالیت آنزیمی و پروتیینی بدن را دچار اختلال کرده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. تغییرات اپی ژنیک و تغییرات متابولیسمی میتوکندریایی از عوامل اصلی در بیماری‌های تخریبی عصبی، مانند آلزایمر، هستند. تشکیل نانو کمپلکس کیتوزان- SiRNAمانع از تخریب SiRNA به‌وسیله‌ی نوکلئاز‌های سرمی خواهد شد و نیمه‌عمر آن را تا 7 ساعت افزایش خواهد داد و تجزیه کامل SiRNA تا 48 ساعت بعد اتفاق خواهد افتاد، در حالیکه که بدون حضور کیتوزان SiRNA نیمه‌عمری نزدیک به 30 دقیقه خواهد داشت. بیماری آلزایمر نیازمند پروسه درمانی مزمن است و افزایش نیمه‌عمر ترکیبات ژنتیکی به‌وسیله‌ی کیتوزان برای دارو رسانی موثر، بسیار مفید است. (شکل3).

 

5. نتیجه‌گیری

استفاده از کیتوزان و مشتقات زیست تخریب‌پذیر آن به عنوان نانو حامل در دارو رسانی مغزی بیماری آلزایمر، نتایج چشمگیری دارد. فعالیت‌های زیستی چند گانه کیتوزان و مشتقات آن سبب محافظت از آسیب‌های عصبی در بسیاری از واکنش‌های مغزی می‌شود. به علاوه، فعالیت موثر کیتوزان در جهت عبور از سد خونی-مغزی از دیگر دلایل انتخاب آن به عنوان یک دارو رسان مفید است. شواهد کافی مبنی بر سازگاری خونی و افزایش زیست تخریب پذیری کیتوزان به کمک تغییرات سطح وجود دارد که می‌تواند کاربرد این ترکیب را در دارو رسانی مغزی از راه بینی یا تزریقی افزایش دهد. همچنین نشان داده شده است که اغلب بیومولکول‌هایی که در مغز بیماران آلزایمری افزایش می‌یابند، به‌طور مستقیم یا غیر مستقیم، به زیرواحد‌های فعال کیتوزان متصل می‌شوند و در واقع اتصال آسان لیگاند‌های مختلف به کیتوزان و مشتقات آن در درمان آلزایمر بسیار موثر است.

 

منبع:

Chitosan as a suitable nanocarrier material for anti-Alzheimer drug delivery. Jayrajsinh Sarvaiya, Y.K. Agrawal. International Journal of Biological Macromolecules 72 (2015) 454–465.