أصبح علم النانو نعمة للبشرية من خلال ما يقدمه من مزايا وخاصة في مجال الطب. حيث أدى التقدم الكبير في هذا المجال لتحفيز التفكير لابتكار آلية فعالة لمحاربة الأمراض والاضطرابات الصحية المزمنة. وقد استُخدم طب النانو لتطوير أنظمة إيصال للدواء تستخدم مع مجموعات كبيرة من الأمراض. فما هي أنظمة إيصال الدواء النانوية؟ وما الهدف منها؟ وما هي تطبيقاتها؟
ما هي أنظمة إيصال الدواء النانوية؟
تعد أنظمة إيصال الدواء النانوية علمًا جديدًا وسريع التطور لعلاج الأمراض المختلفة. حيث تستخدم مواد نانوية صغيرة لإيصال الأدوية وعلاج الأمراض في المناطق المستهدفة بطريقة مدروسة وخاضعة للرقابة. ويتم في هذه الأنظمة دمج الأدوية في هيكل الجسيم النانوي أو يربط الدواء مع سطح الجسيم النانوي.
تعمل الجسيمات النانوية المستخدمة كوسيلة لتوصيل للأدوية عمومًا أقل من 100 نانومتر. وتتكون من مواد مختلفة قابلة للتحلل الحيوي مثل البوليمرات الطبيعية أو الاصطناعية أو الدهون أو المعادن. وأكثر الجسيمات النانوية أهمية هي الجسيمات الشحمية، واتحادات البوليمر، والجسيمات النانوية المعدنية (على سبيل المثال ، AuNPs)، وغيرها. ويتم امتصاص الجزيئات النانوية بواسطة الخلايا بشكل أكثر كفاءة من الجزيئات الدقيقة الأكبر، وبالتالي يمكن استخدامها كنظم نقل وإيصال فعّالة.
ما هي الحاجة إلى تقنيات إيصال الدواء النانوية؟
يؤدي رش الحديقة بالمبيدات الكيماوية لموت الأعشاب الضارة، ولكن تُُقتل معها الزهور الجميلة. هذا نفس ما تفعله جرعات الكيماوي المستخدمة في علاج السرطانات، فعند إطلاقها بشكل حر في الجسم تقوم بقتل الخلايا السرطانية الضارة والخلايا السليمة. كما أن إطلاقها بشكل حر هكذا في الجسم يؤدي لتحلل الجرعة في الجسم، فتصل مخففة وضعيفة للكتلة السرطانية. يؤدي ذلك إلى الحاجة لجرعات أكبر، وكذلك تواتر أكثر من الجرعات مما يؤدي لمزيد من الضرر.
من هذا المثال نستنتج الحاجة الماسة لإنشاء جسيمات نانوية محملة بعلاجات محددة ولها أهداف دقيقة معروفة. مما يحسّن من خصائص العلاجات الدوائية ويزيد من ثباتها ضمن الجسم وتوزعها البيولوجي وقابليتها للذوبان. والأهم من ذلك هو إطلاق جرعات أعلى من الدواء في الموقع المستهدف. وتتمثل الفائدة الأساسية من هذه الأنظمة في تقليل الآثار الضارة للأدوية التقليدية. كما تقلل من كمية الجرعة المستخدمة، وتحسّن من امتصاص الخلايا المستهدفة للدواء المرسل. وتتيح إمكانية عبور الحواجز البيولوجية وتقليل سمية الدواء الحر للخلايا غير المستهدفة. وسيؤدي كل ذلك لزيادة فعالية ونجاح العلاج المقدم. كما ستزيد المدة بين الجرعات، مما يؤدي لفعالية علاجية كبيرة (على سبيل المثال استهدافالخلايا السرطانية).
طرق إيصال الدواء باستخدام الجسيمات النانوية
عن طريق الفم
يعتبر الطريق الفموي أشهر الطرق استخدامًا، وأكثرها ملاءمة وأمان وسلامة. نظرًا لسهولة استخدامها وقبول المريض لها. كما أن طرق تصنيعها غير مكلفة وأرخص في الإنتاج. وتستحب الطريقة الفموية بسبب طبيعتها غير الغازية، حيث يقدم المسار الفموي ميزة تجنب الألم وعدم الراحة المرتبطة بالحقن والتلوث.
