محققان دانشگاه تربیت مدرس، با تغییر فرایند ساخت لیپوزوم، موفق به افزایش میزان ژن‌های به دام افتاده در ساختار این نانوحامل‌ها شدند. این نانوحامل‌های غیرویروسی که ساختاری خنثی دارد، پایداری بسیار بالایی داشته و از ژن‌های محصور در برابر آنزیم‌های تخریب‌کننده محافظت می‌کند.
دانشگاه تربیت مدرس: ساخت نانوحامل‌های غیرویروسی با بالاترین میزان انتقال ژن
یکی از شاخه‌هایی نانو فناوری زیستی که تحقیقات وسیعی بر روی آن صورت گرفته، سیستم‌های انتقال ژن است. با وجود کارایی بسیار بالای حامل‌های ویروسی در انتقال ژن به سلول‌های یوکاریوتی، استفاده از آن‌ها ممکن است زیان‌هایی را در پی داشته باشد. به عنوان مثال، این حامل‌ها سبب آلودگی سلول در شرایط خاص و یا سرطانی شدن آن‌ها می‌شوند. از این‌رو، نسل جدیدی از حامل‌های غیرویروسی مورد توجه محققان قرار گرفته است. چالش اصلی استفاده از این حامل‌های غیرویروسی آن است که نسبت به نمونه‌ی مشابه ویروسی کارایی کم‌تری دارند.
در این طرح، با تغییراتی در سنتز لیپوزوم‌ها، نانوحامل‌هایی تولید شده است که مولکول‌های DNA با بازده بسیار بالا (%۹۸) درون ساختار کاملاً خنثای آن‌ها محصور می‌شود. تا کنون این نتایج فقط برای لیپوزوم‌های کاتیونی گزارش شده است که به شدت سمی بوده و تنها در شرایط خارج بدن انسان قابل بهره‌برداری هستند.
این نانوساختار بسیار پایدار است، به طوری که بعد از گذشت ۶ ماه هیچ‌گونه رهاسازی DNA از آن مشاهده نشده است. DNA در فضای آبی داخلی لیپوزوم به دام افتاده است، لذا آنزیم‌های تخریب کننده توانایی تخریب آن را نخواهند داشت و به این ترتیب DNA داخل این ساختار از پایداری بسیار بالایی برخوردار است.
به گفته‌ی دکتر ریحانه رمضانی، دانش‌آموخته‌ی رشته نانوبیوتکنولوژی از دانشگاه تربیت مدرس، از دیگر مزیت‌های نانوحامل طراحی شده، توانایی بالایی آن در انتقال ژن به سلول باکتری است. بنابراین می‌توان از آن در درمان عفونت‌های باکتریایی که به دارو مقاوم هستند، استفاده نمود. همچنین این نانوساختار می‌تواند به عنوان یک حامل مناسب برای انتقال دارو و درمان بیماری‌ها در انسان مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر این گروه، مطالعاتی را بر روی انتقال ژن به سلول‌های باکتریایی توسط این سیستم در دست بررسی دارند.
وی در خصوص عملکرد این ساختار عنوان کرد: «غشای سلول‌های موجودات زنده از فسفولیپیدها تشکیل شده است. این غشاءها به محض قرار گرفتن در یک محیط آبی، کاملاً به شکل خودکار دور هم جمع شده و یک کره‌ی تو خالی (لیپوزوم) را تشکیل می‌دهند. نکته‌ی جالب این است که در حین تشکیل این لیپوزوم‌ها، هر ماده‌ای می‌تواند به طور اتفاقی در فضای آبی داخلی آن به دام بیفتد که از آن جمله می‌توان به مواد ژنتیکی و آنزیم‌ها اشاره کرد. ما از این خاصیت فسفولیپیدها استفاده کرده و ماده ژنتیکی (DNA) را در حین تولید لیپوزوم‌ها به دام انداختیم. به دلیل بدون بار بودن لیپوزوم و بار منفی زیاد بر سطح مولکول DNA، عملاً باید مقادیر بسیار ناچیزی از DNA درون ساختار آن قرار گیرد. در صورتی که در این طرح با ایجاد تغییراتی در روش‌های سنتز قبلی، تقریباً تمامی مولکول‌های (DNA (98% درون ساختار لیپوزوم خنثی شد. در واقع با استفاده از فیلترهایی با منافذ ۱۰۰ نانومتر، لیپوزوم‌هایی در محدوده‌ی ابعاد ۱۰۰ تا ۱۲۰ نانومتر تولید نموده و تعداد لایه‌های بیرونی ساختار آن را کاهش داده‌ایم. به این ترتیب امکان ادغام لیپوزوم و غشای سلول را برای انتقال محتویات داخل لیپوزوم به سلول یوکاریوتی و باکتریایی افزایش یافت.»
