تحضير هايدروجيل نانوي مشترك جديد واستخدامه لقتل خلايا سرطان الثدي

أ. د. محمد ناظم بهجت و زينب موسى شاكر كريم
كلية التربية للعلوم الصرفة

نظرا للتطورات السريعة التي احدثتها تقنية النانو اصبحت حقيقة واقعية ولم تعد مجرد خيال عالمي ,دخلت هذه التقنية في العديد من الدراسات البيولوجية والكيميائية والفيزيائية والطبية, في مجال الطب يهدف استخدام تقنية النانو على ايصال الدواء الى تطوير التأثير العلاجي لجزيئات الدواء , حيث تعتبر طرق توصيل الادوية ذات اهمية كبيرة في الطب , الامر الذي يتطلب تنقل دقيق خلال العمليات البيولوجية في الجسم عبر استخدام ناقلات الدواء ,مما يحقق نجاحا اكبر في حال التحكم بهذه الجزيئات وتفاعلاتها مع الخلايا الاخرى ,اضافة الى السيطرة على شكل وحجم هذه الجزيئات والكيمياء السطحية لها(1) ,لذا اصبحت الهايدروجيلات النانوية الذكية اكثر شيوعا مما شجع العلماء للتعرف عليها والمحفزات التي تسبب تغيرات مطابقة في هياكلها والقيام بتطوير طرق استخدامها وادراتها, اذ يتم صياغة المواد الهايدروجيلية البوليمرية الجديدة كيميائيا مع مراعاة التغيرات البيئية المحددة في النظم البيولوجية ويتم تعديلها باستخدام طريقة يمكن التنبؤ بها , مما يجعلها ادوات مفيدة لإيصال الدواء او اليات التحكم الايضية الاخرى(2). الهايدروجيلات النانوية هي شبكة بوليمرية قادرة على امتصاص الماء بكميات كبيرة وتكون غير قابلة للذوبان في الماء , يعود هذا الى التشابك الكيميائي للسلاسل البوليمرية, وقادرة على الحفاظ على تركيبها الثلاثي الابعاد بصورة مميزة ,لذا فهي تدعى بالهايدروجيلات النانوية المحبة للماء وهي من المركبات الأولى المصممة للاستخدام الطبي في وقت مبكر ,حيث أجريت العديد من البحوث على الهايدروجيلات البوليمرية تهدف إلى تطويرها , و قد تنوعت طرائق تطوير ها, فقد تم  إدخال تعديل على تصميم وتشكيل البوليمرات البيولوجية و الهايدروجيل البوليمري النانوي الحساس ذات التحرر المسيطر عليه و من ثم استخدامه في التطبيقات العملية, تم استخدام مجموعة متنوعة من الهايدروجيلات البوليمرية في صناعة العدسات اللاصقة , توصيل الدواء حيث لها لديها القدرة على إحاطة الأدوية المحبة للماء والكارهة للماء جنبا إلى جنب مع الجينات والبروتينات ,العلاج الجيني ,هندسة الانسجة وتغليف الانسجة (3), ونتيجتا لصغر حجم الهايدروجيلات البوليمرية النانوية استخدمت في القضاء على الانسجة السرطانية دون الاضرار بالانسجة السليمة المحيطة بمنطقة الورم السرطاني حيث استخدمت لعلاج سرطان الثدي من خلال الاستهداف المباشر لخلاياه من خلال إيصال الدواء إليها بواسطة جسيماتها المتناهية في الصغر , وايضا استخدمت لإيصال الدواء الى مناطق او اهداف محددة لتقليل السمية وتعزيز الأنتقائية لعوامل محددة ضد الأورام وما إلى ذلك (4),لأنها تظهر سلوكيات رائعة مثل امتصاص الماء , الانتفاخ , مساميتها العالية , اللزوجة , الشفافية والتوافق الحيوي وقابليتها للتحلل الحيوي اذ تتحلل في غضون فترة زمنية قصيرة الى منتجات ثانوية صديقة للبيئة, يمكن هندستها للحصول على الخصائص المرغوبة على وجه التحديد , حيث يتم اطلاق الأدوية أو العوامل الأخرى من الهايدروجيلات النانوية المحملة بها استجابة للخصائص الفيزيائية للبيئة المحيطة بها لكونها تتمتع بخاصية فريدة من نوعها تخضع لتغيرات مفاجئة في حجمها او حالتها استجابة للتغيرات البيئية مثل الدالة الحامضية, درجة الحرارة ,المجال الكهربائي  والضوء.