پلیمرهای هوشمند در سیستم دارورسانی: از دیدگاه بیولوژیکی
کلیدِ کاربرد گستردۀ پلیمرهای هوشمند در دارورسانی درک تعامل مکانیکی و وجودِ این ماکرومولکول ها در سیستم های زنده است. این مقاله به بررسی این تعاملات از لحاظ پاسخ میزبان به ساختار ماکرومولکولی و پیامدهای بالینی بعدی می پردازد. بر همین اساس، سه مسیر متمایز در دارورسانی را مورد بحث قرار می دهد که امکان انتقال از خارج از بدن به داخل سلول را فراهم می کند. بحث را با کاربرد پلیمرهای هوشمند در سیستم دارورسانی خوراکی، نقش ماکرومولکول در گردش خون سیستمیک و دارورسانی داخل سلولی آغاز می کنیم. در ادامه، به بیان مزایای بیولوژیکی و چالش های استفاده از پلیمرهای هوشمند در این عرصۀ چند بُعدی می پردازیم.
پلیمرهای هوشمند پتانسیل بالایی برای کاربردهای پزشکی در حوزه های مختلف من جمله انسولین، داروهای ضد سرطان و تحویل ژن دارند. این ماکرومولکول ها همچنین در سیستم های دارورسانی (خوراکی و موضعی) بر پایه هیدروژل ها، نانوساختارهای جدید دارورسانی (مانند نانوالیاف) و یا پوشش های نانوذرات برای تزریق دارو کاربرد دارند. در این مطالعه، بر کاربرد پزشکی پلیمرهای هوشمند تأکید شده است که نشان دهندۀ تأکید ویژه بر شیمیِ طراحی ماکرومولکول های جدید و بهبود یافته با خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد است. با این حال، می توان اثرات متقابل این مواد در حیطۀ زیست شناسی، شیمی و پزشکی را به خوبی درک کرد. برای مثال، پلیمرهای مصنوعی کاربرد گسترده ای در سیستم های بیولوژیکی دارند که ممکن است نادیده گرفته شوند. فعالیت های آنتی تومور، آنتی بیوتیک، آنتی ویروس، آنتی ترومبوز، پرو آپوپتوتیک، تعدیل کننده ایمنی و مهار پمپ های جریان را می توان بعنوان نمونه هایی از فعالیت بیولوژیکی مشاهده شده در طیف وسیعی از پلیمرها نام برد. معمولآ فرض بر این است که پلیمرهای مورد استفاده در دارورسانی بی اثر هستند، اما شواهد موجود این دیدگاه را تأیید نمی کنند. در حال حاضر، از آنجا که مطالعات بسیار کمی از فعالیت ساختاری در دسترس است، نمی توان دقیق پیش بینی کرد که یک پلیمر خاص چه نوع فعالیت بیولوژیکی دارد. این امر تا حدودی به دلیل ضرورت یک رویکرد چند رشته ای مختل می شود اما به علت عدم دسترسی به روش های ساده و استاندارد، به مهارت های تخصصی بیشتری نیاز است.
دفاع میزبان و پلیمرهای مصنوعی
یک مشکل اساسی در استفاده از پلیمرها در نانوپزشکی به تنهایی یا بعنوان پوشش های سطحی، فعال شدن سیستم دفاعی میزبان است که منجر به شناسایی و حذف ماکرومولکول به تنهایی یا بعنوان یک ساختار می شود. متأسفانه این نوع تعاملات پاسخ های آنافیلاکتیک را تحریک می کنند که اثرات بالینی قابل ملاحظه ای به همراه دارند. از آنجایی که سیستم های پلیمری هوشمند ساختار سه بعدی خود را در پاسخ به تغییر محیط (مانند دما) تغییر می دهند، سطوح جدیدی را در سیستم ایمنی ایجاد می کنند که باعث می شود تا ساختارهای ماکرومولکولی کاملآ متفاوتی توسط یک مولکول به سیستم ایمنی ارائه شده و پنهان کردن این مواد هوشمند در محیط زیست را دشوارتر کند. در حال حاضر، اطلاعات کمی از رابطۀ برهمکنش پلیمرهای هوشمند در سیستم بیولوژیکی از لحاظ تحمل بار و سمیّت وجود دارد. درک مبانی مکانیکی این برهمکنش ها کلید آیندۀ استفاده از این مواد ماکرومولکولی/ فوق مولکولی در پزشکی است؛ زیرا محققان را به سمت مسیرهای طراحی تقویت شدۀ دانش سوق می دهد که مغایر با رویکرد "ضربه و امید" است. این مطالعه به سه مسیر متمایز دارورسانی اشاره کرده و یک مسیر فیزیولوژیکی از خارج از بدن به داخل سلول را امکان پذیر می سازد که با نقش پلیمرهای هوشمند در دارورسانی خوراکی از طریق دستگاه گوارش آغاز می شود.
