برررسی نقش میدان مغناطیسی در رسانش نانوذرات مغناطیسی در مدل چاپ شده سه بعدی ریه
Investigation of the role of magnetic field in magnetic nanoparticles delivery in 3D printed model of the lung
مجریان: حامد همیشه کار
خلاصه روش اجرا: در کار حاضر با نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن دارورسانی استنشاقی به مدل ریه سه بعدی چاپ شده بررسی می شود، این مدل از عکس های سی تی اسکن دستگاه تنفسی یک خانم 43 ساله سالم در نواحی تنفسی تهیه شده است و مسیرهای هوای درون دستگاه تنفسی شامل ورودی دهان، ناحیه گلو، نای و انشعابات آن درون ریه ها را شامل می شود. پمپ خلاءبا مکیدن هوای درون مدل شرایط تنفسی فرد را شبیه سازی می کند. با استفاده از تنظیم کننده جریان هوا می توان مشخصاتی مانند زمان مکش و میزان دبی جریان را کنترل کرد. در این پروژه اثر میدان مغناطیسی، جهت قرارگیری منبع مغناطیسی و فاصله قرارگیری آن از مدل، بر ته نشینی این ذرات در ناحیه مد نظر از مدل بررسی می شود. مجموعه داروی و میکرو/نانوذرات آماده شده با استفاده از دستگاه DPI به داخل مدل تزریق می شود. برای شبیه سازی چسبندگی مخاط لایه درونی مسیرهای هوا از محلول توئین 80 و اتانول استفاده می شود. این محلول از جمله معتبرترین محلول هایی است که برای شبیه سازی لایه مخاطی دستگاه تنفسی توسطFDA پیشنهاد می شود. برش های روی مدل به گونه ای طراحی شده اند که اندازه گیری ته نشینی دارو روی آن قطعات مورد نظر است. پس از برش قطعات، هر قطعه به وسیله مقدار مشخصی از آب مقطر استریل شسته می شود. بنابراین هر نمونه شامل آب مقطر و میکرو-نانوذرات اکسیدآهن/داروی ته نشین شده روی قطعه مربوط به آن است. بعد از ته نشینی محل مورد نظر شستشو داده می شود و غلظت میکرو/نانوذرات اکسید آهن ته نشین شده و غلظت داروی ته نشین شده با استفاده ازجذب UV، جذب اتمی و HPLC تعیین می شود. در نهایت بهینه سازی متغیرهای بررسی شده با یکی از روش های بهینه سازی مناسب مثل یک متغیر در یک زمان و یا روش پاسخ سطح انجام می شود. قطر آیرودینامیکی ذرات و نیز محل رسوب فرضی آن ها درون بافت ریه، از طریق دستگاه NGI بررسی می شود.
اطلاعات کلی طرح 
| مرحله جاری طرح | خاتمه قرارداد و اجرا |
| کد طرح | 67023 |
| عنوان فارسی طرح | برررسی نقش میدان مغناطیسی در رسانش نانوذرات مغناطیسی در مدل چاپ شده سه بعدی ریه |
| عنوان لاتین طرح | Investigation of the role of magnetic field in magnetic nanoparticles delivery in 3D printed model of the lung |
| نوع طرح | طرح تحقیقاتی |
| اولویت طرح | توسعه فناوریهای نوین برای دارورسانی |
| نوع مطالعه | بررسی مقطعی ( Cross Sectional) |
| تحقیق در نظام سلامت | بلی |
| آیا طرح پایاننامه دانشجویی است؟ | خير |
| مقطع پایان نامه | |
| مدت اجرا - ماه | 6 |
| نوآوری و ضرورت انجام تحقیق | نوآوری و ضرورت اجرای طرح امروزه انواع سرطان جامعه جهانی را درگیر کرده است و آمار مرگ و میر در اثر آن امری قابل توجه است. جامعه سرطان آمریکا برآورد کرده است که حدود 7/1 میلیون مورد سرطان جدید و 609.640 مرگ و میر در سال 2018 در ایالات متحده رخ داده است. مرگهای سرطانی به ترتیب شامل ریه (69/1 میلیون)، کبد (۷۸۸،۰۰۰)، روده بزرگ (۷۷۴،۰۰۰)، معده (۷۵۴،۰۰۰)و سرطان پستان (۵۷۱،۰۰۰)است[1,2]در واقع این آمار و ارقام، نشان از ناکارآمدی و ناکافی بودن روش های درمانی موجود دارد.