(5) تعتبر الجسيمات الهايدروجيلية النانوية الى حد كبير بسبب حجمها المتعلق بالخصائص الفيزيائية مفيدة للغاية في عملية توصيل الأدوية,  تعتمد قدرتها على حمل الأدوية وإطلاقها بشكل كبير على الخصائص التي تنتج عن الحجم الصغير ومساحة السطح الفريدة يمكنها أن تحمل الأدوية بشكل عام بطريقتين, طريقة الخزن المتضمنة تحميل الادوية داخل مسامات القالب الهايدروجيلي و طريقة القالب المتضمنة مزج الدواء مع الشبكة الهايدروجيلية النانوية,اذ ان الجسيمات الهايدروجيلية النانوية الأصغر تمتلك مساحة سطحية أعلى ويمكنها بالتالي ربط كمية كبيرة من الدواء , في حين أن الجسيمات الهايدروجيلية النانوية الأكبر يمكن أن تغلف المزيد من الدواء داخلها, أفضل طريقة لتحميل الدواء تعتمد على تركيب الدواء المراد ربطه(6) .إن إطلاق الأدوية يعتمد إلى حد كبير على حجم الجسيمات الهايدروجيلية النانوية التي تحمله, تتم عملية اطلاق الدواء من خلال تفاعل كيميائي أو فسيولوجي يغير الهيكل الهايدروجيلي النانوي , او من خلال التحلل المائي للهايدروجيلي النانوي الذي يؤدي الى انشقاق الرابطة واطلاق الدواء عندما ينفصل القالب الهايدروجيلي النانوي الى مكونات قابلة للتحلل وطرحها خارج الجسم , وتحتوي الجسيمات الهايدروجيلية النانوية على اليات مقننة للتحكم في اطلاق الدواء(7). في عملنا تم استخدام طريقة القالب لتحضير الهايدروجيل النانوي الدوائي الجديد من خلال مزج انهيدريد الفثاليك مع مذيب ثنائي مثيل سلفوكسيد , سخن هذا المزيج الى درجة حرارة 100 درجة مئوية للحصول على محلول سائل صاف بعدها اضيف الى المحلول الكليسرول مع التسخين الى درجة حرارة 110 درجة مئوية واضافة قطرات من الزايلين على شكل دفعات في كل دفعة ثلاثة قطرات لسحب الماء المتكون خلال عملية الاسترة ,تم التوقف عن التسخين بعد مرور 65 دقيقة عند 124درجة مئوية بعد سحب جميع جزيئات الماء المتكونة وبذلك حصلنا على المحلول المعلق للهايدروجيل المشترك النانوي الجديد ترك المحلول حتى يترسب طوال الليل , بعد ها تمت تنقيه وغسل الراسب بالماء المقطر وتركه حتى يجف في درجة حرارة المختبر وبذلك حصلنا على الهايدروجيل النانوي المشترك الجديد(8) . بعدها تم مزج الهايدروجيل النانوي مع انهيدريد السكسينيك ,سخن المزيج تدرجيا الى درجة حرارة 100 درجة مئوية مع اضافة 5 قطرات بصورة تدريجية من حامض الكبريتيك المركز مع التحريك المستمر بعد ذوبان المزيج , ترك ليبرد وينقى باستخدام الاسيتون كمذيب , وبذلك حصلنا على هايدروجيل نانوي مشترك جديد اضيف الى مزيج ثلاثي اثيل امين مع مذيب ثنائي مثيل سلفوكسيد مع التحريك المستمر بواسطة خلاط ميكانيكي , مع اضافة 5 قطرات بصورة تدريجية من كلوريد الثايونيل , تم التوقف عن التحريك بعد مرور 15 دقيقة, بعدها اضيف للمزيج عدة ادوية منها دواء الثايوفيلين بعد مرور 30 دقيقة عند درجة حرارة 70 درجة سيليزية رفع المزيج من التسخين والبدأ بتنقيته للحصول على راسب من الهايدروجيل النانوي الدوائي ,بعدها تم قياس الانتفاخية للهايدروجيل النانوي المشترك الممزوج مع دواء الثايوفيلين في ثلاثة اوساط ,حامضي , متعادل وقاعدي (pH=2.2, pH=7.0, pH=8.0) عند درجة حرارة 310 كلفن . بعدها تم تحرير دواء الثا يوفيلين من الهايدروجيل النانوي الممزوج معه ايضا في ثلاثة اوساط ,قاعدي , متعادل وحامضي ((pH=8.0, pH=7.0, pH=2.2عند درجة حرارة ثابتة310 كلفن, تمت عملية التحرير من خلال الخروج او الانتشار الثابت لدواء الثايوفيلين من داخل