شیمی خودسوزی در نانوپزشکی
شیمی خودسوزی بر مجموعه واکنش های جداسازی متکی است که با تحریک کافی ایجاد شده و منجر به آزادسازی متوالی عناصر تشکیل دهندۀ کوچک تر می شود. این بررسی بر احتمالاتی متمرکز است که این نوع شیمی برای تحقیقات نانوپزشکی ارائه می دهد و حوزه ای از رفتار پاسخ دهنده به محرک های هدف محسوب می شود. نمونه های بسیاری از شیمی خودسوزی برای پیش داروها یا نانو ذرات برای دارورسانی وجود دارد اما همچنان فرصت های بسیاری وجود دارند که کشف نشده باقی مانده اند. هدف این مطالعه بازنگری تحقیقات انجام شده تاکنون است اما مهمتر از همه، هدف آن الهام بخشیدن به تحقیقات جدید شیمی خودسوزی در حوزۀ نانو پزشکی است.
نانوپزشکی که بعنوان آن دسته از عوامل درمانی یا تصویربرداری در مقیاس نانومتر تعریف شده است که توزیع زیستی را کنترل کرده و عملکرد عوامل درمانی را افزایش می دهند، اخیرآ بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بدون شک، سرطان بیماری بوده است که نانوپزشکی به دلیل خواص منحصر به فرد بیشترین عملکرد را در دارورسانی، تشخیص و تصویربرداری در درمان آن داشته است. با این حال، ترجمه از آزمایشگاه به کلینیک همچنان چالش برانگیز است و تنها تعداد کمی از نانوپزشکی تاکنون توسط FDA برای کاربرد بالینی آنها تأیید شده اند. یکی از مشکلات اصلی در درمان های فعلی، عدم انتخاب دارو است زیرا مولکول ها به طور معمول قادر به تجمع انتخابی فقط در نقاط آسیب دیده نیستند. در نتیجه، عوارضی مانند متاستاز سرطان را به دنبال دارد. برای اجتناب از این عوارض، نانوتکنولوژیست ها به سوی توسعۀ درمان های جایگزین سوق داده شده اند که براساس آنها، داروها در حالت ایده آل فقط نقاط مشخصی را تحت تأثیر قرار می دهند و با این حال، دوز دارو و عوارض جانبی را به طور یکسان کاهش می دهند. این سیستم ها معمولآ بعنوان سیستم های دارورسانی شناخته می شوند. بسیاری از تحقیقات نانوداروها در درمان سرطان براساس پلتفرم های نانوذرات درمانی (NP) انجام شده اند. از این نظر، نانوذرات برای دارورسانی در مقایسه با اشکال سنتی داروها از مزایای بسیاری من جمله کنترل خواص فارماکوکینتیک، کاهش سمیّت بالقوه دارو، محافظت از عوامل درمانی در برابر تخریب زیستی بالقوه، امکان طراحی درمان های ترکیبی، بارگذاری داروهای مختلف در یک پلتفرم، امکان توسعه نانوذرات هدفمند به بافت های خاص یا سلول ها که ممکن است در تحویل داروهای سیتوتوکسیک با موانع بیولوژیکی خاص مرتبط باشند برخوردار هستند. اگرچه نانوسیستم های دارورسانی هدفمند امکان افزایش فراهمی زیستی داروها در موضع بیماری را فراهم می کنند، می توان خواص جالبی را در نانوداروها به منظور ترکیب رفتار پاسخ دهنده گنجاند. به همین منظور، با توجه به شکل زیر نانوحامل های پاسخگو به محرک قادر به کنترل آزادسازی دارو با واکنش به محرک های طبیعی مشخص در پاتولوژی درمان شده یا محرک های خارجی که می توانند از راه دور توسط پزشک اعمال شوند هستند.
شکل 1:
مقالات علمی ارائه شده در مورد نانوحامل های پاسخگو شامل محرک های خارجی من جمله دما، میدان مغناطیسی، نور، اولتراسوند و محرک های داخلی همچون pH، آنزیم ها و گونه های ردوکس هستند. چالشی که در طراحی نانوداروهای پاسخگو به محرک ها وجود دارد، به قسمتی وابسته است که برای ایجاد این پاسخ دهی به کار می رود. در شکل زیر یک رویکرد جالب از سیستم های اصطلاحآ خودسوز ارائه شده است که بعنوان درشت مولکول هایی شناخته می شوند که از طریق فرایند سنتز طراحی شده اند تا در واکنش ها به روش دومینو از هم جدا شوند.
