تولید انبوه نانوذراتی که دارو‌های سرطان را مستقیماً به تومور‌ها می‌رسانند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نانوذرات پوشش داده شده با پلیمر که با دارو‌های درمانی بارگذاری شده‌اند، نوید قابل توجهی برای درمان سرطان از جمله سرطان تخمدان دارند. این ذرات را می‌توان مستقیماً به سمت تومور‌ها هدف قرار داد، جایی که آنها بار خود را آزاد می‌کنند و در عین حال از بسیاری از عوارض جانبی شیمی درمانی سنتی جلوگیری می‌کنند.
در طول دهه گذشته، پروفسور پائولا هاموند، پروفسور موسسه MIT و شاگردانش انواع مختلفی از این ذرات را با استفاده از تکنیکی به نام مونتاژ لایه به لایه ایجاد کرده‌اند. آنها در مطالعات موش نشان داده‌اند که این ذرات می‌توانند به طور موثر با سرطان مبارزه کنند.
برای کمک به نزدیک‌تر کردن این نانوذرات به استفاده انسانی، محققان اکنون به تکنیکی دست یافته‌اند که به آنها اجازه می‌دهد تا در کسری از زمان مقادیر بیشتری از ذرات را تولید کنند.
هاموند که همچنین معاون استاد دانشگاه MIT و عضو موسسه تحقیقات سرطان یکپارچه کخ است، می‌گوید: «امید‌های زیادی در مورد سیستم‌های نانوذراتی که ما در حال توسعه هستیم وجود دارد، و ما اخیراً با موفقیت‌هایی که در مدل‌های حیوانی برای درمان سرطان تخمدان مشاهده می‌کنیم، بسیار هیجان‌زده شده‌ایم. در نهایت، ما باید بتوانیم این را به مقیاسی برسانیم که یک شرکت بتواند اینها را در سطح وسیعی تولید کند.
هاموند و دارل اروین، استاد ایمونولوژی و میکروبیولوژی در موسسه تحقیقاتی اسکریپس، نویسندگان ارشد این مطالعه جدید هستند که امروز در Advanced Functional Materials منتشر شده است. ایوان پیرس دکترای ۲۴، که اکنون فوق دکترای بیمارستان زنان و بریگهام و دانشمند مدعو در موسسه کخ است، و ازرا گوردون ۲۴ نویسندگان اصلی مقاله هستند. هیکیونگ سو، تکنسین تحقیقاتی MIT، نیز نویسنده است.
یک فرآیند ساده
بیش از یک دهه پیش، آزمایشگاه هاموند تکنیک جدیدی را برای ساخت نانوذرات با معماری بسیار کنترل شده توسعه داد. این رویکرد به لایه‌هایی با خواص مختلف اجازه می‌دهد تا با قرار دادن متناوب سطح در معرض پلیمر‌های با بار مثبت و منفی، روی سطح نانوذره قرار گیرند.
هر لایه را می‌توان با مولکول‌های دارو یا سایر روش‌های درمانی جاسازی کرد. این لایه‌ها همچنین می‌توانند مولکول‌های هدف گیری را حمل کنند که به ذرات کمک می‌کند تا سلول‌های سرطانی را پیدا کرده و وارد آن شوند.
با استفاده از استراتژی که آزمایشگاه هاموند در ابتدا توسعه داد، یک لایه در یک زمان اعمال می‌شود و پس از هر بار استفاده، ذرات یک مرحله سانتریفیوژ را برای حذف هر پلیمر اضافی انجام می‌دهند. محققان می‌گویند که این زمان بر است و به سختی می‌توان آن را به تولید در مقیاس بزرگ تبدیل کرد.
اخیراً، یک دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه هاموند یک رویکرد جایگزین برای تصفیه ذرات، که به عنوان فیلتراسیون جریان مماسی شناخته می‌شود، ایجاد کرده است. با این حال، در حالی که این فرآیند را ساده کرد، هنوز به دلیل پیچیدگی تولید و حداکثر مقیاس تولید محدود بود.
هاموند می‌گوید: اگرچه استفاده از فیلتراسیون جریان مماسی مفید است، اما هنوز یک فرآیند بسیار کوچک است، و یک بررسی بالینی مستلزم آن است که ما دوز‌های زیادی را برای تعداد قابل توجهی از بیماران در دسترس داشته باشیم.
