یک گروه تحقیق ژاپنی – امریکایی هم‌اکنون مشغول کار بر روی توسعه‌ی روش‌هایی برای ساخت ذرات پلیمری در اندازه‌ی پروتئین است که از نظر پیوند و عملکرد انتخابی با آنتی‌بادی‌های واقعی و طبیعی قابل مقایسه هستند.
کارکرد آنتی‌بادی‌های مصنوعی در حیوانات
آنتی‌بادی‌ها نوع خاصی از پروتئین هستند که در خون و سایر مایعات بدن یافت می‌شوند که به‌منظور شناسایی و خنثی‌سازی عوامل بیگانه‌ی مضر مانند باکتری، ویروس‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها، به‌وسیله‌ی سیستم ایمنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. توانایی آنتی‌بادی برای تشخیص یک مولکول هدف خاص به ناحیه‌ی کوچکی از آن – مکان پیوند با آنتی ژن – بستگی دارد که تنها در مقابل پروتئین خاصی – آنتی‌ژن – که روی سطح خارجی عامل بیگانه است، واکنش نشان می‌دهد. مکان پیوند با آنتی‌ژن بسیار متنوع است و این امکان را فراهم می‌سازد تا تعداد زیادی از آنتی‌بادی‌ها با مکان‌های پیوند با آنتی‌ژن تا حدی متفاوت از یکدیگر وجود داشته باشند.
برای تسهیل کاربردهای فناوری نانو در پزشکی و زیست‌شناسی، دانشمندان معمولاً نانوذرات را با لیگاندهای بیوماکرومولکولار ادغام می‌کنند هنوز روش مستقیم‌تری برای تعیین نزدیکی و قرابت یک نانوذره با بیوماکرومولکول‌های خاص به‌جای روش تعیین قرابت از طریق ترکیب شیمیایی کشف نشده‌است؛ با این حال، نانوذرات پلیمری مصنوعی که قادر به برقراری پیوند با بیوماکرومولکول‌های ویژه به‌عنوان جایگزین‌هایی برای آنتی‌بادی‌ها هستند، هنوز به‌شدت مورد توجه قرار دارند. چنین ذراتی می‌توانند به‌عنوان مواد عملکردی باثبات و ارزان‌تری برای کارهای پزشکی، دارورسانی، جداسازی‌ها، بیوحسگرها، تشخیص‌ها و آنتی‌بادی‌ها برای مقابله با سموم و ویروس ها مورد استفاده قرار گیرند.
یک گروه تحقیق ژاپنی – امریکایی هم‌اکنون مشغول کار بر روی توسعه‌ی روش‌هایی برای ساخت ذرات پلیمری در اندازه‌ی پروتئین است که از نظر پیوند و عملکرد انتخابی با آنتی‌بادی‌های واقعی و طبیعی قابل مقایسه هستند. این روش ترکیبی از ساخت نانوذره‌ی حافظه‌دار مولکولی با یک استراتژی بهینه‌سازی مونومر عملکردی است.
در حقیقت، آنها یک آنتی‌بادی پلاستیکی ساخته‌اند که نسخه‌ی مصنوعی یک آنتی‌بادی واقعی به‌شمار می‌رود، آنها همچنین مدعی شده‌اند که این آنتی‌بادی در خون یک حیوان زنده عمل می‌کند و در نتیجه، اکنون می‌توان ملاحظه کرد که آن دسته از نانوذرات پلیمری مصنوعی که به‌وسیله‌ی یک فرایند غیر ارگانیکی در آزمایشگاه شیمیایی ساخته می‌شوند، می‌توانند به‌عنوان جایگزین‌های مناسبی برای ماکرومولکول‌های زیستی مورد استفاده قرار گیرند. امروزه، کاربردهای این آنتی‌بادی‌ها شامل پادزهرهایی برای سموم، پاک‌سازی پروتئین‌ها و درمان است.
کن‌ت جی‌شی می‌گوید: «حدس می‌زنم که یافته‌ی کلیدی کار اخیر ما این باشد که یک نانوذره‌ی پلیمری مصنوعی می‌تواند شبیه به یک آنتی‌بادی عمل کند و به‌صورت انتخابی در یک ارگانیسم زنده، سم پپتیدی را گرفته، آن را خنثی کند. قرابت این نانوذره‌ی پلیمری مصنوعی با آنتی‌بادی به این معناست که این نانوذره توانایی برقراری پیوند با یک مولکول هدف ویژه (مانند یک پپتید یا پروتئین) را داراست؛ اما جاذبه و گرایش چندانی به برقراری پیوند با سایر مولکول‌ها را به‌صورت انتخابی ندارد (ارتباط قفل و کلید برقرار نمی‌شود).
