وبلاگ
نانوزیم ها
نانوزیمها مجموعهای از نانومواد با فعالیتهای تقلید آنزیمی هستند و میتوانند واکنشهای کاتالیزوری آنزیمهای طبیعی را تقلید کنند. نانوزیم ها یا شبه آنزیم ها در مقایسه با آنزیمهای طبیعی، مزایای متعددی دارند. آنها ارزانتر و قابل بازیافت هستند. نانوزیمها میتوانند به راحتی تولید و برای مدت طولانی ذخیره شوند. آنزیمهای معدنی معمولی به دمای بالا، فشار بالا و شرایط pH شدید نیاز دارند. در مقابل، نانوزیم ها قادر به فعالیت در محیطهای نزدیکتر به شرایط فیزیولوژیکی هستند و به طیف وسیعی از محرکهای خارجی پاسخ میدهند. نانوزیمها را میتوان با طیف وسیعی از فعالیت کاتالیزوری با تغییر ساده شکل، ساختار و ترکیب طراحی کرد.
نانوزیمها همچنین در مقایسه با سایر آنزیمهای مصنوعی، خواص منحصر به فردی از جمله عملکردهای چندگانه یکپارچه غیرمرتبط با کاتالیز دارند. مواد در مقیاس نانو، مساحت سطح وسیعی فراهم میکنند و امکان اصلاحات بیشتر و بیوکونژوگاسیون را آسانتر میکنند. توانایی خودآرایی همچنین از یک استراتژی مهم در زیستشناسی تقلید میکند، به این معنی که اجزای بیولوژیکی را میتوان به راحتی در آن گنجاند.
در دهههای گذشته، نانومواد متعددی برای روشن کردن فعالیتهای تقلیدکننده اکسیداز (OXD)، گلوکز اکسیداز (GOD)، پراکسیداز (POD)، کاتالاز (CAT)، سوپراکسید دیسموتاز (SOD) و گلوتاتیون پراکسیداز (GPx) با کاربردهای گسترده زیستپزشکی کشف شدهاند. در حال حاضر، نانوزیم ها عمدتاً از فلز و اکسیدهای فلزی تشکیل می شوند. زیرا مرکز فعال فلزی میتواند به طور مؤثر فرآیند ردوکس الکترونیکی کاتالیزوری فعال شده توسط آنزیمهای طبیعی را تقلید کند. به طور خاص، فعالیتهای تقلیدکننده آنزیم تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند حالتهای اکسیداسیون مرکز فلزی، عامل احیا، دما و pH در محیط اطراف قرار میگیرند.
انواع نانوزیم ها
نانوزیمهای مبتنی بر پلاتین
بر اساس فعالیت شبه کاتالاز، نانومواد مبتنی بر پلاتین (Pt) به طور گسترده برای تجزیه H2O2 درونزا به O2 استفاده می شوند، بنابراین هیپوکسی تومور را برای درمان تومور، از جمله PDT(Photodynamic Therapy) و رادیوتراپی، تسکین میدهند. نانوذرات متخلخل Pt میتوانند اشعه ایکس را جذب کرده و H2O2 را به O2 تبدیل کنند و راندمان پرتودرمانی را در برابر تومور بدخیم بهبود بخشند. علاوه بر این، نانوزیمهای مبتنی بر Pt همچنین میتوانند برای گونه های فعال اکسیژن (ROS) و التهاب مرتبط با بیماریها استفاده شوند.
نانوزیمهای مبتنی بر طلا
خصوصیات آنزیمی نانوذرات طلا (Au NPs) کاربردهای گستردهای در کاربردهای زیستپزشکی دارند. نانوذرات طلا چندین آنزیم را نشان میدهند که تواناییهایی مانند فعالیت تقلیدی پراکسیداز و فعالیت گلوکز اکسیداز (GOD) را تقلید میکنند. فعالیت شبه GOD نانوذرات طلا میتواند گلوکز را تخلیه کرده و H2O2 تولید کند. و میتواند به طور مؤثر مواد مغذی گلوکز را مصرف کرده و گرسنگی سلولی را در بافتهای تومور القا کند. نانوذرات طلا با نانومواد تقلیدی کاتالاز همافزایی داشته و باعث افزایش راندمان درمان تومور میشود.
