نانوفناوری و مجادله با کووید-۱۹

داکترعارف نعیم‌زاد، استاد دانشگاه کابل

نانوفناوری (Nanotechnology) به استفاده از مواد در ابعاد اتمی، مالیکولی و فرامالیکولی در کاربردهای صنعتی گفته می‌شود. نانوفناوری را به عنوان «دستکاری ماده‌ای که حداقل یک بُعد آن از ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد»، نیز تعریف می‌کنند. نانوفناوری بستر مناسب برای بسیاری از مواد و دستگاه‌های جدید را با طیف گسترده‌ای از کاربردها در نانوطب، نانو الکترونیک، تولید انرژی مواد زیستی و محصولات مصرفی ایجاد کرده است.

اساساً، نانو یک پیشوند علمی است که به معنای یک میلیاردم (مقیاس کوچک) است و حوزه نانوفناوری در حدود یک میلیاردم متر است. ابعادی که در آن اتم‌ها با هم ترکیب شده و مالیکول‌ها روی هم اثر متقابل دارند.

امروزه، نانوفناوری به عنوان موج چهارم انقلاب صنعتی جهان، پدیده‌ای است که در تمامی گرایش‌های پژوهشی، علمی و صنعتی راه یافته ‌است.

برای نانوفناوری کاربردهایی را در حوزه‌های مختلف از غذا، دوا، تشخیص طبی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کمپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت برشمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به­ عنوان یک زمینه فرا رشته­ای مطرح کرده است.

استفاده از نانوفناوری در کلیه بخش‌های علوم طبی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، مکانیک، کمپیوتر، موبایل، استخبارات و غیره باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به­ عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد.

نقش فناوری نانو در مبارزه با کووید-۱۹

در پایان سال ۲۰۱۹، ویروس کرونا در چین ظهور کرد که ظرف سه ماه در سراسر جهان گسترش یافت. سازمان بهداشت جهانی (WHO) رسماً اعلام کرد که شیوع ویروس کرونا در ۱۱ مارچ سال ۲۰۲۰ به یک بیماری همه‌گیر تبدیل می‌شود. سازمان بهداشت جهانی این ویروس جدید کرونا را SARS-CoV-2 و این بیماری را کووید-۱۹ نامید.

مراکز تحقیقاتی زیادی برای ریشه‌یابی و خنثاسازی کامل این ویروس دست به کار شدند و در حد اکثر از مراکز تحقیقاتی از ترفندهای نانوفناوری استفاده شد تا حداقل تغییر وضعیت و کاهش همه‌گیری را در پی داشته باشد. در این میان، زیرشاخه حیاتی نانوفناوری، یعنی نانوطب (Nanomedicine) نیز مورد مداقه قرار گرفت. نانوطب، ابزار بسیار قدرتمند است که می‌تواند با تهیه حامل‌ها و واکسین‌های مبتنی بر نانوذرات و نانومحلول‌ها، بار بیماری را کاهش دهد. تا حالا، بهترین راه حل برای غلبه بر این همه‌گیری تولید واکسین‌ها و دواهای مناسب و موثر است.

در حال حاضر، تحقیقات هم‌زمان در سراسر جهان برای کشف واکسین‌ها یا دواهای کارآمد در حال انجام است، از جمله روش‌های درمانی متداول که برای درمان بیماری‌های مشابه قبلی استفاده می‌شود و هم‌چنین درمان‌های نوظهوری مانند دوای نانویی. نانوطب قبلاً ارزش خود را از طریق کاربرد دوا و دواهای حس‌گر نانو در سایر بیماری‌ها ثابت کرده است. نانوطب و اجزای آن می‌توانند در مراحل مختلف پیش‌گیری، تشخیص، درمان، واکسیناسیون و تحقیقات مربوط به کووید-۱۹ نقش مهمی داشته باشند. فناوری ضد میکروبی مبتنی بر نانو می‌تواند در تجهیزات شخصی برای ایمنی بیش‌تر کارکنان مراقبت‌های بهداشتی و مردم ادغام شود. از نانومواد مختلف مانند نقاط کوانتومی، می‌توان به عنوان حس‌گر زیستی برای تشخیص کووید-۱۹ استفاده کرد. فناوری نانو مزایای استفاده از سیستم‌های نانویی مانند لیپوزوم‌ها، نانوذرات پولیمری و لیپیدی و نانوذرات فلزی را برای تهیه دوا فراهم و بهبود خواص دوایی را تسهیل می‌کند. عمل‌کردهای ضد ویروسی برای نانوذرات می‌توانند اتصال، ورود، تکثیر و جوانه‌زدن کووید-۱۹ را هدف قرار دهند. نانوذرات معدنی مربوط به سمیت، یکی از عوامل محدود کننده استفاده از آن است که باید بیش‌تر بررسی و اصلاح شود.