فمثلا، يجب أن تقاوم الأدوية النشطة بيولوجيًا مثل الببتيدات والبروتينات بيئات المعدة والأمعاء. لذلك لا تتوافر الببتيدات والبروتينات دوائيًا بشكل فموي. يرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض نفاذية الغشاء المخاطي لها، وعدم الاستقرار في بيئة الجهاز الهضمي. مما يؤدي إلى تدهور المركب قبل امتصاصه. ركزت العديد من الدراسات ولسنوات عديدة على تحسين توصيل الببتيدات العلاجية والبروتينات عن طريق الفم. وهكذا تم تطوير استراتيجيات مختلفة لتعزيز إعطاء الدواء واللقاحات عن طريق الفم. لذلك يؤدي ارتباطهم بحاملات غروية مثل الجسيمات النانوية البوليمرية كأحد الأساليب العديدة المقترحة إلى تحسين التوافر البيولوجي عن طريق الفم.
الأنسولين هو الدواء الأكثر فعالية في خفض مستوى الجلوكوز في الدم لعلاج داء السكري. ومن المعروف بالطبع أن حقن الإنسولين واحدة من أشهر العقاقير للتعامل مع السكري. وقد وجدت الدراسات أن للإدخال المبكر للأنسولين قدرة على حماية الجزر الفارزة للإنسولين من موت الخلايا المبرمج، وبالتالي زيادة تجديد خلايا β في مرض السكري من النوع 2. وقد بقيت حقن الأنسولين تحت الجلد هي الطريقة السائدة لتعاطي مرضى السكري للإنسولين، ولكنها غالبًا ما تؤدي إلى ضعف استجابة المريض. ويبدو أن إعطاء الأنسولين عن طريق الفم سيكون الطريقة الأكثر ملاءمة ويمكن أن يحاكي الإنتاج الداخلي للأنسولين. ومع ذلك فإن تركيبة الأنسولين الموثوقة للإعطاء عن طريق الفم تواجه بعض العوائق في الجهاز الهضمي مثل التحلل الأنزيمي في الجهاز الهضمي وضعف نفاذية الأنسولين من خلال نظام الجهاز الهضمي. ولكن يمكن عن طريق النظم النانوية التغلب على تلك المشاكل.
عن طريق الحقن
ظهرت حقن الجسيمات النانوية في بداية التسعينيات كنظام جديد لتوصيل الأدوية الغروية مع مزايا مثل عدم السمية والتوافق الحيوي الممتاز. والتطبيق بالحقن هو مجال واسع، حيث يمكن استخدام الحقن تحت الجلد وداخل الصفاق وداخل المفصل. كما يعتبر الحقن في الوريد أمراً جذاباً للمرضى. وبعد إعطاء حقن الجسيمات النانوية في الجسم الحي، يمكن للدم توزيعها على جميع أعضاء وأنسجة الجسم. كما يمكن للجسيمات النانوية الدهنية الصلبة أن تحمي الدواء المدمج من التحلل الكيميائي في البيئات المختلفة قبل وصولها للهدف بفضل تصميمها المتماسك.
التطبيق الموضعي كالكريمات والمراهم
يسمح التطبيق الموضعي باستخدام دواء قوي نسبيًا مع حد أدنى من مخاطر السمية. حيث يتميز المسار عبر الجلد لتوصيل الدواء بمزايا فريدة من نوعها، حيث يتجاوز الدواء عملية التمثيل الغذائي الأول ويصل إلى الدورة الدموية الجهازية مباشرة. كل هذا يؤدي إلى تعزيز التزام المريض خاصة عند الحاجة إلى علاج طويل الأمد كما هو الحال في علاج الآلام المزمنة وعلاج الإقلاع عن التدخين. ويتضمن التوصيل عبر الجلد تطبيق مركب فعال دوائيًا على سطح الجلد لتحقيق مستويات امتصاص الدم العلاجية لعلاج الأمراض البعيدة عن موقع التطبيق.
ومنذ الموافقة على Transderm-Scop، كأول نظام لتوصيل الأدوية عبر الجلد (TDDS) في عام 1981 ، تفجرت الأبحاث في هذا المجال. وظهرت مجموعة متنوعة من الحالات السريرية المناسبة لتطبيق تلك الطريقة السهلة. حيث يوفر تطبيق اللصقات غير المؤلم وغير الجراحي والصديق للمريض وسيلة مناسبة ومريحة له. كما يسهل إزالة اللصقات في حالة فرط أنسولين الدم مثلا.
