آریا بانو - ایسنا / پژوهشگران «دانشگاه کرنل» یک روش جدید را برای گرم کردن ایمن نواحی خاصی از بدن ابداع کرده‌اند که در آن از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر حاوی توده‌های میکروسکوپی آب حساس به نور نزدیک به فروسرخ استفاده می‌شود.
روش پژوهشگران «دانشگاه کرنل»(Cornell University) برای برای گرم کردن ایمن نواحی خاصی از بدن می‌تواند تشخیص‌ها و درمان‌های دقیق و غیر تهاجمی را امکان‌پذیر کند و کاربردهای بالقوه را در درمان سرطان داشته باشد.
به نقل از آزو نانو، «جینها کوون»(Jinha Kwon) و «ژیتینگ تیان»(Zhiting Tian) پژوهشگران دانشگاه کرنل، این پروژه را با هدف به‌کارگیری تخصص آزمایشگاه تیان در انتقال حرارتی در مقیاس نانو و تبدیل انرژی در زیست‌پزشکی آغاز کردند. پژوهش گذشته آزمایشگاه تیان شامل کاربرد در زمینه‌هایی مانند اکتشافات فضایی و میکروالکترونیک بوده است.
اولین گام آنها، شناسایی یک روش مؤثر ارائه بود. تیان در سال 2014 به یک پژوهش درباره پلیمرهای «پلی‌لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید»(PLGA) برخورد کرد که نشان می‌داد این پلیمرها می‌توانند توسط نور فروسرخ نزدیک فعال شوند و داروها را آزاد کنند. اگرچه خود پلیمرهای PLGA نور را جذب نمی‌کردند اما پژوهشگران معتقد بودند که آب به‌دام‌افتاده در پلیمر به نور واکنش نشان می‌دهد و امکان آزاد شدن دارو را فراهم می‌کند.
این رویکرد مورد توجه تیان قرار گرفت زیرا برخلاف موادی مانند نانومیله‌های طلا یا پلیمرهای نیمه‌رسانا، پلیمرهای PLGA زیست‌تخریب‌پذیر هستند و در بلندمدت هیچ خطری برای بدن ندارند. همچنین، پلیمرهای توسط «سازمان غذا و داروی آمریکا»(FDA) تأیید شده‌اند.
تیان می‌خواست این ایده را آزمایش کند اما مطمئن نبود که چگونه می‌توان از PLGA به عنوان منبع گرمای موضعی استفاده کرد. در سال 2022، او به پژوهش «گوسونگ هونگ»(Guosong Hong) استاد «دانشگاه استنفورد» برخورد. در آن پژوهش از نور نزدیک به فروسرخ برای گرم کردن کانال‌های یونی حساس به دما و کنترل فعالیت عصبی خاص در اعماق مغز استفاده شده بود. این به تیان در اتصال قطعات پازل کمک کرد. تیان گفت: من از این کار بسیار هیجان‌زده شدم زیرا اگر فعالیت‌های نورون‌ها را بتوان با گرمایش موضعی فعال یا مهار کرد، به این معناست که می‌توانیم از پلیمرهای PLGA برای این منظور استفاده کنیم.
تیان تصمیم گرفت موضوع را بیشتر بررسی کند و یک رویکرد آکادمیک را در پیش گرفت. او پس از یک دوره استراحت، به دانشگاه بازگشت و یک ترم را در دانشگاه استنفورد گذراند. تیان ادامه داد: من به گروهی که مقاله‌شان را خوانده بودم، سر زدم و در آزمایشگاه آنها ماندم، به جلسات رفتم، آنها را در حال انجام دادن آزمایش‌ها تماشا کردم و هر هفته در کلاس‌ها شرکت کردم. دوباره دانشجو بودن خیلی حس خوبی داشت و می‌توانستم یادداشت‌برداری کنم و همه آن مفاهیم جدید را یاد بگیرم. خیلی سرگرم‌کننده بود.
تیان با درک قوی‌تری ازروش نورومدولاسیون به دانشگاه کرنل بازگشت. همچنین، او اطلاعاتی را درباره چگونگی ارتباط این روش با کار انتقال حرارتی آزمایشگاه خود و پیشینه‌اش در علم مواد به دست آورد. با وجود این، گروه تیان تجربه‌ای در تحقیقات سلولی آزمایشگاهی نداشتند. برای حل کردن این مشکل، آنها با «نوزومی نیشیمورا»(Nozomi Nishimura) دانشیار مهندسی پزشکی در دانشکده مهندسی کرنل همکاری کردند.
این گروه پژوهشی برای تولید نانوذرات PLGA، دو روش را آزمایش کردند که امولسیون تکی و امولسیون دوگانه بود. آنها در نهایت دریافتند روش امولسیون تکی که در آن توده‌های آب به طور طبیعی با کمک امواج صوتی فرکانس بالا تشکیل می‌شوند و به پخش شدن آب در ذرات می‌انجامند، مؤثرتر است. این فرآیند به شکل‌گیری توده‌های آب کوچکتری انجامید که به طور غیرمنتظره‌ای می‌توانستند به دماهای بالاتر برسند.
تیان افزود: نکته این است که آب وقتی در فضاهای کوچک محصور می‌شود، رفتار متفاوتی دارد. این آب در مقایسه با آب معمولی، با راندمان بیشتری گرم می‌شود و ما یک لایه پلیمری داریم که مانند یک عایق حرارتی عمل می‌کند تا گرما را در داخل به دام بیندازد و از فرار سریع آن جلوگیری کند. این فرآیند، اختلاف دمایی را بین عامل فتوترمال - به طور ویژه آب محبوس در پلیمر - و محیط سلولی اطراف ایجاد می‌کند که به گرمایش موضعی می‌انجامد.
فراتر از نورومدولاسیون، این روش را می‌تواند برای درمان گرمازدگی نیز مورد استفاده قرار داد. در این روش، از گرما برای از بین بردن سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود و می‌تواند شیمی‌درمانی و پرتودرمانی را مؤثرتر کند.
تیان گفت: شما در شیمی‌درمانی و پرتودرمانی می‌خواهید بسیار هدفمند، موضعی و دقیق باشید و دمای سلول‌های سرطانی را بدون آسیب رساندن به بافت‌های سالم افزایش دهید. ما در حال حاضر می‌توانیم تا حدودی بفهمیم که چه اتفاقی برای مکانیسم‌های اساسی درون سلول رخ می‌دهد. ما آزمایش سلولی را انجام دادیم تا ببینیم که ذرات ایمن هستند و در عملکردهای کلیدی سلول اختلال ایجاد نمی‌کنند. من فکر می‌کنم گام بزرگ بعدی، حرکت به سمت آزمایش درون‌تنی است که طی آن، این روش را روی مدل‌های حیوانی اعمال می‌کنیم و تأثیر آن را می‌بینیم.
این پژوهش در مجله «ACS Nano» به چاپ رسید.
بازار ![]()