در سال‌های اخیر، سیستم‌های دوایی مبتنی بر نانوفناوری برای تهیه دواهای تنفسی برای غلبه بر محدودیت‌های مختلفی که در طی تجویز مخاط ایجاد می‌شود، اعمال شده است و پیش‌رفت‌هایی در مرحله‌ای که امکان تحویل موثر دوا وجود دارد، انجام شده است. این بررسی دانش انباشته از عفونت‌های قبلی SARS-CoV و MERS-CoV را توصیف می‌کند و هدف آن کمک به درک عفونت SARS-CoV-2 نوظهور است. علاوه بر این، تاکنون دست‌آوردهای تولید واکسین و درمان کووید-۱۹ را از طریق روش‌های موجود روشن می‌کند.

نانوطب قبلاً ارزش خود را از طریق کاربرد دوا و دواهای حس‌گر نانو در بیماری‌های مشابه SARS ثابت کرده است. نانوطب و اجزای آن می‌توانند در مراحل مختلف پیش‌گیری، تشخیص، درمان، واکسیناسیون و تحقیقات مربوط به کووید-۱۹ نقش مهمی داشته باشند. فناوری ضد میکروبی مبتنی بر نانو می‌تواند در تجهیزات شخصی برای ایمنی بیش‌تر کارکنان مراقبت‌های بهداشتی و مردم ادغام شود. از نانومواد مختلف مانند نقاط کوانتومی می‌توان به عنوان حسگرهای زیستی برای تشخیص کووید-۱۹ استفاده کرد.

امروزه، ابزارهای نانوفناوری می‌توانند نمای کلی‌تری از راهبردهای جدید طراحی واکسین را ارائه دهند. به عنوان مثال، یک فرمول‌بندی مبتنی بر نانو برای درمان‌های SARS-CoV-2 به همراه یک پلتفرم جدید واکسین نانو و دواهای مفید نانو برای درمان عفونت‌های SARS-CoV-2 در حال تولید است. پژوهش‌گران سخت در تلاش‌اند تا به سرعت واکسین‌ها و گزینه‌های درمانی نانو، از جمله فناوری‌های جدید مبتنی بر نانو را شناسایی کنند و توسعه دهند. تعدادی از این واکسین‌ها به صورت نمونه جهت استفاده به بازار عرضه شده‌ است که هنوز به عنوان کار نهایی دیده نمی‌شود و به تحقیقات کیفی بیش‌تری نیاز دارد.

در حال حاضر، چندین شرکت در حال دور شدن از راهبردهای سنتی پیش‌گیری و پیش‌گیری از SARS-CoV-2 و استفاده از نانوفناوری نانو برای تولید انواع مختلف واکسین‌ها و روش‌های درمانی و ارزیابی‌های بالینی هستند. به عنوان مثال، دگزامتازون‌ها، یک عامل درمانی کووید-۱۹ که از طریق ترکیب‌های مختلف نانو معرفی شده است، منجر به یک چرخش بزرگ در درمان کووید-۱۹ شده است. علاوه بر این، پاک‌سازی آزمایشات بالینی واکسین mRNA لیپوزومی (BNT162b) توسعه‌یافته توسط Pfizer را می‌توان یک موفقیت بزرگ در نانوطب دانست. هم‌چنان، فناوری غیرفعال کردن SARS-CoV-2 در محیط خارجی با استفاده از نانومواد، مانند نانوذراتAg ،  با Cu یا CuO و فناوری تشخیصی که می‌تواند بدون استفاده از تجهیزات گران‌قیمت با استفاده از نانومواد به سرعت SARS-CoV-2 را تشخیص دهد، نیز به پیش‌گیری و کنترل کووید-۱۹ کمک می‌کند.

شکل ۱: نقش نانوفناوری در ارائه واکسین پیش‌گیری از کووید-۱۹

با این وجود، با توجه به شرایط پیچیده ناشی از کووید-۱۹، اعتقاد بر این است که برای کارایی بیش‌تر تحقیقات در زمینه‌های مختلف در سطح جهان، باید سیستم عامل موجود اصلاح شود. بنابراین، نانوفناوری و نانوطب می‌توانند گزینه‌های مناسبی برای این تغییر در الگوی تحقیق و توسعه باشند.

در واکسین جدید، تغییر مجدد دوا به عنوان یک راهبرد و دیدگاه  امیدوار کننده در نظر گرفته شده است. از این‌رو، گام مهم در تغییر هدف دوا، شناخت و آگاهی دقیق از تفاوت‌‌های ساختاری ویروس‌های کرونا و RNA (اسید ریبونوکلئیک) و گیرنده‌های درگیر آن‌ها در یک میزبان است.