در اغلب تحقیقات صورت گرفته در حیطه‌ی انتقال ژن در راستای دستیابی به توانایی برهمکنش مولکول DNA با حامل‌ها و نفوذ از سد غشای سلولی از راهکار وجود بار مثبت سطحی در حامل استفاده شده است. هر چند که بار مثبت این سیستم‌ها، در رفع مشکل برشمرده کاراست، اما مشکل جدیدی را با خود به همراه خواهد آورد. سیستم ایمنی موجود زنده به شدت به اجرام خارجی که بار مثبت دارند واکنش نشان داده و به سرعت آن‌ها را از گردش خون خارج می‌سازد. از این‌رو این ساختارها پایداری بسیار پایینی در جریان خون خواهند داشت. از سوی دیگر ساختارهایی با بار مثبت به شدت برای سلول‌های زیستی سمی هستند و خاصیت کشندگی برای آن‌ها دارند.
رمضانی با اشاره به نتایج به دست آمده، ابراز امیدواری کرد که در آینده‌ای نزدیک لیپوزوم‌های تشکیل شده از غشای سلولی جایگاه ویژه‌ای در انتقال دارو و ژن بیابند و به این ترتیب حامل‌های کاتیونی سمی که در حال حاضر در این عرصه مورد استفاده قرار می‌گیرند، کنار گذاشته شوند.
نتایج این طرح که حاصل همکاری دکتر مجید صادقی زاده، دکتر مهرداد بهمنش، دکتر سامان حسین خانی- اعضای هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و دکتر ریحانه رمضانی است، در مجله‌ی Molecular Biotechnology (جلد ۵۵، شماره ۲، ماه اکتبر، سال ۲۰۱۳، صفحات ۱۲۰ تا ۱۳۰) به چاپ رسیده است.
در این طرح، با تغییراتی در سنتز لیپوزوم‌ها، نانوحامل‌هایی تولید شده است که مولکول‌های DNA با بازده بسیار بالا (%۹۸) درون ساختار کاملاً خنثای آن‌ها محصور می‌شود. تا کنون این نتایج فقط برای لیپوزوم‌های کاتیونی گزارش شده است که به شدت سمی بوده و تنها در شرایط خارج بدن انسان قابل بهره‌برداری هستند.
این نانوساختار بسیار پایدار است، به طوری که بعد از گذشت ۶ ماه هیچ‌گونه رهاسازی DNA از آن مشاهده نشده است. DNA در فضای آبی داخلی لیپوزوم به دام افتاده است، لذا آنزیم‌های تخریب کننده توانایی تخریب آن را نخواهند داشت و به این ترتیب DNA داخل این ساختار از پایداری بسیار بالایی برخوردار است.