نانوزیم مبتنی بر اکسید آهن
نانوذرات اکسید آهن کاربردهای گستردهای در تصویربرداری، دارورسانی، تکثیر سلولی، ترمیم بافت، هایپرترمیا، جداسازی مغناطیسی و تشخیص دارند. هماتیت، ماگمیت و مگنتیت انواع مختلف نانوذرات اکسید آهن هستند. نانوذرات اکسید آهن دارای زیستسازگاری، پایداری کلوئیدی و خواص مغناطیسی پایدار هستند که آنها را برای استفاده در زیستپزشکی بسیار کاربردی میکند. نانوذرات اکسید آهن به عنوان یک کاوشگر در MRI، تصویربرداری توموگرافی فلورسانس نزدیک به مادون قرمز (NIRF) و برای اهداف تشخیصی عمل میکنند. همچنین به عنوان حسگر برای تشخیص گلوکز، پروتئینها و اوره استفاده میشوند.
هدف فناوری نانو، ساخت تقلیدکنندههای آنزیم (نانوزیم ها) است که رفتاری مشابه آنزیمهای اکسیداز، پراکسیداز کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز بیولوژیکی نشان میدهند. نانوذرات اکسید آهن رفتار مغناطیسی پارامغناطیسی و سوپرپارامغناطیسی از خود نشان میدهند. به طور مثال Fe3O4 فعالیت ذاتی شبیه پراکسیداز را نشان میدهد. نانوزیمهای اکسید آهن (IONzymes) شامل Fe3O4 و Fe2O3 هستند و رفتاری شبیه پراکسیداز و کاتالاز در شرایط واکنش فیزیولوژیکی معروف است.
نانوزیمهای مس
نانومواد اکسید مس (Cu) به دلیل فعالیت تقلید آنزیمی خود توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. فعالیت تقلید پراکسیداز (POD) نانوذرات اکسید مس نسبتاً بالایی نشان میدهد و عامل ضد توموری قوی است. در درمان با واسطه ریزمحیط تومور، عوامل احیاکننده درون توموری (مانند GSH) میتوانند Cu2+ را به گونههای Cu+ کاهش دهند و منجر به گزینشپذیری و کارایی بالا شوند. علاوه بر درمان تومور، فعالیت شبه POD نانوذرات اکسید مس به عنوان درمان ضد باکتریایی نیز به کار گرفته می شود. Cu0 فعالیتهای شبه POD بالایی نسبت به Cu2+ نشان میدهد و باکتریها را با واکنش شبه فنتون در محیط غنی از H2O2 از بین میبرد. پیشرفت تحقیقاتی نانوزیمهای مبتنی بر Cu، کاربردهای زیستپزشکی امیدوارکننده آنها را در ریزمحیط بیماری هدف نشان میدهد.
نانوزیمهای مبتنی بر منگنز
نانوذرات اکسید منگنز (Mn) به دلیل حالتهای ظرفیتی متغیر Mn، فعالیتهای ذاتی شبه POD، GPx، CAT و SOD از خود نشان میدهند و میتوانند H2O2 را برای درمان تومور به OH تجزیه کند. نانومواد حاوی منگنز همچنین به عنوان نانوزیمهای شبه CAT برای تولید O2 مورد استفاده قرار می گیرند و توجه گستردهای را در درمان با واسطه O2 به خود جلب کردهاند. نانوذرات اکسید منگنز به عنوان عوامل مهار کننده ROS برای درمان بیماریهای ناشی از استرس اکسیداسیون شناخته شدهاند. کاهش سطح ROS یکی از مکانیسمهای درمانی مهم برای نانوذرات اکسید شده با منگنز است.