الشبكة الهايدروجيلية النانوية ومن خلال الاستجابة لبعض التغيرات الموجودة في البيئة المحيطة للهايدروجيل النانوي ,مثل التغير في الدالة الحامضية (pH) يمكن للهايدروجيل الاستجابة لدالة حامضية معينة دون غيرها لايصال الدواء الى العضو المراد او المكان المطلوب من خلال تغير حجم الهايدروجيل النانوي مع تغيير الدالة الحامضية pH))(9). من هذا استنتجنا ان انتفاخ الهايدروجيل النانوي الممزوج بدواء الثا يوفيلين في الوسط القاعدي اكبر من الوسط المتعادل و الوسط الحامضي ويمكننا ملاحظة ذلك ايضا من خلال عملية تحرير دواء الثا يوفيلين في الوسط القاعدي (pH =8.0) هي اكثر من عملية التحرير في الوسط المتعادل , (pH =7.0) والوسط الحامضي (, (pH =2.2هذا يدل على ان فعالية الهايدروجيل النانوي الدوائي المشترك في تحرير دواء الثايوفيلين في الوسط القاعدي اعلى من الوسطين المتعادل و الحامضي (10).

المصادر
(1) Cobley CM, Chen J, Cho EC, Wang LV, Xia Y. Gold nanostructures: a class of multifunctional materials for biomedical applications ., Chemical Society Reviews., 40: 44-56,(2011)
(2) Schroeder A, Heller DA, Winslow MM, Dahlman JE, Pratt GW. Treating metastatic cancer with nanotechnology., Nature Reviews Cancer., 12: 39-50,(2012)
(3) Song HB, Wi JS, Jo DH, Kim JH, Lee SW. Intraocular application of gold nanodisks optically tuned for optical coherence tomography: inhibitory effect on retinal neovascularization without unbearable toxicity ., Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine., 13: 1901-1911,(2017)
(4) Keyang Huang, Huili Ma, Juan Liu, Shuaidong Huo, Anil Kumar. Size-dependent localization and penetration of ultrasmall gold nanoparticles in cancer cells, multicellular spheroids, and tumors in vivo .,ACS Nano .,6: 4483-4493,(2012)
(5) Jingjing Liu,  Yu Yang, Wenwen Zhu, Xuan Yi, Ziliang Dong. Nanoscale metal−organic frameworks for combined photodynamic and radiation therapy in cancer treatment. , Biomaterials., 97: 1-9,(2016)
(6) Yellepeddi VK, Vangara KK, Kumar A, Palakurthi S. Comparative Evaluation of Small-molecule Chemosensitizers in Reversal of Cisplatin Resistance in Ovarian Cancer Cells ., International J Cancer Res Treatment .,32: 3651-3658,(2012)
(7) Beatrice CAG, dos SCR, Branciforti MC, Bretas RES. Nanocomposites of polyamide 6/residual monomer with organic-modified montmorillonite and their nanofibers produced by electrospinning. Materials Research. , 15:611-621.,(2012)
(8)Suter JL, Groen D, Coveney PV. Chemically specific multiscale modeling of clay-polymer nanocomposites reveals intercalation dynamics, tactoid self-assembly and emergent materials properties. Advanced Materials. ,27:966-984,(2015)
(9) Ray SS. Recent trends and future outlooks in the field of clay-containing polymer nanocomposites. Macromolecular Chemistry and Physics. ,215:1162-1179.,(2014)
(10) Radmilović VV, Carraro C, Uskoković PS, Radmilović VR. Structure and properties of polymer nanocomposite films with carbon nanotubes and graphene. Polymer Composites. ,38:E490-E497,(2017)