در بین روش های درمانی موجود، شیمیدرمانی علیرغم تمامی آسیبهای شناخته شدهاش، هنوز هم بخش ثابتی از درمان بسیاری از سرطانها و تومورها به شمار میرود. در این روش داروها به بیمار تزریق میشوند تا همراه جریان خون به سلولهای سرطانی برسند. همین باعث میشود دارو در سراسر بدن پخش شود و به بافتهای سالم بدن بیمار هم آسیب برساند. در نتیجه بیمار نه تنها دوز کافی را از دارو دریافت نکرده است، بلکه دچار آسیبهای تازهای نیز میشود. علاوه بر این برخی ارگانها مانند ششها به دریافت خون کمتری نیاز دارند و همین استفاده از جریان خون را برای شیمیدرمانی آن ها بسیاردشوار میکند[3]. سیستم دارورسانی هدفمند (DDS) با هدف کاهش عوارض جانبی ناشی از مصرف داروها دارو را دقیقا به ناحیهی مورد نظر درون بدن میرساند. دارورسانی از طریق سیستم تنفسی یک تکنولوژی در حال پیشرفت است که در آن دارو با استفاده از تنفس به درون ریهها فرو برده میشود و از طریق سلولهای پوششی حفرهدار ریه وارد جریان خون میشود، تحویل دارو به ریهها با استنشاق یک روش درمانی هدفمند برای بیماریهای تنفسی است که باعث رسیدن دوز مناسب به منطقه آسیب دیده می شود. علاوه براین، استنشاق کننده های قابل حمل، مصرف دارو را برای بیمار راحت میکنند[4].استفاده از اسپریهای استنشاقی محتوی داروهای ضدسرطانی مثل دوکسوروبیسین و متوتریکسات در درمان اختصاصی سرطان ریه راهکاری مناسب است که می تواند آسیبهای جانبی را در مبتلایان به این سرطان به حداقل برساند. فرمولاسیون استنشاقی این دو دارو با استفاده از نانو ذرات برای جلوگیری از عوارض مصرف خوراکی آن ها تهیه می شود و دارای مزایای زیادی نسبت به فرمولاسیون خوراکی است. با توجه به ساختار ریه در دارورسانی هدفمند به این ارگان و نیز از طریق این ارگان، قوانین حاکم بر تهنشینی میکرو و نانو ذرات در سراسر دستگاه تنفسی انسان برای بهبود بخشیدن انتقال ذرات به نواحی مورد نظر میباشد [5]. دارورسانی هدفمند مغناطیسی شاخه ای از دارورسانی است که امکان انتقال هر چه موثرتر دارو را به نقاط مختلف بدن را با استفاده از میدان مغناطیسی و استفاده از نانو ذرات مغناطیسی مختلف فراهم میسازد. میدانهای مغناطیسی این امکان را فراهم میسازند که بتوان ذرات دارو را با دقت بیشتری به نقطهی مورد نظر انتقال داد و به منظور تکمیل فرآیند جذب، ذرات را به مدت بیشتری در آن مکان حفظ کرد. این کنترل بیشتر در انتقال و حفظ دارو با استفاده از میدانهای مغناطیسی باعث کاهش داروی مورد نیاز برای درمان، جلوگیری از مسمومیت های سیستماتیک دارویی و در نتیجه بهبود عملکرد دارورسانی می شود[6]. نانوذرات مغناطیسی، مانند ذرات Fe3O4 ، رفتار سوپر پارامغناطیسی در دمای اتاق نشان می دهند و برای دارورسانی هدفمند مغناطیسی مناسب گزارش شده اند. ولی این ذرات تمایل به متراکم و کلوخه شدن دارند و برای سلول ها و بافت های سالم مسمومیت ایجاد می کنند. این موارد مشکلات استفاده از این نانوذارت در دارورسانی هدفمند می باشد. این مشکل را می توان با اینکپسوله کردن نانوذرات مغناطیسی درون شبکه هایی (مثلا شبکه های پلیمری) که در ساختار خود گروه های یونیزه کننده فراوان دارند حل کرد، البته باید خاصیت مغناطیسی کل مجموعه برای هدف اصلی حفظ شود، این شبکه ها باید زیست سازگار و زیست تخریب پذیر باشند[7]و[8]. باتوجه به موارد مطرح شده نوآوری های کار حاضر به این صورت است: - بررسی دارورسانی هدفمند استنشاقی در درمان سرطان ریه - بهبود دارورسانی هدفمند استنشاقی به ریه با بهینه کردن شرایط دارورسانی |
| اهداف اختصاصی | بهینه سازی دارورسانی استنشاقی در مدل چاپ شده سه بعدی ریه در حضور میدان مغناطیسی خارجی |
