نانو ذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (3) حورانکونام، اسماعیل میرزایی

کاربردهای فناوری نانو نانوپزشکی 33

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس وقتی اندازه ذرات کوچک باشد از سیستم های فاگوسیتی فرار می کند. لذا از این ذرات به همراه مارکرهای اختصاصی، برای انتقال هدفمند استفاده می کنند.

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس انتقال هدفمند نسبت به حالت غیر فعال برتری دارد چون... باعث افزایش کنتراست می شود. توانایی تشخیص ملکولی را پیدا می کند. این امر منجر می شود که علاوه بر اطلاعات فیزیولوژیکی، بینشی از مکانیسم ملکولی را فراهم می کند و منجر به تشخیص سریعتر و دقیق تر می شود.

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس تا به حال تصویربرداری علائم بیماری های بر شمرده در زیر، با این روش انجام شده است... التهاب انفارکتوس آنژیوژنز آپوپتوز بیان ژن سرطان

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس به منظور دستیابی به انتقال هدفمند نانوذرات سوپرپارامعناطیس اکسید آهن (SPIO)، بیومارکرهای خاص هر بافت نیاز است. در مرحله اول... عامل به طور مستقیم به سطح پوشش داده شده هیدروفیلیک متصل می شود. پوشش های پلیمری، گروه های عاملی فعال مختلف مثل آمین، سولفیدریل وکربوکسیل را دارند و باعث تسریع مراحل کانژوگاسیون می شوند.

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس در مرحله بعد ... تجمع کافی ذرات در بافت، مورد نظر است. شاید بزرگترین مانع برای انتقال هدفمند، مکان دهی مقدار مناسبی از SPIO در محل آسیب، برای ایجاد کنتراست کافی باشد. به همین منظور تکنیک های مختلفی برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص استفاده می شود.

تکنیک های مختلف برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص تکنیک های مختلف برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص روشی که بیشتر کاربرد دارد... تله اندازی داخل سلولی است و از طریق برداشت با واسطه گیرنده ایجاد می شود. این رخداد سطح بالایی از کنتراست را در سلول آسیب دیده ایجاد می کند.

تکنیک های مختلف برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص تکنیک های مختلف برای افزایش تجمع ذرات در محل خاص روش دیگر شامل... روش های تقویت دو مرحله ای می باشد، مثل... استفاده از آنتی بادی بیوتینه شده که در محل های بیماری مجتمع می شوند و SPIO متصل به استرپتوویدین در محیط قرار می گیرد. از آنجایی که بیوتین و آویدین تمایل بالایی دارند، ذرات در محل مورد نظر مجتمع می شوند .

انتقال فعال پروب های سوپرپارامغناطیس پروب های MRI با آنتی بادی هدف سرطانی کانژوگه می شوند. گاهی این پروب های مغناطیسی با رنگ های فلورسنت همراه می شوند. این اتفاق, امکان مطالعات درون تن و برون تن را فراهم می کند.

تصویربرداری قلبی-عروقی علاوه بر فراهم آمدن امکان تشخیص آپوپتوز (مرگ برنامه ریزی شده سلولی) و تصویربرداری ملکولی.. امکان تشخیص زود هنگام بیماری های قلبی عروقی مختلف از جمله موارد زیر با این شیوه فراهم می شود ... آترواسکلروزیس ترومبوز نقایص میوکارد

تصویربرداری قلبی-عروقی تشخیص زود هنگام آترواسکلروز با... SPIO هدفگذاری شده با anti-VCAM-1 و با پپتید اختصاصی VCAM-1 انجام می شود.

تصویربرداری قلبی-عروقی عامل دیگری که در مطالعات استفاده می شود E-selectin می باشد. E-selectin یک مارکر پیش التهابی سلول های اندوتلیال است که در اترواسکلروزیس، تکثیر اندوتلیال عروق توموریو آنژیوژنز کاربرد دارد. با استفاده از SPIO کانژوگه شده با ضد E-selectin انسانی می توان بوسیله MRI میزان فاکتور نامبرده را در محیط کشت برون تن نمایش داد.

تصویربرداری قلبی-عروقی تشخیص ترومبوز بر پایه تشخیص اختصاصی αIIb-β3- می باشد. αIIb-β3- از پلاکت های فعال شده آزاد می شود. پلاکت فعال شده، از طریق SPIO کانژوگه شده با RGD شناسایی می شود. RGDیک پپتید اسیدی حلقه ای مشتمل از سه اسید آمینه آرژنین،گلایسین و اسپارتات می باشد. RGD به طور اختصاصی اینتگرین αIIb-β3 را شناسایی می کند .

