تاريخيًا، تم تطوير الغالبية العظمى من الأدوية بعناية حتى المستوى الذري. الموضع الدقيق لكل ذرة في جزيء الدواء أمر بالغ الأهمية لفعاليته وأمانه. على سبيل المثال، في الإيبوبروفين، يكون أحد الجزيئات فعالاً كمسكن للألم، بينما يكون انعكاس المرآة لنفس الجزيء غير نشط تمامًا.
يجادل العلماء في جامعة نورث وسترن ومعهد ماساتشوستس العام بريغهام الآن بأنه يجب استخدام هذا التحكم الدقيق في الهيكل، والذي ينطبق أيضًا على الأدوية التقليدية، لتطوير فئة جديدة من الأدوية النانوية الفعالة التي يمكنها علاج بعض أخطر الأمراض في العالم. في الأدوية النانوية الحالية مثل لقاحات mRNA، لا يوجد جسيم متطابق مع الآخر. لضمان أن جميع الأدوية النانوية في دفعة ما متسقة وفي أكثر أشكالها فعالية، يطور العلماء استراتيجيات جديدة لتكييف هياكلها بدقة.
بفضل هذا التحكم، يمكن للعلماء تحسين تفاعل الأدوية النانوية مع جسم الإنسان. تؤدي هذه التصميمات الجديدة إلى لقاحات فعالة أو حتى علاجات للسرطان والأمراض المعدية والأمراض التنكسية العصبية وأمراض المناعة الذاتية.
سيتم نشر المنظور في 25 أبريل (الجمعة) في مجلة Nature Reviews Bioengineering .
قال تشاد أ. ميركين من جامعة نورث وسترن، المؤلف المشارك للدراسة: "تاريخيًا، كانت معظم الأدوية جزيئات صغيرة". "في عصر الجزيئات الصغيرة، كان من الضروري التحكم في موضع كل ذرة وكل رابطة داخل هيكل معين. يمكن أن يؤدي عنصر في غير محله إلى جعل الدواء بأكمله غير فعال. الآن، نحتاج إلى نقل هذا التحكم الصارم إلى الطب النانوي. يمثل الطب النانوي الهيكلي تحولًا هائلاً في نهجنا لتطوير العلاج. من خلال التركيز على التفاصيل المعقدة لعلاجاتنا وتمثيل المكونات الطبية المختلفة داخل هيكل أكبر، يمكننا تطوير تدخلات تكون أكثر فعالية واستهدافًا، وفي النهاية أكثر فائدة للمرضى."
ميركين رائد في مجال الطب النانوي، ويشغل كرسي جورج بي راثمان للكيمياء والهندسة الكيميائية والبيولوجية وهندسة الطب الحيوي وعلوم وهندسة المواد والطب في جامعة نورث وويسترن، حيث يعمل في كلية وينبرغ للفنون والعلوم، وكلية مكورميك للهندسة، وكلية فينبرغ للطب. وهو أيضًا المدير المؤسس لـ المعهد الدولي للتكنولوجيا النانوية (IIN). شارك ميركين في تأليف هذه الورقة مع ميلان ميركسيتش، أستاذ كرسي هنري واد روجرز لهندسة الطب الحيوي في مكورميك، وأستاذ الكيمياء في وينبرغ، وأستاذ بيولوجيا الخلية والتطور في فينبرغ، و ناتالي أرتزي، رئيسة قسم الطب النانوي الهيكلي في معهد العلاج الجيني والخلايا في ماس جين بريغهام، وأستاذة طب مساعدة في كلية هارفارد الطبية، وعضو هيئة تدريس أساسي في معهد وايس للهندسة المستوحاة بيولوجيًا بجامعة هارفارد.
مشاكل في "نهج الخلاط" لتطوير اللقاحات
في الأساليب التقليدية لتطوير اللقاحات، يعتمد الباحثون عادةً على خلط المكونات المهمة. على سبيل المثال، تتكون علاجات السرطان المناعية النموذجية من جزيء واحد أو أكثر من خلايا الورم (تسمى المستضدات) مقترنة بجزيء (يسمى المساعد) يحفز جهاز المناعة. يقوم الأطباء بخلط المستضد والمساعد في كوكتيل ثم يحقنون هذا المزيج للمريض.