| چکیده انگلیسی طرح | چکیده انگلیسی طرح Mortality in lung cancer with highest percentage of cancers death indicates the inefficiency of therapeutic methods. Chemotherapy often is considered as a first-line treatment choice for advanced-stage lung cancer and is administered intravenously, where drug reaches the systemic circulation. However, its side effects are exacerbated and cause dissatisfaction among patients. Therefore, more adaptive therapies are required. Inhaled chemotherapy with targeted magnetic drug delivery to the lungs is one of the most compatible methods proposed in this field. But experimental researches in this field, due to some problems, are very limited. Considering the lung is a deep organ inside the body, for a desired magnetic drug delivery, it is important to find the effective and optimum external magnetic field. On the other hand, in vivo researches in this field (mostly on mouse models) have some other limitations due to the need for immediately lung removal after drug delivery, which is associated with a lot of errors. Due to this limitation, there is a need to use an alternative model for the animal model. In vivo investigation using a three-printed model of the lung is a good solution. After investigating and resolving the problems associated with lung cancer inhaled chemotherapy, it is necessary to optimize the targeted magnetic drug delivery conditions to increase the efficiency of this type of drug delivery. According to the mentioned challenges, the present study investigates magnetic targeted inhalation drug delivery to the lungs in the presence of an external magnetic field in both in vivo, using a 3D printed model of lung, and in vitro, on the A549 cell line (lung cancer cells). |
| کلمات کلیدی | سرطان ریه سلول غیر کوچک NSCLC: سرطان سلولهای غیرکوچک ریه بیش از 85 درصد این نوع از سرطان را شامل میشود ] 18 [و از نظر بافت شناسی به سه نوع کارسینومای سلولهای سنگفرشی ، آدنوکارسینوما و کارسینومای سلول بزرگ تقسیم میشود] 19 .] سرطان ریه سلول کوچکSCLC: سرطان سلولهای کوچک تقریبا به طور انحصاری در افراد سیگاری رخ میدهد و از سرطان سلولهای غیر کوچکتر، سریعتر گسترش مییابد. در سرطان سلولهای کوچک ریه سلول های سرطانی زیر میکروسکوپ به شکل جوی دوسر دیده میشوند و به همین دلیل به آنها سرطان جو شکل نیز گفته میشود، این نوع از سرطان ریه حدود 13 درصد از سرطانهای ریه را شامل میشود. SCLC یک بیماری منحصر بفرد است که از نظر گرایش برای متاستاز و حساسیت شدید به شروع شیمی درمانی از NSCLC متمایز میشود ] 17 [ و به طور کلی دو مرحله محدود و گسترده دارد. انتقال مستقیم عوامل دارویی فعال API: درمان دارویی بیماریهای ریوی معمولا با انتقال مستقیم عوامل دارویی فعال) API ( توسط دستگاههای استنشاقی صورت میگیرد. علیرغم پیشرفتها در انتقال آئروسل در ریه، سیستمهای مدیریت دارو هنوز به طور موثر قادر به انتقال دوز مناسب به نواحی بهینه تهنشینی در دستگاه تنفسی نیستند. بهینهسازی الگوی تهنشینی API در نواحی مناسب مسیرهای هوا باید کارایی درمان را افزایش و اثرات جانبی را کاهش دهد. این بهینهسازی میتواند به درمان بیماریهای محلی دستگاه تنفسی مانند سرطان ریه و عفونتهای محلی، با هدف قرار دادن مرکز عفونتهای باکتریایی یا گرههای تومور کمک کند] 28 .] دستگاه پودر خشک استنشاقی DPI , دستگاه اندازه گیری دوز استنشاقی MDI: انتقال API ها به دستگاه تنفسی با استفاده از DPIs ، MDIs و نبیولایزرها 1 قابل انجام است . در فرم جامد و در DPIs ، عاملهای دارویی معمولا بسیار