ومن أجل تحسين الانتشار الموضعي للعلاجات، كان المسار الموضعي أحد أكثر خيارات التوصيل غير الغازية الواعدة. أدى ذلك إلى تحسين تجاوب المريض. كما أدى إلى تحسين الديناميكية الدوائية للمركبات القابلة للتحلل وتقليل الآثار الجانبية التي تحدث بشكل متكرر. ومع ذلك لا تزال الطرق الموضعية للدواء تواجه تحديًا في المستحضرات الصيدلانية بسبب الصعوبات في ضبط اختراق الجلد، وتحديد وإعادة إنتاج الكمية الدقيقة من الدواء الذي يصل إلى الطبقات بالعمق المطلوب.
عن طريق الأنف والرئة
يوفر توصيل الدواء من خلال المسار الرئوي العديد من المزايا مثل زيادة التركيز الموضعي للدواء في الرئتين، وتحسين عمل المستقبلات الرئوية. كما تزيد من الامتصاص بسبب مساحة السطح الشاسعة والجرعة المنخفضة والتوصيل الموضعي والجهازي للدواء وتقليل الآثار العكسية الجهازية.
ومع ذلك، لا يزال توصيل الدواء من خلال المسار الرئوي يواجه تحديات أيضًا، مثل الإزالة المخاطية الهدبية، والبلعمة بواسطة البلاعم السنخية، والتي يمكن أن تسبب تدهور الدواء في موقع الامتصاص. وتذوب الجزيئات الكبيرة في سائل القصبات الهوائية (BALF) وتنتشر عبر الظهارة السنخية، حيث يمكن أن يتسبب وجود البلاعم السنخية هنا في تدهور تركيزات الدواء مما يؤدي إلى انخفاض التوافر البيولوجي. وبالتناوب، تمتص الجزيئات الصغيرة بسرعة من خلال ظهارة الرئة والتي يمكن أن تكون مفيدة للإفراز الفوري، ولكنها قد لا تفيد في الإطلاق المستمر. كلتا الحالتين ستنتهي بزيادة وتيرة الجرعات، مما قد يؤدي إلى صعوبة تعاطي العلاج.
درس العلماء التعاطي عن طريق الأنف بسبب سهولة الوصول إليه وطبيعته غير الغازية. كما يسمح مسار الأنف بالتوصيل الموضعي إلى الجهاز التنفسي العلوي (أي منطقة الأنف والأنسجة الأنفية وسوائل الأنف). ويسمح الأنف أيضًا بالتوصيل الدموي وإيصال الأدوية للجهاز العصبي المركزي بسبب مساحة السطح الكبيرة وطبيعة الأوعية الدموية الكثيفة في تجويف الأنف والوصول المباشر إلى منطقة حاسة الشم. وقد أظهر تعاطي الدواء عن طريق الأنف نجاحًا على مر السنين. مما يسمح بتجنب تأثير المرور الأول، وتقليل الآثار الجانبية الجهازية وتجاوز الحاجز الدموي الدماغي (BBB) وزيادة التوافر البيولوجي.
إن توصيل الأدوية الموصلة عن طريق الأنف له أهمية كبيرة محتملة فيما يتعلق بنقل الأدوية مباشرة إلى الدماغ عبر منطقة الشم. فأثبتت الجسيمات النانوية PLGA فعاليتها في توصيل عامل نمو الأرومة الليفية الأساسي (bFGF) مباشرةً إلى الدماغ والمستخدم لعلاج مرض ألزهايمر. كما يمكن أن يكون خيارًا علاجيًا أفضل حتى بالمقارنة مع تعاطي الدواء الحر و/أو الجسيمات النانوية المحملة بالدواء.
وقد تم تطوير الجسيمات النانوية لإنتاج لقاحات على شكل قطرات أنفية بسيطة. وبالتالي يمكن استخدام لقاحات الأنف في المناطق الفقيرة أو الريفية حيث يوجد نقص في عاملي الرعاية الصحية الضروريين لحقن اللقاحات بطرق آمنة.
نظم الإيصال المزروعة (الغرسات)
تعمل الغرسة في الموقع المستهدف بشكل أساسي على توصيل جرعة الدواء من الخزان الخارجي إلى الموقع المستهدف. وقد تحتوي على وظائف أخرى مثل الاستشعار والتحكم في التدفق. ويحتوي الخزان الخارجي على مضخة أو آلية تمكنه من توصيل الدواء إلى الغرسة في الموقع المستهدف عبر قسطرة متصلة بين الجزئين. وقد ظهر هذا النهج لعلاج داء السكري خلال السنوات القليلة الماضية، حيث يوجد خزان مضخة الأنسولين في المنطقة تحت الجلد للمريض بدلاً من زرعها في الموقع المستهدف. مما يتيح لها الحصول على المزيد من الأدوية المتاحة للعلاج.