خواص نانوذرات برای درمان کووید-۱۹

نانومواد در طب، در ناقل‌ها، حس‌گرهای زیستی، دواها و ژن‌ها استفاده می‌شود. نانوفناوری، با از بین بردن ویژه‌گی‌های فیزیکی و کیمیایی منحصر به فرد خود، منجر به بهبود اثر درمانی از طریق افزایش فراهمی زیستی دوا می‌شود. نانوموادی که از نظر علمی مهندسی شده است برای کمک به شرکت‌های دوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن‌ها به افزایش اثربخشی درمان و هدف قرار دادن اندام‌های خاص ناکارآمد یا سلول‌های پوسیده بدن کمک می‌کنند.

نانوذراتی که دارای خواص فیزیکی و کیمیایی منحصر به فرد است، فعالیت‌های ویروسی را نشان می‌دهد. اندازه کوچک، سطح وسیع، قابلیت هدف‌گیری و ویژه‌گی‌های محرک پاسخ دهنده، نانوذرات را به عنوان یک ماده ضد ویروسی موثر در اختیار شما قرار می‌دهد. نانوذرات‌هایی مانند اکساید آهن، اکساید روی، نقره و کاربن به عنوان عوامل امیدوار کننده برای تعدیل روند عفونت ویروسی در نظر گرفته می‌شوند. از نانومواد می‌توان برای اتصال ویروس کووید-۱۹ و قطع ساختار آن از طریق انتشار نور مادون قرمز استفاده کرد و سپس ویروس توسط مواد نانو غیرفعال می‌شود. علاوه بر خواص ضد ویروسی، نانوذرات به عنوان ناقل دواهای ضد ویروسی امیدوار کننده تعیین می‌شود. آن‌ها فعالیت دواها را افزایش می‌دهند و فراهمی زیستی آن‌ها را بهبود می‌بخشند. به طور کلی، نانوفناوری نانو به عنوان یک راهکار قوی برای طراحی دواهای ضد ویروسی ظهور کرده است و در این میان، نانوذرات در کاهش عفونت خانواده ویروس کرونا موثر هستند.

نانوفناوری برای تشخیص کووید-۱۹

روش‌های متداول تشخیصی که برای تشخیص کووید-۱۹ براساس تشخیص اسید نوکلئیک استفاده می‌شود، مانند RT-PCR، بعضی اوقات محدودیت کمی دارد، از جمله حساسیت کم، زمان زیادی برای اعلام نتایج، منفی کاذب بالا و عدم ویژه‌گی خاص به دلیل شباهت با سایر بیماری‌های ویروسی. نانوذرات می‌توانند برخی از این مشکلات را برطرف کنند.

برای تشخیص سریع کووید-۱۹ می‌توان از نانوفناوری استفاده کرد که باعث افزایش کارایی آزمایش‌های تشخیصی می‌شود. نانوطب در تشخیص ارگانیسم‌هایی با مقاومت بالا موثر است که می‌تواند به عنوان یک روش جایگزین و پیش‌گیری کننده برای تشخیص سریع بیماری‌های عفونی مورد استفاده قرار گیرد. به ویژه در عفونت‌های نوظهور، به تشخیص سریع‌تر کمک می‌کند و هم‌چنین هزینه تولید انبوه در مبارزه با بیماری‌های همه‌گیر را کاهش می‌دهد.

نانوفناوری در تشخیص و ارزیابی مرگ‌ومیر کووید-۱۹

چندین روش مبتنی بر نانوفناوری برای شناسایی بیمارانی در معرض خطر مرگ‌ومیر ناشی از عوارض عفونت کووید-۱۹، از جمله لخته‌‌های خون در حال توسعه است. پتانسیل مهم نانوطب در ارزیابی خطر لخته شدن خون و شدت آن در بیماران کووید نشان داده شده است. هم‌چنین، توابع هم‌افزایی آن با دامنه پیش‌رفته، متمرکز بر روی روش طیف‌سنجی کتله‌ای برای تشخیص پروتین و وقوع و پیش‌رفت کووید، با استفاده از نانوفناوری مورد بحث است.

به ‌علاوه، روش جدید چند رشته‌ای مبتنی بر نانو برای تشخیص عفونت کووید-۱۹ در افرادی با خطر بالا در مراحل اولیه بیماری ارائه شده است. این روش از طریق تکنیک‌هایی به نام آرایه حس‌گر تاج پروتین و جذب مقناطیسی، به اولویت‌بندی صحیح بیماران و کاهش بار اجتماعی و اقتصادی کمک می‌کند. این رویکردهای تشخیصی مکمل هم‌چنین از تجزیه و تحلیل‌های متعدد بهره‌مند می‌شوند.