تصویربرداری قلبی-عروقی SPIO همراه با RGD تشخیص بهتری نسبت به SPIO بدون مارکر فراهم می کند و امکان مشاهده لخته با قطرmm 0.2 در mm0.2 را ممکن می سازد. از نانوذرات آهن اکسید تک کریستال (MION )متصل شده با آنتی میوزین براساس... جاذبه الکتروستاتیکی و یا پیوند کوولانسی بین گروه های لیزین آنتی بادی و گروه های هیدروکسیل سطحی فعال شده بوسیله پتاسیم پریودات.... در جهت تشخیص انفارکتوس قلبی استفاده می شود.

تصویربرداری قلبی-عروقی یک سلول انفارکتوس شده قلبی، غشاء متخلخل تری نسبت به سلول نرمال دارد. SPIO کانژوگه شده با Fab آنتی میوزین به صورت موثر وارد سلول آسیب دیده می شود. میوزین را شناسایی کرده و در تصاویر محل آسیب دیده به رنگ سیاه دیده می شود. در نمونه بدون مارکر کنتراست خوبی دیده نمی شود.

التهاب برای بررسی بافت های ملتهب ... با اتصال آنتی بادی پلی کلونال ایمونوگلوبولین انسانی به سطح SPIO امکان شناسایی بافت فراهم می شود. شکل نشان دهنده ی بررسی التهاب بافتی بوسیله نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست، می باشد.

آنژیوژنز رگ زایی (آنژیوژنز) یک پروسه ضروری رشد رگ های خونی جدید برای توسعه، تکثیر و تعمیر بافت ها می باشد. رگ زایی از نشانه های آشکار رشد تومور نیز محسوب می شود. بنابراین بررسی شدت آنژیوژنز در تشخیص سرطان و بررسی مراحل بهبود موثر است.

آنژیوژنز چندین ملکول در آنژیوژنز دخیل اند از جمله... فاکتور رشد سلول های اندوتلیال مشتق شده از پلاکت (PD-EDGF) فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) فاکتور رشد فیبروبلاست (FGF) گیرنده Tie-2 اینتگرین E-selectin در این بین گیرنده VEGF, Tie2، E-selectinو اینتگرین بیشتر بررسی ها را به خود اختصاص می دهند.

آنژیوژنز ساختار های CLIO متصل شده به E-Selectin به منظور بررسی آنژیوژنز

آپوپتوز بحث هدفمندسازی SPIO در تشخیص آپوپتوز نیز مطرح می باشد. آپوپتوز، خود تخریبی برنامه ریزی شده سلول ها می باشد. مواردی که آپوپتوز دیده می شود... در پاتوژنی سرطان تخریب بافتهای عصبی انفارکتوس میوکارد حاد التهاب مزمن آپوپتوز در جهت نمایش اثربخشی دارو نیز کاربرد دارد.

آپوپتوز از اولین مراحل این پروسه تخریب فسفاتیدیل سرین در غشا سلول می باشد. برای شناسایی این مرحله از synaptotagmin و annexin استفاده می کنند. استفاده از SPIO های متصل به ناحیه C2 از synaptotagmin،سلول آپوپتوز شده را شناسایی می کنند. رزولوشن این کار nm0.1 است که در مقابل روشهای مرسوم 3 برابر بهبود داشته است .

آپوپتوز روش دیگر در این بخش شامل استفاده از... فسفولیپید فسفاتیدیل سرین و Annexin V. می باشد. استفاده از نانو ذرات کانژوگه شده با Annexin V. غلظت gµ0.1 در شرایط برون تن از سلول های آپوپتوز را تشخیص می دهد.

بیان ژن روش های مختلفی برای بررسی بیان ژن وجود دارد، ولی محدودیت هایی دارند از جمله... در تصویربرداری های نوری عمق نفوذ کمی دارند. در تصویر برداری های به کمک رادیوایزوتوپ ها رزولوشن فضایی کمی وجود دارد.

بیان ژن بررسی بیان ژن گیرنده ترانسفرین در سلول های توموری: ترانسفرین بر سطح MION ها، قرار می گیرد. در صورت وجود گیرنده در محیط، این ذرات متصل می شوند. هرچه بیان آن بیشتر باشد، گرادیان کاهشی در T2بیشتر دیده می شود.

تصویربرداری سرطان تشخیص غیر هجومی سرطان بسیار قابل توجه است که می تواند در افزایش درصد حیات بیماران موثر باشد. روش های مرسوم MRI جرم 1 cmرا شناسایی می کند اما به کمک نانوذرات... می توان محدوده تشخیص را به ملکولی و برهم کنش های ملکولی وارد کرد و جرم های خیلی کوچک سرطان را از بافت نرمال تشخیص داد . بسیاری از مارکرهای سرطانی به عنوان اهدافی از لیگاند مستقیم SPIOها مطرح هستند.

