نانوکاتالیست جدید با قابلیت‌های چندگانه در مهار سرطان، باکتری و رادیکال‌های آزاد
به گزارش صنایع نو، محققانی از مراکز علمی بین‌المللی شامل دانشگاه دامغان، دانشگاه کوژو، دانشگاه ملی تایوان و دانشگاه پزشکی ونژو، موفق به ابداع یک نانوکامپوزیت پیشرفته با قابلیت‌های چندگانه شده‌اند که می‌تواند تحول چشمگیری در عرصه تولید داروهای ضدسرطان، آنتی‌اکسیدان و ضدباکتری ایجاد کند. این کاتالیست نانوساختاری که با نام Fe₃O₄@PmPDA@UiO-۶۶-NH₂ شناخته می‌شود، با تلفیق نانوذرات مغناطیسی، پلیمرهای پوششی و چارچوب‌های آلی-فلزی (MOF) طراحی شده و کارایی بالایی (بین ۹۰ تا ۹۶ درصد) در سنتز ترکیبات پیرازولوپیراپیریمیدین در زمان کوتاه از خود نشان داده است.
بررسی‌های زیست‌فناوری حاکی از آن است که این ترکیبات سنتز شده نه تنها موجب مهار رشد سلول‌های سرطانی کبد (HepG۲) می‌شوند، بلکه اثرات تخریبی ناچیزی بر سلول‌های طبیعی دارند. همچنین، این مواد دارای فعالیت آنتی‌اکسیدانی قابل‌توجه (۸۵ تا ۹۸ درصد) و خواص ضدباکتریایی مؤثری در برابر باکتری‌های بیماری‌زایی مانند استافیلوکوک اورئوس و اشرشیاکلی هستند. این دستاورد علمی می‌تواند زمینه‌ساز تولید نسل جدیدی از عوامل درمانی و مواد زیست‌فعال در آینده نزدیک باشد.
در عصر حاضر، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های جامعه علمی، توسعه روش‌های کارآمد برای تولید مولکول‌های زیست‌فعال با خواص درمانی چندگانه است. از سویی، سرطان به عنوان یکی از عوامل اصلی مرگ‌ومیر در جهان، نیازمند داروهای جدید و کم‌عارضه است. از سوی دیگر، افزایش مقاومت باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌های متداول و تأثیر منفی رادیکال‌های آزاد بر سلول‌های بدن، لزوم دستیابی به ترکیباتی با خواص ضدباکتری و آنتی‌اکسیدان را بیش از پیش نمایان ساخته است. در این میان، به کارگیری نانومواد و چارچوب‌های آلی-فلزی به عنوان بسترهای نوین سنتز دارو، افق‌های تازه‌ای را در برابر پژوهشگران گشوده است.
در این راستا، تیم مشترکی از محققان ایرانی، تایوانی و چینی، موفق به طراحی و تولید یک نانوکامپوزیت چندمنظوره شده‌اند که قابلیت ایجاد تحول در حوزه داروسازی را داراست. کاتالیست Fe₃O₄@PmPDA@UiO-۶۶-NH₂ از سه بخش کلیدی شامل نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe₃O₄)، پلیمر پلی‌متا-فنیلن‌دیآمین و چارچوب آلی-فلزی UiO-۶۶-NH₂ تشکیل شده است.
فرآیند تولید این نانوکاتالیست در چند مرحله دقیق انجام پذیرفته است. ابتدا نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از روش هم‌رسوبی شیمیایی سنتز شدند که به دلیل ویژگی مغناطیسی، امکان جداسازی و بازیابی آسان کاتالیست را پس از واکنش فراهم می‌کنند. در مرحله بعد، چارچوب آلی-فلزی UiO-۶۶-NH₂ با بهره‌گیری از روش هیدروترمال تولید شد. این ساختار به علت پایداری مطلوب، تخلخل بالا و وجود گروه‌های عاملی آمین، محیطی ایده‌آل برای انجام واکنش‌های کاتالیزوری ایجاد می‌کند. در نهایت، با استفاده از پلیمر پلی‌متا-فنیلن‌دیآمین، پوششی یکنواخت تشکیل شد که منجر به توزیع همگن نانوذرات و چارچوب آلی-فلزی در ساختار هیبریدی نهایی گردید.
ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نانوکامپوزیت Fe₃O₄@PmPDA@UiO-۶۶-NH₂ با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته‌ای نظیر پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR)، طیف‌سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، آنالیز گرماسنجی (TGA) و مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM) مورد بررسی جامع قرار گرفت. تصاویر FESEM نشان داد که ساختارهای قفسه‌ای MOF به خوبی توسط لایه‌های پلیمری و نانوذرات پوشانده شده و سطح کاتالیزوری یکنواخت و فعالی ایجاد کرده‌اند. داده‌های TGA نیز پایداری حرارتی بالای نانوکامپوزیت را تأیید نمود که عاملی کلیدی در حفظ کارایی کاتالیست تحت شرایط مختلف واکنش است.