فناوری آرایه حس‌گر تاج پروتین به تعیین الگوهای پروتین و بیومالیکول پلاسما کمک می‌کند که در نهایت منجر به عفونت کشنده کووید-۱۹ در مراحل اولیه می‌شود.

شکل ۲: الگوهای پروتینی قابل تجزیه با رویکرد نانوفناوری

نانوفناوری در درمان کووید-۱۹

نانوطب، به روش‌های متنوعی می‌تواند به عنوان عوامل ضد ویروسی عمل کند. نانوذرات می‌توانند به طور مستقیم از اتصال گیرنده‌ها و ورود سلول به ویروس‌ها و هم‌چنین داخلی‌سازی ویروس جلوگیری کنند. برای این منظور، نانوذرات با ریزساختار ویروسی پروتین هسته‌ای ادغام می‌شوند و از همانندسازی و انتشار پیوست ویروسی جلوگیری می‌کنند. این روش مهار در برابر ویروس‌ها موثر است.

از دید نانوفناوری، نانوذرات فلزی می‌توانند از اتصال ویروسی به سطح سلول و در نتیجه از تکثیر سلول جلوگیری کنند.

 در حال حاضر، نانوذرات، مانند تیتانیوم، نقره، طلا و روی، نتایج درمانی را علیه ایدز، ویروس آنفلوانزا، ویروس هرپس سیمپلکس، ویروس تنفسی، ویروس گوارشی روده قابل انتقال، ویروس آبله شادی و ویروس زیکا نشان داده‌اند. نانوذرات با اتصال به پاکت ویروسی یا پروتین از تعامل آن‌ها با سلول میزبان جلوگیری می‌کنند.

با کاهش تکثیر ویروس در بدن، سیستم ایمنی بدن می‌تواند به درستی پاسخ دهد.

غیرفعال‌سازی یا تخریب ویروس خود هدف دیگری برای درمان است. در همین زمینه، پژوهش‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهند که درمان ترکیبی دواهای ضد التهابی و نانو حامل‌ها می‌توانند پایداری و مقاومت آن‌ها در برابر تخریب را افزایش دهند و قرار گرفتن در معرض دوا را بهبود بخشند. در کووید-۱۹، می‌توان از ترکیب نانو برای هدف قرار دادن ریزساختارهای ویروس در محل‌های التهاب استفاده کرد.

روش‌های ترکیبی می‌توانند اثر هم‌افزایی ایجاد کنند و میزان عفونت ویروس را کاهش دهند. هم‌چنین می‌توان در شرایط آزمایشگاهی مواد خارج سلولی ترشح شده از سلول و انواع اثرات درمانی نظری را بر بیماران آلوده به کووید-۱۹ نشان داد.

جمع‌بندی

از آن‌جا که ویروس کووید-۱۹ به ظاهر خود یک نوع ویروس تقویت‌یافته آزمایشگاهی با ریزساختارهای نانومتری تلقی می‌شود و خود، حاصل کار پژوهشی را مدلل می‌سازد، مهار آن با استفاده از شگردهای تجربی نانوفناوری پیش‌بینی می‌شود و روی شرایط اقلیمی اثرگذار که بتواند سرایت این ویروس را مانع شود، بحث و نظرهای زیادی جامه عمل می‌پوشد.

تا حالا، نانومحلول‌ها به شکل واکسین توانسته‌اند تا حدی در فروکش کردن شدت انتشار جهش‌های اولیه این ویروس موثر واقع شوند و نرخ همه‌گیری جهش‌های اولیه این ویروس را تا درصد مشخصی تنزیل دهند.

منابع و رویکردها

  1. Li Y, Lin Z, Zhao M, Xu T, Wang C, Hua L, et al. Silver nanoparticle based co-delivery of oseltamivir to inhibit the activity of the H1N1 Influenza Virus through ROS-mediated signaling pathways. ACS Appl Mater Interfaces. 2016.
  2. ۲٫ Kim J, Yeom M, Lee T, Kim H-O, Na W, Kang A, et al. Porous gold nanoparticles for attenuating infectivity of influenza A virus. J Nanobiotechnol. 2020.
  3. ۳٫ Li Z, Yi Y, Luo X, Xiong N, Liu Y, Li S, et al. Development and clinical application of a rapid IgM-IgG combined antibody test for SARS-CoV-2 infection diagnosis. J Med Virol. 2020.
  4. ۴٫ Corman VM, Landt O, Kaiser M, Molenkamp R, Meijer A, Chu DK, et al. Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR. Euro Surveill. 2020.
  5. ۵٫ Zhao Z, Cui H, Song W, Ru X, Zhou W, Yu X. A simple magnetic nanoparticles-based viral RNA extraction method for efficient detection of SARS-CoV-2. Mol Biol. 2020.

دکمه بازگشت به بالا