تصویربرداری سرطان مارکرهایی که برای انتقال هدفمند انتخاب می شوند، علاوه بر داشتن سطح بیان بالاتر در سلول های سرطانی باید.... امکان تجمع بالاتر در داخل سلول را با روش اندوسیتوز بواسطه گیرنده فراهم کنند. در شکل اتصال اختصاصی نانوذرات مغناطیسی با مارکر Her-2 در جهت تشخیص مارکر اختصاصی سرطان سینه به کمک MRI دیده می شود.

تصویربرداری سرطان یکی از مارکرهای اختصاصی سرطان گیرنده های ترانسفرین می باشند. این گیرنده ها بیان بالایی روی سطح اکثر سلول های سرطانی علی الخصوص سرطان سینه دارند. با استفاده از SPIOهای متصل شده به ترانسفرین، نمایش بیان و تنظیم گیرنده ترانسفرین در شرایط درون تن و برون تن فراهم می شود.

تصویربرداری سرطان قرار دادن فولات (فولیک اسید) به سطح SPIO... امکان برداشت سریع و موثر توسط سلول های سرطانی که سطح بالایی از گیرنده فلات را دارند، فراهم می کند. این امر موجب کاهش 38% در شدت T2 می شود.

تصویربرداری سرطان مارکر دیگرکه به وسیلهSPIOها شناسایی می شود، شامل آنتی ژن توموریMUC-1 است. MUC-1 عامل معمول در بسیاری از آدنوکارسینومای سلول های اپیتلیال است و در... سرطان سینه، پانکراس، کلرکتال، ریه، پروستات و معده وجود داشته و با پپتید EPPT1 ردیابی می شود.

تصویربرداری سرطان مارکرهای زیادی در این زمینه استفاده شده اند از جمله... متالوپروتئیناز ماتریکسی2 اندوپپتید متصل شده به غشا که در گلیوما سطح بیان بالایی دارد.

تصویربرداری سرطان راه دیگر برای شناسایی بافت سرطانی... هدفمند کردن ذرات با گیرنده های اختصاصی در سطح سلول نرمال می باشد که در سلول سرطانی بیان نمی شود. مثلاً گیرنده CCK در سطح SPIO متصل شده و گیرنده ACCK در سطح سلول نرمال پانکراس شناسایی می شود. با توجه به کاهش T2 در بافت های سالم می توان به محدوده بافت توموری پی برد .

تصویربرداری سرطان سرطان کبد غالباً بدنبال متاستاز ناشی از سرطان های سینه، ریه، رکتوم و کلون می باشد. پژوهشگران بدنبال مارکر خاص برای عامل کنتراست در تصویربرداری MR برای مشخصه یابی سرطان کبد بودند. گیرنده (ASG(asialoglycoprotein در هپاتوسیت های نرمال وجود دارد. این گیرنده در سلول هایی ابتدائی و فرم متاستاز سلول های سرطانی از بین می رود.

تصویربرداری سرطان بدین منظور SPIO ها را به ارابینوگالاکتان AG) ) که لیگاند پلی ساکاریدی ASG می باشد، متصل می کنند. تصاویر MR نشان می دهد که استفاده از AG-SPIO در تصویربرداری هدفمند کنتراست خوبی بین دو بافت نرمال و سرطانی ایجاد می کند.

ردیابی سلولی یکی از کاربردهایSPIO بررسی توزیع سلولی در شرایط درون تن است. در حال حاضر از SPIO ها برای ردیابی سلول های بنیادی بسیار استفاده می شود. SPIO ها به طور کلی امکان شناسایی سلول به صورت منفرد را فراهم می کنند.

ردیابی سلولی برای این منظور از روش های مختلفی استفاده می شود که عبارتند از: جایگذاری SPIO های همراه سلول در بدن موجود زنده و ردیابی حرکت و مکان یابی آنها در بافت خاص همراه کردن این ذرات با سلول هایT ورود ذرات از طریق اندوسیتوز وابسته به گیرنده به سلول و بررسی مهاجرت سلول.

ردیابی سلولی به عنوان مثال... آنتی بادی ضد گیرنده ترانسفرین به نانوذره کانژوگه می شود. نانوذره از طریق اندوسیتوز وابسته به گیرنده وارد سلول می شوند که امکان بررسی حرکت سلول های الیگودندرسیت فراهم می شود. نتایج کار مهاجرت 10mm ذرات در 14 روز را نشان دهند.

تغییر آسایش مغناطیسی تجمعSPIOها پدیده ای مغناطیسی به نام تغییر آسایش مغناطیسی (MRS) را ایجاد می کند. در این شرایط تجمعی از نانو ذرات منفرد SPIO در دفاز کردن اسپین پروتون های محیط اطراف موثرتر می شوند. این رخداد موجب افزایش زمان آسایش اسپین-اسپینT2 می شود.