پایدارتر از حالت مایع هستند. بنابراین با افزایش خاصیت مغناطیسی، انتقال هدفمند آئروسل به یک مکان مشخص درون ریه با استفاده از میکروذرات Trojan که حامل ذرات SPION هستند، امکانپذیر است. نانوذرات اکسیدآهن IONPs و نانوذرات اکسید آهن سوپرپارامغناطیسی SPION: در بین نانوذرات مغناطیسی مختلف، نانوذرات اکسیدآهن IONPs1 یا همان SPION 2 ، به دلیل حلالیت بالا، سمیت کم، پایداری شیمیایی، زیست سازگاری بالا و رفتار مغناطیسی توجه جامعه علمی را به خود جلب کرده است و در زمینه های مختلف از جمله زیست پزشکی، رادیولوژی، حسگرها، مواد آرایشی، تشخیص پاتوژنها، آنزیمها، کشف آنتی ژنها و واکسنها کاربرد دارد. |
| ذینفعان نتایج طرح | امروزه به دلایل مختلفی مثل آلودگی هوا، استعمال دخانیات و... بیماری هایی دستگاه تنفسی مثل آسم، سرطان ریه، بسیار رایج شده و آمار مرگ و میر بالایی دارند. پژوهش حاضر دارورسانی استنشاقی به ریه را با استفاده از مدل سه بعدی پرینت شده، انجام می دهد که در طی آن مجموعه دارو نانوذرات تحت میدان دقیقا به محل آسیب دیده هدایت و در آنجا متمرکز می شوند. شرایط دارورسانی هم در نهایت بهینه می شوند تا بهترین اثرپذیری را در درمان بیماری ایجاد شود. از دستاوردهای این پژوهش، در درمان تمامی بیماری هایی که دستگاه تنفسی را درگیر می کنند می توان استفاده کرد، طول دوره درمان، مقدار و تعدد مصرف دارو و نیز هزینه های درمان با این روش کاهش می یابد. بعلاوه با تایید نتایج مثبت در این مرحله، می توان این نوع از دارورسانی را با استفاده از نانوذرات و شرایط بهینه دارورسانی بدست آمده بروی مدل حیوانی و درنهایت در مرحله بالینی به اجرا درآورد. |
اطلاعات مجری و همکاران
| نام و نامخانوادگی | سمت در طرح |
|---|---|
| حامد همیشه کار | مجری اول (اصلی-هیات علمی) |
| موسی محمدپورفرد | همکار اصلی |
| ناهیده جعفری | همکار اصلی |
اطلاعات تفضیلی
| حوزه خبر | خبر |
|---|---|
| رسانه ها و مردم | عنوان خبر متن خبر |
| متخصصان و پژوهشگران | عنوان خبر افزایش میدان مغناطیسی منجر به رسانش بیشتر نانوذرات مغناطیسی بارگذاری شده با دوکسوروبیسین در مدل چاپ شده سه بعدی ریه گردیدمتن خبر هدف اصلی این طرح بررسی و استفاده از سیستمهای دارورسانی استنشاقی هدفمند مغناطیسی برای درمان سرطان ریه با استفاده از مدل چاپ سه بعدی ریه بود.در روشهای معمول درمان سرطان، داروها به بدن بیمار تزریق شده و از طریق جریان خون به سلولهای سرطانی میرسند، اما این روش باعث پخش دارو در تمام بدن و آسیب به بافتهای سالم میشود. در مقابل، سیستم دارورسانی مغناطیسی با استفاده از میدان مغناطیسی و ذرات مغناطیسی، دارو را دقیقاً به ناحیه هدف در بدن میرساند و عوارض جانبی کمتری دارد. نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده با آسپارتیک اسید از طریق همرسوبی تحت نیتروژن سنتز و با نانوذرات بدون پوشش مقایسه شدند دکسوروبیسین به عنوان داروی ضدسرطان بر روی نانوذرات بارگذاری شدبا بررسی نقش میدان مغناطیسی در دارورسانی استنشاقی مغناطیسی با استفاده از میکروذرات مغناطیسی اکسیدآهن در مدل چاپ شده سه بعدی ریه مشخص شد که با افزایش تعداد آهن رباهای دائمی افزایش شدت میدان مغناطیسی در سمت چپ ریه در مدل، میزان تجمع میکروذرات در ناحیه به صورت معنادار افزایش یافت.
برای بررسی بهتر دارورسانی به صورت مغناطیسی در مدل نیاز است که بتوان میدان های متغیر و کنترل شده ای را در اطراف ناحیه مد نظر ایجاد کرد. ساخت الکترومگنت پیشنهاد شد. |
| سیاستگذاران درمانی | عنوان خبر متن خبر |
| سیاستگذاران پژوهشی | عنوان خبر متن خبر |
| لینک (URL) مقاله انگلیسی مرتبط منتشر شده 1 |