به گفته‌ی دکتر ریحانه رمضانی، دانش‌آموخته‌ی رشته نانوبیوتکنولوژی از دانشگاه تربیت مدرس، از دیگر مزیت‌های نانوحامل طراحی شده، توانایی بالایی آن در انتقال ژن به سلول باکتری است. بنابراین می‌توان از آن در درمان عفونت‌های باکتریایی که به دارو مقاوم هستند، استفاده نمود. همچنین این نانوساختار می‌تواند به عنوان یک حامل مناسب برای انتقال دارو و درمان بیماری‌ها در انسان مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر این گروه، مطالعاتی را بر روی انتقال ژن به سلول‌های باکتریایی توسط این سیستم در دست بررسی دارند.
وی در خصوص عملکرد این ساختار عنوان کرد: «غشای سلول‌های موجودات زنده از فسفولیپیدها تشکیل شده است. این غشاءها به محض قرار گرفتن در یک محیط آبی، کاملاً به شکل خودکار دور هم جمع شده و یک کره‌ی تو خالی (لیپوزوم) را تشکیل می‌دهند. نکته‌ی جالب این است که در حین تشکیل این لیپوزوم‌ها، هر ماده‌ای می‌تواند به طور اتفاقی در فضای آبی داخلی آن به دام بیفتد که از آن جمله می‌توان به مواد ژنتیکی و آنزیم‌ها اشاره کرد. ما از این خاصیت فسفولیپیدها استفاده کرده و ماده ژنتیکی (DNA) را در حین تولید لیپوزوم‌ها به دام انداختیم. به دلیل بدون بار بودن لیپوزوم و بار منفی زیاد بر سطح مولکول DNA، عملاً باید مقادیر بسیار ناچیزی از DNA درون ساختار آن قرار گیرد. در صورتی که در این طرح با ایجاد تغییراتی در روش‌های سنتز قبلی، تقریباً تمامی مولکول‌های (DNA (98% درون ساختار لیپوزوم خنثی شد. در واقع با استفاده از فیلترهایی با منافذ ۱۰۰ نانومتر، لیپوزوم‌هایی در محدوده‌ی ابعاد ۱۰۰ تا ۱۲۰ نانومتر تولید نموده و تعداد لایه‌های بیرونی ساختار آن را کاهش داده‌ایم. به این ترتیب امکان ادغام لیپوزوم و غشای سلول را برای انتقال محتویات داخل لیپوزوم به سلول یوکاریوتی و باکتریایی افزایش یافت.»
در اغلب تحقیقات صورت گرفته در حیطه‌ی انتقال ژن در راستای دستیابی به توانایی برهمکنش مولکول DNA با حامل‌ها و نفوذ از سد غشای سلولی از راهکار وجود بار مثبت سطحی در حامل استفاده شده است. هر چند که بار مثبت این سیستم‌ها، در رفع مشکل برشمرده کاراست، اما مشکل جدیدی را با خود به همراه خواهد آورد. سیستم ایمنی موجود زنده به شدت به اجرام خارجی که بار مثبت دارند واکنش نشان داده و به سرعت آن‌ها را از گردش خون خارج می‌سازد. از این‌رو این ساختارها پایداری بسیار پایینی در جریان خون خواهند داشت. از سوی دیگر ساختارهایی با بار مثبت به شدت برای سلول‌های زیستی سمی هستند و خاصیت کشندگی برای آن‌ها دارند.
رمضانی با اشاره به نتایج به دست آمده، ابراز امیدواری کرد که در آینده‌ای نزدیک لیپوزوم‌های تشکیل شده از غشای سلولی جایگاه ویژه‌ای در انتقال دارو و ژن بیابند و به این ترتیب حامل‌های کاتیونی سمی که در حال حاضر در این عرصه مورد استفاده قرار می‌گیرند، کنار گذاشته شوند.
نتایج این طرح که حاصل همکاری دکتر مجید صادقی زاده، دکتر مهرداد بهمنش، دکتر سامان حسین خانی- اعضای هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و دکتر ریحانه رمضانی است، در مجله‌ی Molecular Biotechnology (جلد ۵۵، شماره ۲، ماه اکتبر، سال ۲۰۱۳، صفحات ۱۲۰ تا ۱۳۰) به چاپ رسیده است.