تغییر آسایش مغناطیسی اخیراً از این تکنیک برای تشخیص بیوملکول ها در آزمایش هموژن استفاده می کنند. بدین ترتیب امکان تشخیص... الیگونوکلئوتید،پروتئین،آنزیم و انانتیومر با حساسیت بالایی فراهم می شود. دقت تشخیص این روش حدود 500 اتم می باشد.

تغییر آسایش مغناطیسی مزیت MRS نسبت به دیگر روش های تشخیصی... تغییرات مغناطیسی در شرایط کدر و لیز شده سلولی بدون نیاز به تخلیص پروتئینی را ممکن می کند. در MRS امکان بررسی SPIO ها در عمق بافت وجود دارد. بنابراین اهمیت آن در کاربردهای درون تن افزایش می یابد.

تشخیص الیگونکلئوتید اولین کاربرد سیستم MRS در تشخیص نوکلئیک اسید در محلول بوده است. دو گروه از SPIOهای کانژوگه شده با الیگونوکلئوتید سنتز می شوند که بر اساس مکمل رشته هدف بودن طراحی می شوند. هیبرید شدن با رشته DNA یک تغییر قابل توجه در زمان آسایش T2 ، ایجاد می کند. یکی از کاربردهای این روش در بررسی میزان بیان ژن تلومراز است که مشخصه بافت های توموری است و می توان به دقت در حد تک رشته از ژن تلومراز دست یافت.

تشخیص پروتئین وآنزیم پروب MRSدر بیوسنسورها قادر به تشخیص پروتئین خاص و حتی ویروس ها بر اساس برهم کنش خاص آنتی بادی می باشد. سطح SPIO را با آنتی بادی سطحی مخصوص آدنوویروس و یا هرپس متصل می کنند و قادر است تعداد 5 عدد ویروس در lµ10 را شناسایی کند.

تشخیص پروتئین وآنزیم ازتکنیک مشابهی در جهت جستجوی پروتئین خاص مثل پروتئین فلورسنت سبز (GFP) در ترکیب لیز شده سلولی استفاده می کنند. بعضی روش ها نیز در جستجوی آنزیم هایی مثل اندونوکلئاز، متیلاز و پروتئاز می باشند. مثلاً برای اندونوکلئاز دو گروه از SPIO های متصل به رشته الیگونوکلئوتیدی مکمل تهیه می شوند.

تشخیص پروتئین وآنزیم وقتی ذرات با هم مجتمع شوند زمان آسایش T2 کاهش می یابد. چنانچه آنزیم اندونوکلئاز در محیط وجود داشته باشد، دو ذره از هم جدا می شوند. این پدیده منجر به افزایش زمان آسایش T2می شود. میلوپراکسیداز آنزیمی (MPO) است که در اترواسکلروزیس و التهاب نقش دارد. از MPO برای تشخیص این آنزیم از SPIO نشانه گذاری شده با سروتونین استفاده می شود. MPO بین این ذرات اتصال متقاطع ایجاد می کند. این تجمع کاهش T2را به همراه دارد.

تشخیص انانتیومر با توجه به تفاوت های زیاد در فعالیت فارموکولوژیکی انانتیومرهای خاص... نیاز به سیستم های متمایز کننده انانتیومرها با سرعت، حساسیت و میزان محصول بالا ضروری است. امروزه نانو ذرات MRS به عنوان سنسورهای بسیار حساس به ناخالصی های انانتیومری کاربرد دارند.

تشخیص انانتیومر به عنوان نمونه SPIO ها با فنیل آلانینD ( (D-Pheنشانه گذاری شدند. سپس از محلول حاوی آنتی بادی D-Phe استفاده کردند. این امر منجر به ایجاد شاخه هایی از ذرات و بدنبال آن کاهش T2 می شود. چنانچه محلول راسمیکی از D-Phe و L-Phe داشته باشیم، از این اتصال به صورت رقابتی ممانعت کرده، بنابراین افزایش قابل توجه T2 را خواهیم داشت.

بحث و نتیجه گیری انتقال ذرات به بافت به صورت فعال و غیر فعال امکانپذیر است که با توجه به خصوصیات و روش های انتقال در هر بافت انجام می شود. انتقال فعال از غیر فعال کنتراست بیشتری را موجب می شود و در روش های ملکولی کارآمدتر است و تشخیص سریعتر و دقیق تر بیماری را به ارمغان می آورد. بحث پوشش هیدروفیلیک ذرات و چگونگی تجمع آنها در بافت هدف به صورت جزئی در هر بخش مطرح شده است. از طرف دیگر تجمع ذرات باعث افزایش سیگنال می شود و با فراهم کردن شرایط تجمع ذرات می توان به کنتراست مطلوب تری دست یافت و تشخیص الیگونوکلئوتید، پروتئین، آنزیم و انانتیومر فراهم می شود.