شکل 2:
بر همین اساس، گروه شبات پایه های این شیمی جدید را در سال 2033 بنا نهادند؛ زمانی که برای اولین بار دندریمرهای خودسوز هوشمندی را گزارش کردند که با تخریک خود تخریب می شوند. بعدها، یک طراحی جالب براساس پلی یورتان خطی با یک گروه محافظ روی گیرندۀ آمین را گزارش دادند که بعنوان ماشه عمل می کرد. با حذف گروه محافظ، واکنش های متوالی حذف و دی کربوکسیلاسیون منجر به پیش سازهای مونومر اصلی شد. به طور کلی، پلیمرهای خودسوز (SIP) از طریق واکنش پلیمریزاسیون مونومر بهینه تولید می شوند تا گروه سر انتهایی پلیمر را با یک گروه محافظ خاص بپوشانند. با این حال، انتخاب مناسب ماشه امکان طراحی بسیاری از مواد پاسخگو را فراهم می کند. این مقاله ابتدا برخی از مفاهیم کلی شیمی خودسوزی همچون خواص اصلی اسپیسرهای خودسوزی را بیان می کند. سپس، به بحث در مورد کاربرد این شیمی در نانوپزشکی من جمله معرفی چند نمونه از پیش داروها، ابزار پلیمری ذره ای، نانوذرات سیلیکا مزو متخلخل می پردازد.
اسپیسرهای خودسوزی
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، ساده ترین قسمت خودسوزی از یک گروه محافظ متصل به یک فاصله دهنده (اسپیسر) تشکیل شده است که همچنین به یک ریپورتر متصل است که در نهایت، آزاد می شود.
شکل 3:
استفاده از اسپیسرهای خودسوزی باعث آزاد شدن یک مولکول منفرد پس از اعمال یک محرک خاص می شود که این محرک پیوند بین گروه محافظ را می شکند. در ادامه با توجه به شکل زیر، پیوند بین بار و اسپیسر قطع شده و ریپورتر آزاد می شود.
شکل 4:
از لحاظ شیمیایی، فرایند خودسوزی معمولآ با افزایش یکپارچه در آنتروپی همراه با تشکیل ترکیب ترمودینامیکی پایدار هدایت می شود. به طور کلی، این اسپیسرها را می توان براساس فرایند جداسازی خاص به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد: 1. حذف 1، 4-؛ 1، 6-؛ 1، 8- و 2. چرخه ای.
1: حذف 1، 4-؛ 1، 6-؛ 1، 8-
این اسپیسرها بر گونه های آروماتیکی متکی هستند که گروه اهدا کنندۀ الکترون را در موقعیت های اورتو یا متا و تک گروه خوب را در موقعیت بنزیلیک ارائه می دهند. گروه اهدا کنندۀ الکترون که معمولآ از بین عملکردهای آمینو، هیدروکسیل یا تیول انتخاب می شوند، به طور معمول منجر به حذف 4-،1 و 6-،1 می شود. با این حال با شروع فرایند خودسوزی از طریق برش گروه محافظ، با توجه به شکل زیر گروه اهدا کننده الکترون جفت الکترون را به حلقه آروماتیک منتقل کرده و یک مجموعه الکترونیک برای جداسازی اسپیسرها تشکیل می دهد.
شکل 5:
2. چرخه ای
اسپیسرهای چرخه ای به زنجیره های آلکیل خطی یا مولکول های آروماتیک با جایگزین هایی در اورتو متکی هستند. با فعال شدن ماشه، یک حملۀ هسته دوست به یک گروه کربونیل یا یک کربن آلیفاتیک الکتروفیل منجر به چرخش اسپیسر می شود که در نهایت، ریپورتر را آزاد می کند. انتخاب گروه محافظ بعنوان یک ابزار قدرتمند برای کنترل آغاز خودسوزی عمل می کند. از طرفی، محرک ها را نیز می توان به سه گروه اصلی شیمیایی، آنزیمی و لومینسنت طبقه بندی کرد.
در این مقاله مهم ترین مفاهیم خودسوزی ارائه شده است که بر اهمیت ماشه در شروع فرایند جداسازی و اسپیسر برای شروع واکنش های گروهی تأکید می کند. این مواد ساخته شده توسط شبات از خواص بسیار جالبی برای کاربرد در تحقیقات نانوپزشکی، به ویژه در سیستم های پاسخگو به محرک برخوردار هستند. اگرچه این مطالعه چند نمونه را معرفی کرده است اما صادقانه معتقدیم که احتمالات و فرصت های کشف نشدۀ زیادی برای شیمی خودسوزی در حوزه نانوپزشکی هنوز باقی مانده است.