برای ایجاد یک روش تولید در مقیاس بزرگتر، محققان از یک دستگاه اختلاط میکروسیال استفاده کردند که به آنها اجازه می‌دهد تا به طور متوالی لایه‌های پلیمری جدیدی را به عنوان ذرات از طریق یک میکروکانال درون دستگاه اضافه کنند. برای هر لایه، محققان می‌توانند دقیقاً میزان پلیمر مورد نیاز را محاسبه کنند که نیاز به خالص‌سازی ذرات پس از هر افزودن را از بین می‌برد.
هاموند می‌گوید: این واقعاً مهم است، زیرا جداسازی پرهزینه‌ترین و زمان‌برترین مراحل در این نوع سیستم‌ها است.
این استراتژی نیاز به اختلاط دستی پلیمر‌ها را از بین می‌برد، تولید را ساده می‌کند و فرآیند‌های منطبق با عملکرد تولید خوب (GMP) را یکپارچه می‌کند. الزامات GMP FDA تضمین می‌کند که محصولات با استاندارد‌های ایمنی مطابقت دارند و می‌توانند به روشی ثابت تولید شوند، که با استفاده از فرآیند دسته‌ای گام به گام قبلی بسیار چالش برانگیز و پرهزینه خواهد بود. دستگاه میکروسیالی که محققان در این مطالعه استفاده کردند در حال حاضر برای ساخت GMP انواع دیگر نانوذرات از جمله واکسن‌های mRNA استفاده می‌شود.
پیرس می‌گوید: با رویکرد جدید، احتمال هر نوع اشتباه اپراتور یا حوادث ناگوار بسیار کمتر است. این فرآیندی است که می‌تواند به راحتی در GMP پیاده‌سازی شود، و این واقعاً گام کلیدی در اینجا است. ما می‌توانیم یک نوآوری در نانوذرات لایه به لایه ایجاد کنیم و به سرعت آن را به‌گونه‌ای تولید کنیم که بتوانیم با آن وارد آزمایش‌های بالینی شویم.
تولید در مقیاس بالا
با استفاده از این رویکرد، محققان می‌توانند تنها در چند دقیقه ۱۵ میلی‌گرم نانوذرات (برای حدود ۵۰ دوز کافی) تولید کنند، در حالی که تولید همین مقدار برای تکنیک اولیه نزدیک به یک ساعت طول می‌کشد. محققان می‌گویند که این می‌تواند تولید بیش از اندازه ذرات را برای آزمایش‌های بالینی و استفاده بیماران ممکن کند.
پیرس می‌گوید: برای افزایش مقیاس با این سیستم، فقط به اجرای تراشه ادامه می‌دهید و تولید بیشتر مواد شما بسیار آسان‌تر است.
محققان برای نشان دادن روش تولید جدید خود، نانوذرات پوشیده شده با یک سایتوکین به نام اینترلوکین-۱۲ (IL-۱۲) ایجاد کردند. آزمایشگاه هاموند قبلا نشان داده بود که IL-۱۲ تحویل شده توسط نانوذرات لایه به لایه می‌تواند سلول‌های ایمنی کلیدی را فعال کرده و رشد تومور تخمدان را در موش‌ها کند کند.
در این مطالعه، محققان دریافتند که ذرات بارگذاری شده با IL-۱۲ تولید شده با استفاده از تکنیک جدید، عملکرد مشابهی با نانوذرات لایه به لایه اصلی نشان دادند؛ و نه تنها این نانوذرات به بافت سرطانی متصل می‌شوند، بلکه توانایی منحصر به فردی را برای عدم ورود به سلول‌های سرطانی نشان می‌دهند. این به نانوذرات اجازه می‌دهد تا به عنوان نشانگر روی سلول‌های سرطانی عمل کنند که سیستم ایمنی را به صورت موضعی در تومور فعال می‌کنند. در مدل‌های موش سرطان تخمدان، این درمان می‌تواند منجر به تاخیر در رشد تومور و حتی درمان شود.
محققان برای ثبت اختراع این فناوری ثبت نام کرده‌اند و اکنون با مرکز نوآوری فناوری MIT Deshpande همکاری می‌کنند تا بتوانند شرکتی را برای تجاری‌سازی این فناوری تشکیل دهند. محققان می‌گویند در حالی که آنها در ابتدا بر روی سرطان‌های حفره شکمی مانند سرطان تخمدان تمرکز می‌کنند، این کار می‌تواند برای انواع دیگر سرطان از جمله گلیوبلاستوما نیز اعمال شود.
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت ایالات متحده، مرکز مرمر برای نانوپزشکی، مرکز Deshpande برای نوآوری‌های تکنولوژیکی، و کمک مالی مؤسسه Koch پشتیبانی (هسته) از مؤسسه ملی سرطان تأمین شد.