محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به ساخت نانوحامل‌های پلیمری شدند که قابل استفاده در صنایع داروسازی و پزشکی خواهد بود. این محققان برای ساخت نانوحامل‌های دارویی روشی پیشنهاد کرده‌اند که نیازی به واکنش‌های پیچیده شیمیایی ندارد و تولید محصول را تنها در یک مرحله ممکن می‌کند.
دانشگاه صنعتی امیرکبیر: روشی جدید برای ساخت نانوحامل‌های پلیمری
در سال‌های اخیر تحقیقات بسیاری در زمینه‌ی ساخت پلی‌اتیلن‌های پرشاخه با ساختار زنجیری و وزن مولکولی کنترل شده انجام شده است. در بیشتر روش‌ها، تولید محصول به کمک تغییر پارامترهای فرایند پلیمریزاسیون و یا ساختار کاتالیست بررسی شده است. در این تحقیق نیز با استفاده از کاتالیست‌های پالادیمی بروکهارت(بر پایه لیگاندهای دی‌ایمینی) به ساخت نانوذرات پلی‌اتیلنی پرشاخه و بررسی عملکرد آن‌ها در رهاسازی دارو پرداخته شده است.
به گفته‌ی دکتر وحید کریم‌خانی، دانش‌آموخته مهندسی پلیمر از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، نانوذرات تولید شده از جنس پلی‌اتیلن پرشاخه است که کاملاً آب‌گریز بوده و ساخت آن‌ها تنها در یک مرحله انجام می‌شود. آن‌ها بر خلاف نمونه‌های خطی در حلال‌های معمول آلی مانند تتراهیدروفوران و کلروفرم محلول هستند. ابعاد این نانوذرات در حدود ۳۰ نانومتر است که پس از خودآرایی، نانوحامل‌هایی با ابعاد ۵۰ تا ۲۰۰ نانومتر تشکیل می‌‌دهند. این ویژگی‌ها به همراه زیست‌سازگاری و معماری پرشاخه، آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای رهاسازی دارو تبدیل کرده است. به علاوه، تحقیقات بسیاری نشان داده است که میزان داروی کپسوله شده در پلیمرهای پرشاخه بیشتر از هم‌خانواده‌های خطی آن‌هاست.
طبیعت اولفینی هسته‌ی نانوذره تولید شده آن را قادر به حمل میزان قابل‌توجهی از داروی آب‌گریز کرده است و امکان رهاسازی طولانی‌تر دارو را فراهم می‌سازد. از طرفی با قرار گرفتن دارو در این نانوذرات، سمیت آن برای سلول‌های سالم به شدت کاهش یافته و زمان ممکن برای محصور کردن دارو افزایش می‌یابد.
وی در ادامه، مزیت روش استفاده شده را این‌گونه شرح داد: «معمولاً برای ساخت نانوذرات بزرگ با توزیع اندازه‌ی محدود، واکنش‌های شیمیایی متوالی چندین مرحله‌ای مورد نیاز است. این روش‌ها می‌تواند ساختارهای پیچیده و ظریفی از پلی‌اتیلن پرشاخه در بحث دارورسانی هدفمند را ایجاد کنند. با این حال، فرآیند مورد استفاده سخت و زمان‌بر است و هم‌چنین فعالیت کاتالیست به دلیل واکنش‌های کوپلیمریزاسیون کاهش می‌یابد. برای حل این مشکل، در این طرح روشی برای تولید و خودآرایی نانوذرات هسته- پوسته آب‌گریز- آب‌دوست توسعه داده شده است که ضمن جلوگیری از واکنش‌های شیمیایی پیچیده و متوالی، کنترل دقیق‌تر خواص نهایی نانوذرات را امکان‌پذیر می‌کند.»