پلیمرهای هوشمند در دارورسانی خوراکی
تجویز خوراکی داروها از فرایندهای فیزیولوژیکی یکپارچه در روده من جمله انتشار غیرفعال، انتقال فعال و همچنین اندوسیتوز و اگزوسیتوز استفاده می کند. دستگاه گوارش (GIT) دارای یک رابط مخاطی بزرگ (400-300 متر مربع) با هدف محافظت فیزیولوژیکی و ایمونولوژیکی از این محیط خارجی است. بررسی دقیق اندام خارجی با تعامل پیچیده بین سلول های اپیتلیال و سلول های ایمنی به دست می آید و ممکن است توسط میکروبیوتای روده تعدیل شود. در واقع، باکتری های متعددی در مخاط روده وجود دارند و تعداد متنوعی از گونه ها (بیش از 500) را نشان می دهند. سیستم گوارش از تحمل بالایی نسبت به موجودات خارجی برخوردار است؛ با این حال، اثبات شده است که در صورت عفونت، این میزان تحمل حتی برای ارگانیسم های معمولی از بین می رود. روش خوراکی پرکاربرد ترین و مناسب ترین روش دارورسانی در جمعیت بزرگسال است و محبوب ترین شکل دارویی نیز قرصی با دوز دقیق و رهاسازی در محل مناسب روده است. دلیل اصلی استفاده از فناوری های پلیمری در دارورسانی خوراکی را می توان انعطاف پذیری ذاتی در خواص فیزیکوشیمیایی حامل برای کنترل فراهمی زیستی و در نتیجه، فارماکوکینتیک مولکول های دارویی دانست. هسته قرص (که ممکن است بر پایه پلیمر نیز باشد) حاوی داروی فعال است. اسید معده عمدتآ از اسید کلریدریک (با pH 0.8) تشکیل شده است که از سلول های اکسینتیک pH در غدد معده تولید شده و محدودۀ بین 3.5-1.5 را در لومن معده ایجاد می کند که با آزادسازی پپسینوژن (غیر فعال) و رنین از سلول های اصلی معده افزایش می یابد. علاوه براین، اسید هیدروکلریک پپسینوژن را به آنزیم پسین تبدیل می کند که پیوندهای آمینو اسیدها را به هم متصل می کند (پروتئولیز). همچنین، محیط بسیار اسیدی یک مانع فیزیولوژیکی بسیار مهم محسوب می شود زیرا بسیاری از ارگانیسم های بیماری زای بالقوه را از بین می برد. این طراحی، حامل را برای محافظت از محموله دارو از طریق محیط متضاد موجود در معده و رهاسازی دارو به روشی خاص در بخش فوقانی روده هدایت می کند.
نتیجه گیری
توسعۀ عواملی که بر شناخت ماکرومولکول ها و برهمکنش های بیولوژیکی و سلولی حاکم هستند، بسیار پیچیده است. این پیچیدگی به طیف گسترده ای از رشته های دانشگاهی و استفاده از فناوری های پیشرفته نیاز دارد. کاملآ واضح است که پلیمرهای هوشمند حساس به pH، مانند ستون فقرات پلیمری سلولزی استر شده با انیدرید فتالیک برای استفاده در محیط های متحمل بیولوژیکی در دستگاه گوارش مناسب هستند. با این حال، تجویز تزریقی و سلولی این مواد با کمک درک رفتار ماکرومولکولی (برای مثال زیست تخریب پذیری، پراکندگی چندگانه و شکل) در سیستم های بیولوژیکی و همچنین توسعه مهارکننده های مؤثر مکمل (یا شناسایی غیر فعال کننده ها) به پتانسیل کامل خود در کنترل ساختاری معماری مولکولی با هدف تقویت عملکرد بیولوژیکی پیشنهادی و اجتناب از برهمکنش های جانبی می رسد.