از این نانوکامپوزیت در واکنش سنتز سه‌جزئی ترکیبات پیرازولوپیرانوپیریمیدین استفاده شد. این دسته از ترکیبات هتروسیکل به دلیل پتانسیل دارویی بالا، مورد توجه ویژه‌ای قرار دارند. با استفاده از تنها ۰.۰۵ گرم از کاتالیست، واکنش‌ها در بازه زمانی ۱۵ تا ۸۰ دقیقه به پایان رسیدند و بازدهی بالای ۹۰ درصد حاصل شد. علاوه بر بازدهی مطلوب، سادگی فرآیند، امکان جداسازی آسان کاتالیست و قابلیت استفاده مجدد از آن از مزایای برجسته این روش محسوب می‌شوند.
اهمیت این پژوهش تنها به سنتز کارآمد ترکیبات شیمیایی محدود نمی‌شود، بلکه ویژگی‌های زیستی محصولات به‌دست‌آمده نیز بسیار قابل توجه است. آزمایش‌های زیستی نشان داد که این ترکیبات به‌طور قابل‌توجهی بقای سلول‌های سرطانی کبد (HepG۲) را کاهش می‌دهند، در حالی که اثرات مخرب کمی بر سلول‌های فیبروبلاست طبیعی (NIH/۳T۳) دارند. این ویژگی گویای انتخاب‌گری مناسب ترکیبات در هدف‌گیری سلول‌های سرطانی و کاهش عوارض جانبی بر بافت‌های سالم است که معیاری حیاتی در طراحی داروهای ضدسرطان محسوب می‌شود.
علاوه بر خاصیت ضدسرطانی، این ترکیبات از قدرت آنتی‌اکسیدانی بالایی نیز برخوردار بودند. نتایج آزمایش‌ها، میزان فعالیت آنتی‌اکسیدانی را در محدوده ۸۵.۳ تا ۹۸.۳ درصد ثبت کرده‌اند که نشان از توانایی قابل‌توجه این مواد در خنثی‌سازی رادیکال‌های آزاد و کاهش استرس اکسیداتیو دارد. این قابلیت به‌ویژه در پیشگیری از بیماری‌های مزمن و التهابی حائز اهمیت است.
در حوزه مهار باکتری‌ها نیز ترکیبات سنتز شده نتایج امیدبخشی ارائه داده‌اند. آزمایش‌های مهار به روش انتشار دیسک نشان داد که این ترکیبات در برابر استافیلوکوک اورئوس (باکتری گرم مثبت) منطقه ممانعت از رشد به قطر ۱۹ ± ۲.۰ میلی‌متر و در برابر اشرشیاکلی (باکتری گرم منفی) منطقه بازدارندگی به قطر ۱۰ ± ۱.۵ میلی‌متر ایجاد می‌کنند. این یافته‌ها حاکی از اثربخشی مطلوب ترکیبات در مقابله با عفونت‌های باکتریایی است.
پژوهشگران خاطرنشان کرده‌اند که اگرچه این موفقیت در مقیاس آزمایشگاهی حاصل شده، اما مسیر تا تولید صنعتی با چالش‌هایی همراه است. از جمله این چالش‌ها می‌توان به حفظ عملکرد و یکنواختی کاتالیست در مقیاس‌های بزرگتر و نیاز به مطالعات بیشتر در مورد پایداری درازمدت و کارایی در شرایط واقعی اشاره کرد. همچنین، با وجود نتایج مطلوب آزمایش‌های زیستی اولیه، انجام مطالعات تکمیلی بر روی مدل‌های حیوانی و کارآزمایی‌های بالینی برای شناخت دقیق‌تر مکانیسم اثر این ترکیبات ضروری است.
این پژوهش با ترکیب هوشمندانه نانوذرات مغناطیسی، پلیمرهای رسانا و چارچوب‌های آلی-فلزی، مسیر جدیدی را برای سنتز ترکیبات دارویی و توسعه مواد زیست‌فعال چندمنظوره گشوده است. دستاوردی که نه تنها به پیشرفت علوم مواد و شیمی دارویی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند در آینده الهام‌بخش طراحی داروها و روش‌های درمانی نوین در حوزه‌های سرطان، عفونت‌های باکتریایی و آسیب‌های اکسیداتیو باشد.
مقاله کامل این پژوهش را می‌توانید از طریق این لینک دریافت نمایید.
نظرات کاربران
هنوز نظری ثبت نشده است.