نانو فنآوری، میتواند روزی وسیلهای استنشاقی جهت ارسال ژنهای درمانی هدفدار برای بیمارانی که از اختلال ریهی خطرناک رنج میبرند فراهم کند و محققان اولین سیستم ارسال ژن را که میتواند بهطور مؤثری به سد مخاطی راههای هوایی ریه در انسان که دسترسی به آنها سخت است نفوذ کند، شناسایی کرده و با طراحی یک نانو ذرهی حاملDNA، موفق به عبوردادن آن از سدمخاطی (Mucus Barrier) پوششدهندهی راههای هوایی ریه شدند. ژنهای درمانی ممکناست روزی بهطور مستقیم به ریهها ارسال شوند که برای درمان فیبروزکیستیک (CF)، بیماری ریوی انسداد مزمن (COPD)، آسم و دیگر بیماریهای تهدیدکنندهی (Life-Threatening) ریه مفید باشد. این اولین سیستم تحویل ژن تجزیهپذیر زیستی (Biodegradable Gene) است که بهطور مؤثری در سدمخاطی راههای هوایی ریه نفوذمیکند.
سدمخاطی مانع ورود مواد خارجی و باکتریها به ریه شده و از آلودگی ریه جلوگیری میکند. در ریهی سالم، مادهی استنشاقی بهطور خاص در موکوس راههایهوایی به دام میافتد و سپس از ریه بهواسطهی فعالیـت مژکهایمخاطی یا ازطریق رشتههای شبیه به مو به معده میرود تا نهایتاً ازبین برود. این مکانیزم محافظ، همچنین مانع ورود بسیاری از درمانهای استنشاقی میشود که شامل داروهای با پایهی ژنی(Gene-Based Medicine) میباشد و قراراست به محل خاصی هدایت شود. قراردادن ژنهای ترمیم شده و جانشین یا داروها داخل یک نانوذرهی تجزیهپذیر ساختهشده توسط انسان، معروف به پوشش«Wrapper» است که بیماران آن را استنشاق میکنند و میتواند در سدمخاطی نفوذ نموده و روزی برای معالجهی اختلالات وخیم (Serious) ریه استفاده شود. علاوهبراین، بهخاطراینکه یک دوز بهصورت تئوریکال چندین ماه باقیمیماند، ممکناست بیماران عوارضجانبی کمتری را تجربه کنند (درمقایسه با داروهای معمولی که باید بهطورمنظم و درطولزمان دراز مصرف شوند).
آزمایشهای محققان با نانوذرات در راه رسیدن به نتیجه، با شکستهای زیادی روبهرو گردید. برای مثال در بیماران با CF، تجمع موکوس زیاد دراثر حرکت مژکهای آسیبدیده منجر به ایجاد محل رشد ایدهآلی برای عفونت باکتریایی مزمن و بروز التهاب میشود. این فرایند بیماریزا نهتنها کیفیت زندگی بیمار را بدتر میکند و اغلب بیماران را درمعرض وضعیت تهدیدکنندهی حیات قرارمیدهد، بلکه همچنین نفوذ نانوذرات درمانی استنشاقی به مخاطهای هوایی را سختتر مینماید.
بیشتر داروهای موجود برای CF به پاکسازی عفونت کمک میکنند اما مشکلات اساسی این بیماری را حل نمیکنند و برای مثال تعدادی دارو به منظور معالجهی بیماریCF تولید شده که باید به مصرف روزانهی بیمار تا آخر عمر خود برسد و تنها میتوانند برای مجموعهای از جمعیت بیماران با نوع خاصی از جهش (Specific Types of Mutation) مفید باشند. تاکنون این بررسی نشان دادهاست که ارسال نسخههای طبیعی از ژنهای مرتبط با CF یا ژنهای ترمیمی ازطریق نانو ذرات حاویDNA که در مخاط نفوذ میکنند، میتواند تولید طبیعی پروتئینهای کارکردی «Functional» را در درازمدت تحتتأثیر قراردهد. صرفنظر از نوع جهش، این روش میتواند درنهایت یک درمان مؤثر برای ریهی بیماران برحسب نوع موتاسیون باشد.
تابهحال، هیچکس قادر نبوده کشفکندکه چگونه این ژنها را به ریه ارسالکند و باید توجه داشت که اثبات شده آزمایشهایی که از ویروسهای غیرفعال استفاده میکند تا این ژنها را حمل کنند، غیرمؤثر و بسیار پرهزینه بوده است و بهطور بالقوه منجر به عوارضجانبی شدیدی نیز میشود. علاوهبرآن، بدن میتواند دربرابر این سیستم انتقال توسط ویروسها مقاومت نشاندهد.
در عوض، سیستمهای مصنوعی غیرویروسی متعددی بهطور گسترده مورد آزمایش قرارگرفته است.
البته، تحقیقات قبلی نشانداده است که بیشتر نانوذرات غیرویروسی حاملDNA دارای بار مثبت هستند که باعث میشود آنها به محیط بیولوژیکی با بار منفی بچسبند (Too Sticky) که دراینمورد، همان سدمخاطی راههای هوایی ریه هستند. بهعبارتدیگر، نانوذرات مرسوم بسیار چسبنده هستند که در طول سفرشان بسمت سلولهای هدف، برخوردهای ناخواستهی خارج از هدف دارند. علاوهبرآن، این ذرات تمایل به تراکم سریع در شرایط فیزیولوژیکی دارند و بهاین معنی است که برای نفوذ به سدمخاطی، راههای هوایی بسیار بزرگ هستند.
بهاینمنظور، محققان یک روش ساده برای پوشش نانوذرات با یک پلیمر غیرچسبنده که PEG نامیده میشود طراحیکردند که بارالکتریکی را خنثیکرده و پوستهیخارجی غیرچسبان ایجاد میکند. آنها نشاندادند که این نانوذرات، اندازهی خود را در محیط فیزیولوژیکی ریه حفظ میکنند و قادر به نفوذ سریع در سدمخاطی راههایهوایی انسان هستند. این اطلاعات بهتازگی از بیمارانی که در برنامهی تحقیقاتی دانشگاه جانهاپکینز شرکتکرده بودند جمعآوری شدهاست.