شی، پروفسور شیمی دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، همراه با دکتر یوهوشیو و همکارانی از دانشگاه شی‌زوکا در ژاپن (گروه نااوتواوکو)، یافته‌های خود را در شماره‌ی اخیر مجله‌ی انجمن شیمی امریکا منتشر کرده‌اند(تشخیص، خنثی‌سازی و پاک‌سازی پپتیدهای هدف در خون موش‌های زنده به‌صورت مولکولی به‌وسیله‌ی نانوذرات پلیمری حافظه‌دار: آنتی‌بادی پلاستیکی).
شی توضیح می‌دهد که این گروه و دیگران قبلاً موفق به ساخت نوعی از پلیمرهای مصنوعی شده‌اند که می‌تواند مولکول دیگری را تشخیص و با آن پیوند برقرار نماید؛ با این حال، تشخیص، اغلب تحت شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده‌ای اتفاق افتاده‌است. به‌منظور کارکرد در محیطی مانند خون، تشخیص و برقراری پیوند به‌وسیله‌ی نانوذره‌ی مصنوعی، باید در دریایی از مولکول‌های رقیب (پروتئین‌ها، پپتیدها، سلول ها و غیره) انجام شود.
او می‌گوید:«نانوذره‌ی پلیمری باید از دید سیستم‌های پاک‌سازی طبیعی خون مخفی مانده، سبب تحریک پاسخ‌های ایمنی نشود. با وجود تمامی این چالش‌ها در مسیر طراحی یک نانوذره، تحقیقات ما هم‌اکنون ثابت می‌کند که می‌توان این مشکلات را حل کرد.»
برای ساخت آنتی‌بادی‌های پلاستیکی، این گروه از رویکردی به نام نقش‌پذیری مولکولی استفاده می‌کند که فرایندی است مشابه با باقی گذاشتن ردپا بر روی شن مرطوب.
برای انجام این آزمایش‌های خاص، آنها ملیتین – جزء فعال اصلی سم زنبور که یک سم زیستی مطالعه‌شده است – را به‌عنوان هدف و مولکول نقش‌پذیر انتخاب و آن را با یک محلول مونومری مخلوط کردند، سپس واکنش شیمیایی آغاز شد که در آن این بلوک‌های سازنده، به‌صورت رشته‌هایی بلند به یکدیگر متصل و سبب سختی آنها شدند. با سخت شدن ذرات پلاستیکی ، محققان ملیتین را اضافه کردند که این کار سبب شد تا نانوذرات پلیمری دارای حفراتی از ملیتین شود و به این ترتیب نانوذرات پلیمری نقش‌پذیرفته با ملیتین به دست آمدند.
محققان کارایی آنتی‌بادی‌های پلاستیکی خود را در محیط آزمایشگاه روی موش‌ها آزمایش کردند؛ به موش‌ها دوز بالایی از ملیتین به‌صورت داخل وریدی تزریق شد و پس از آن آنتی‌بادی های پلیمری مصنوعی هم به‌صورت داخل وریدی تزریق شد. گروه کنترل که به آنها آنتی‌بادی تزریق نشده بود، ۱۰۰درصد مردند و در گروهی که آنتی‌بادی‌های پلاستیکی را دریافت کرده بودند، میزان مرگ و میر به حد قابل توجهی کاهش یافت و علاوه بر این میزان التهاب ناحیه‌ی شکمی موش‌ها نیز که به‌وسیله‌ی ملیتین ایجاد شده بود، کاهش زیادی را نشان داد. ملیتین – ترکیب آنتی‌بادی پلاستیکی سپس از خون موش‌ها به‌وسیله‌ی سیستم فاگوسیتوز مونونوکلئار در کبد از بدن موش‌ها خارج شد.
شی می‌گوید:«طبق نتایج حاصله، نتیجه می‌گیریم که نانوذرات پلیمری نقش‌پذیرنده به شکلی کارامد می‌توانند ملیتین پپتیدی سی‌تو‌توکسیک خون را جذب کنند. قرابت قوی و ویژه‌ی نانوذرات نقش‌پذیر، این امکان را فراهم می‌آورد که تجزیه و جداسازی سریع پپتید هدف در محیط زیستی انجام گیرد.»
او اشاره می‌کند که نتایج گروه برای اولین بار به‌دست آمده و حاکی از آن است که یک نانوذره‌ی مصنوعی غیر زیستی با قرابتی مشابه با یک آنتی‌بادی و به‌صورت انتخابی، توانسته به‌صورت مؤثری در خون حیوانات زنده عمل کند.