به گفته‌ی دکتر وحید کریم‌خانی، دانش‌آموخته مهندسی پلیمر از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، نانوذرات تولید شده از جنس پلی‌اتیلن پرشاخه است که کاملاً آب‌گریز بوده و ساخت آن‌ها تنها در یک مرحله انجام می‌شود. آن‌ها بر خلاف نمونه‌های خطی در حلال‌های معمول آلی مانند تتراهیدروفوران و کلروفرم محلول هستند. ابعاد این نانوذرات در حدود ۳۰ نانومتر است که پس از خودآرایی، نانوحامل‌هایی با ابعاد ۵۰ تا ۲۰۰ نانومتر تشکیل می‌‌دهند. این ویژگی‌ها به همراه زیست‌سازگاری و معماری پرشاخه، آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای رهاسازی دارو تبدیل کرده است. به علاوه، تحقیقات بسیاری نشان داده است که میزان داروی کپسوله شده در پلیمرهای پرشاخه بیشتر از هم‌خانواده‌های خطی آن‌هاست.
طبیعت اولفینی هسته‌ی نانوذره تولید شده آن را قادر به حمل میزان قابل‌توجهی از داروی آب‌گریز کرده است و امکان رهاسازی طولانی‌تر دارو را فراهم می‌سازد. از طرفی با قرار گرفتن دارو در این نانوذرات، سمیت آن برای سلول‌های سالم به شدت کاهش یافته و زمان ممکن برای محصور کردن دارو افزایش می‌یابد.
وی در ادامه، مزیت روش استفاده شده را این‌گونه شرح داد: «معمولاً برای ساخت نانوذرات بزرگ با توزیع اندازه‌ی محدود، واکنش‌های شیمیایی متوالی چندین مرحله‌ای مورد نیاز است. این روش‌ها می‌تواند ساختارهای پیچیده و ظریفی از پلی‌اتیلن پرشاخه در بحث دارورسانی هدفمند را ایجاد کنند. با این حال، فرآیند مورد استفاده سخت و زمان‌بر است و هم‌چنین فعالیت کاتالیست به دلیل واکنش‌های کوپلیمریزاسیون کاهش می‌یابد. برای حل این مشکل، در این طرح روشی برای تولید و خودآرایی نانوذرات هسته- پوسته آب‌گریز- آب‌دوست توسعه داده شده است که ضمن جلوگیری از واکنش‌های شیمیایی پیچیده و متوالی، کنترل دقیق‌تر خواص نهایی نانوذرات را امکان‌پذیر می‌کند.»
تصویر TEM و AFM از نانوذرات هسته-پوسته تولید شده
در این طرح، به کمک فناوری میکروسیالی، از پتانسیل پلی‌اتیلن‌های پرشاخه و خودآرایی آن‌ها با کوپلیمر قطعه‌ای استفاده شده تا نانوذرات هسته- پوسته‌ی آب‌گریز- آب‌دوست ساخته شود. استفاده از این روش دلیلی بر کنترل عالی میزان کپسوله کردن و رهاسازی دارو با روش‌های فیزیکی شده است و از مواجه شدن با پیچیدگی‌های موجود در واکنش‌های کوپلیمریزاسیون جلوگیری می‌کند.
این نانوذرات با استفاده از تراشه‌های میکروسیالی و کوپلیمر سه‌قطعه‌ای اتیلن‌گلایگول- پروپیلن گلایکول- اتیلن گلایکول تولید شده‌اند. بخش آب‌گریز این کوپلیمر، بر روی نانوذرات پلی‌اتیلن آرایش یافته و در بخش‌های پلی اتیلن گلیکول باعث پایداری نانوذرات در محیط آبی خون می‌شوند. استفاده از فناوری میکروسیال سبب افزایش توانایی کنترل اندازه ذرات، دستیابی به محدوده‌ی اندازه باریک‌تر و کنترل تراکم نانوذرات می‌شود.
به طور خلاصه این پژوهش، امکان‌پذیری و اهمیت اختلاط سریع با تراشه‌های میکروسیال در ساخت راحت و کنترل شده نانوذرات پیچیده پلی‌اتیلن پرشاخه با هدف دارورسانی هدفمند را نشان می‌دهد.
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر مهدی حسنی صدرآبادی، دکتر فرامز افشار طارمی، دکتر حمید میرزاده – اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- دکتر وحید کریم‌خانی و همکارانشان است، در مجله‌ی Advanced Materials (جلد ۲۶، شماره ۱۹، ماه ژوئن، سال ۲۰۱۴، صفحات ۳۱۱۸ تا ۳۱۲۳) منتشر شده است.