يطلق ميركين على هذا "نهج الخلاط" - حيث تكون المكونات غير منظمة تمامًا. في المقابل، يمكن استخدام الأدوية النانوية الهيكلية لتنظيم المستضدات والمساعدات. تظهر الأدوية النانوية الهيكلية فعالية أعلى وآثارًا جانبية أقل مقارنة بالأنواع غير الهيكلية. ومع ذلك، على عكس الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة، لا تزال هذه الأدوية النانوية غير دقيقة على المستوى الجزيئي.
قال ميركين: "لا يوجد دواءان في دفعة واحدة متماثلان". "اللقاحات النانوية لها كميات مختلفة من الدهون، وعروض مختلفة للدهون، وكميات مختلفة من الحمض النووي الريبوزي، وأحجام جسيمات مختلفة. هناك عدد لا حصر له من المتغيرات في تركيبات الطب النانوي. هذا التناقض يؤدي إلى عدم اليقين. لا توجد طريقة لمعرفة ما إذا كان لديك التركيبة الأكثر فعالية وأمانًا من بين الاحتمالات التي لا حصر لها."
من التجميع المشترك إلى الدقة الجزيئية
لحل هذه المشكلة، يدعو ميركين وميركسيتش وأرتزي إلى التحول إلى الطب النانوي الهيكلي الأكثر دقة. في هذا النهج، يقوم الباحثون ببناء طب نانوي من هياكل أساسية محددة كيميائيًا يمكن بناؤها بدقة باستخدام مكونات علاجية متعددة بترتيب مكاني محكم. من خلال التحكم في التصميم على المستوى الذري، يمكن للباحثين فتح إمكانيات غير مسبوقة، بما في ذلك دمج وظائف متعددة في دواء واحد، وتحسين الارتباط المستهدف، وإطلاق الدواء الموجه في خلايا معينة.
في الورقة البحثية، يذكر المؤلفون ثلاثة أمثلة للطب النانوي الهيكلي الرائد: الأحماض النووية الكروية (SNAs)، والكيمافلير (Chemoflare)، والجزيئات الضخمة (Megamolecules). تم اختراع SNAs بواسطة ميركين وهي شكل كروي من الحمض النووي يمكنه اختراق الخلايا بسهولة والارتباط بالجزيئات المستهدفة. SNAs أكثر فعالية من الحمض النووي الخطي بنفس التسلسل ولها إمكانات كبيرة في تنظيم الجينات، وتحرير الجينوم، وتوصيل الأدوية، وتطوير اللقاحات - وفي بعض الحالات، تمكنت حتى من علاج الأشكال القاتلة من سرطان الجلد في الاستخدام السريري.
الاعتمادات
تشاد أ. ميركين، جامعة نورث وسترن
قال ميركين: "لقد أثبتنا أن الهيكل العام للقاح أو العلاج القائم على SNAs - وليس فقط المكونات الكيميائية النشطة - يؤثر بشكل كبير على فعاليته". "يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى خيارات علاجية للعديد من أنواع السرطان المختلفة. في بعض الحالات، تمكنا من علاج المرضى الذين لم يكن من الممكن علاجهم بأي علاج آخر معروف."
الكيمافلير (Chemoflare)، التي طورها أرتزي وميركين، هي هياكل نانوية ذكية تطلق أدوية العلاج الكيميائي استجابة للإشارات ذات الصلة بالمرض في خلايا سرطان. الجزيئات الضخمة (Megamolecules)، التي اخترعها ميركسيتش، هي هياكل بروتينية مجمعة بدقة تحاكي الأجسام المضادة. يمكن للباحثين بناء كل هذه الأنواع من الأدوية النانوية الهيكلية لاحتواء مكونات علاجية متعددة أو أدوات تشخيصية.
„من خلال الاستفادة من الإشارات الخاصة بالأنسجة والخلايا المرتبطة بالمرض، يمكن لجيل الجيل القادم من الطب النانوي تحقيق إطلاق موضعي للغاية وفي الوقت المناسب للأدوية - وبالتالي تغيير الطريقة التي تعمل بها العلاجات ومكان عملها في الجسم“، قال أرتزي. „هذه الدقة مهمة بشكل خاص للعلاجات المركبة، حيث يمكن للإعطاء المنسق لأدوية متعددة أن يعزز بشكل كبير الفعالية العلاجية مع تقليل السمية الجهازية وتقليل الآثار الجانبية غير المرغوب فيها. تمثل هذه الأنظمة الذكية سريعة الاستجابة تقدمًا حاسمًا للتغلب على قيود إعطاء الأدوية التقليدية.“