تطبيقات إيصال الدواء
في الوقت الحاضر يطبق طب النانو في أنظمة توصيل الأدوية لعلاج العديد من الأمراض بما في ذلك السرطان والاضطرابات التنكسية العصبية والسكري والأمراض المعدية.
لعلاج السرطان
منذ اكتشافه يعتبر العلاج الكيميائي هو العلاج الأكثر فعالية لعلاج جميع أنواع السرطانات. وفي الوقت الحاضر، يتم استخدامه قبل كل شيء في الحالات المتقدمة من المرض. ومع ذلك فإن الانتقائية الضعيفة للعلاج الكيميائي ضد الأنسجة تؤدي إلى تدمير الأنسجة السليمة. وتزداد أهمية هذه الآثار الجانبية عندما يكون من الضروري زيادة جرعات الدواء من أجل توفير تركيز مناسب في منطقة الورم. لهذا السبب تمثل تقنية النانو القائمة على أنظمة التوصيل بديلاً محتملاً لإحداث تأثير كبير في علاج السرطان.
خلال العقدين الماضيين، تمت دراسة أنظمة إيصال الدواء النانوية لعلاج السرطان. وتمت الموافقة على بعضها بالفعل من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) لإعطائها للمرضى. وما زال البعض الآخر قيد الدراسات ما قبل السريرية. وتتمثل المزايا الرئيسية لاستخدام أنظمة توصيل الأدوية الدقيقة النانوية في انتقائيتها العالية ضد الخلايا السرطانية التي تقلل إلى حد كبير الآثار الجانبية السامة لعوامل العلاج الكيميائي (مثل السمية الكلوية، والسمية العصبية، والسمية القلبية، وما إلى ذلك). بالإضافة إلى سماحها بتقليل كمية الدواء الذي يتم تناوله لأن حبسه في حامل النانو يحسن من استقرار الدواء، مما يساهم أيضًا في تقليل التأثيرات السامة في الأنسجة السليمة. وتتنوع أنظمة توصيل الأدوية للتطبيقات المضادة للسرطان بين جسيمات شحمية، وجسيمات نانوية بوليمرية، وجسيمات نانوية غير عضوية/المعدنية أو جسيمات نانوية بكتيرية، وغيرها.
لعلاج ألزهايمر
التحدي الأكثر صعوبة الذي يجب على علاج ألزهايمر مواجهته هو عبور الحاجز الدموي الدماغي (BBB). حيث يمنح ذلك الحاجز الجهاز العصبي المركزي (CNS) حيزًا مناعيًا متميزًا، ويمكن تحقيق ذلك العبور باستخدام الجسيمات النانوية. لكن ما زالت المواد المعالجة لألزهايمر غير مكتشفة بعد بسبب التعقيد الهائل للمرض.
لعلاج السكري
أحد أهداف الطب النانوي المطبق على مرضى السكري هو تقليل تواتر الحقن عن طريق استخدام صيغة الجسيمات النانوية طويلة المفعول للأدوية المضادة لمرض السكر. وقد يصبح إعطاء الأنسولين عن طريق الفم الشكل الأكثر تفضيلاً للأدوية المزمنة. ومع ذلك تقلل الحواجز الفيزيائية والكيميائية الحيوية في الجهاز الهضمي من فعاليته. ومن المتوقع أن يؤدي تطبيق أنظمة إيصال الدواء النانوية إلى تحقيق وصول الأدوية سليمة إلى الموقع المستهدف.
نشهد، مع تطور تقنيات النانو، ثورة في تركيب الأدوية بحق، حيث يعد طب النانو بالحل لمشكلة توصيل الدواء إلى خلايا بعينها، وتسهيل انتقال الأدوية عبر الحواجز المختلفة في الجسم بسهولة. وكما رأينا، تمتلك الجسيمات النانوية إمكانات هائلة كنظام فعال لتوصيل الأدوية في حالات الالتهاب والسرطان. ولكن لا تزال هناك حاجة إلى فهم أكبر للآليات المختلفة للتفاعلات البيولوجية وهندسة الجسيمات.