نانوزیمهای مبتنی بر ایریدیوم
مکانیسم این نانوزیمهای مبتنی بر اکسید فلزی با ظرفیت اکسیداسیون گونههای فلزی مرتبط بود. میتوانند ROS و گونههای نیتروژن واکنشپذیر (RNS) را برای کاهش AKI جمعآوری کنند. به طور مثال PVP-IrNPهای بسیار کوچک (1.5 نانومتر) میتوانند پس از تجویز داخل وریدی به سرعت در کلیه تجمع یابند و از آسیب سلولی ناشی از ROS یا RNS محافظت کنند. علاوه بر این، PVP-IrNPs میتوانند به راحتی توسط کلیه به ادرار دفع شوند و سمیت سیستمیک کمتری از خود نشان دهند. اکسید ایریدیوم (IrOx) عملکردهای شبه اکسیداز(OXD) فعال شده با اسید و شبه کاتالاز(CAT) وابسته به pH را برای درمانهای هدفمند تومور ارائه میدهد.
نانوزیمهای مبتنی بر کبالت
نانوذرات مبتنی بر کبالت (Co) دارای خاصیت شبه آنزیمی وابسته به pH است و اساس واکنش آن مشابه Fe3O4 است. Co3O4 واکنشپذیری شبه CAT و فعالیت شبه SOD بهینه را در شرایط pH بالاتر (pH≥7.4) نشان می دهد. اثربخشی کاتالیزوری نانوزیمهای مبتنی بر کبالت، کاربرد زیستپزشکی آنها را محدود میکند. بنابراین، بهبود فعالیت آنزیمی نانوزیم ها ممکن است از نظر درمانی برای اثربخشی بهتر ضد تومور جذاب باشد.
نانوزیم های مبتنی بر مولیبدن
نانوذرات مولیبدن (Mo) به عنوان نانوزیمها دارای فعالیت کاتالیزوری SOD، CAT، OXD و سولفیت اکسیداز و غیره هستند. اگرچه نانوزیمهای مبتنی بر Mo عملکرد تقلید آنزیمی برجستهای را نشان میدهند، اما گسترش بیشتر کاربرد آنها در زیستپزشکی هنوز دشوار است. یکی از محدودیتهای اصلی برای کاربرد نانوزیمهای مبتنی بر Mo این است که این نانوزیمها همزمان فعالیتهای آنتیاکسیدانی و اکسیداتیو را انجام میدهند. و ممکن است در کاربرد خود برای مهار آسیب اکسیداتیو با نتیجه رضایتبخش شکست بخورند.
کاربرد نانوزیم ها
نانوزیمها طیف وسیعی از کاربردها برای پزشکی تشخیصی، درمان هدفمند و حسگرهای زیستی دارند. توانایی تشخیص بیماری در مراحل اولیه آن به ویژه برای بهبود نتایج بالینی مهم است. حسگرهای زیستی با استفاده از نانوزیمها طراحی میشوند که سریع، قابل اعتماد و بسیار حساس هستند.
روشهای قبلی تشخیص بیماری از طریق فناوری حسگر زیستی، از آنزیمهای طبیعی مانند پراکسیدازها در سنجشهای زیستی استفاده میکردند. این آنزیمها برای کاتالیز واکنشهای رنگسنجی در حضور مولکولهای هدف استفاده میشوند. جایگزینی آنزیمهای طبیعی با نانوزیمهایی که فعالیتهای کاتالیزوری آنها را تقلید میکنند، امکان ساخت سریعتر و مقرونبهصرفهتر حسگر زیستی را فراهم میکند. از آنجایی که نانوزیم ها فاقد جایگاه فعال هستند، استراتژیهایی برای افزایش نانوذرات با اختصاصیت نسبت به مولکولهای هدف ایجاد شده است که به آنها امکان میدهد در پزشکی تشخیصی و برای درمانهای هدفمند به کار گرفته شوند.
در حوزه زیستپزشکی، نانوزیم ها به دلیل پایداری بالا و هزینه کم، توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. فعالیتهای تقلید آنزیمی نانوزیمها را میتوان توسط عوامل متعددی مانند وضعیت شیمیایی یون فلزی، pH، پراکسید هیدروژن (H2O2) و سطح گلوتاتیون (GSH) تنظیم کرد. در طول دهه گذشته، نانوزیمهای چندکاره برای کاربردهای مختلف زیستپزشکی توسعه یافتهاند.