نقش اندوسیتوز در بدن و کاربردهای آن در بیومتریال

اندوسیتوز، فرآیندی است که سلول با استفاده از آن مولکول‌ها و اشیاء دیگر را برای عبور از غشای سلولی بسیار بزرگ می‌کند. مکانیسم اساسی که سلول توسط آن اگزوسیتوز یا اندوسیتوز انجام می‌دهد، تقریباً یکسان است. هر دو از وزیکول‌ها برای حمل و نقل مولکولی استفاده می‌کنند. وزیکول‌ها کیسه‌های کوچک و محصور در غشایی هستند که به دور یک سلول حرکت می‌کنند. آن‌ها معمولاً برای ذخیره سازی و حمل و نقل استفاده می‌شوند و از آنجا که کاملاً توسط یک غشاء محصور شده‌اند می‌توانند در داخل خود ترکیب کاملاً متفاوتی از سلول داشته باشند. اَشکال اصلی آندوسیتوز عبارتند از پینوسیتوز و فاگوسیتوز.

به گزارش موپنا، اندوسیتوز فرآیندی فعال یا انرژی خواه است که در آن سلول مولکول‌ها با شکستن مولکول‌های حامل انرژی این کار را انجام می‌دهند. اهمیت اندوسیتوز در آن است که گاه مولکول‌های اندسیتوز شده بسیار مهم هستند ولی به دلایلی مانند بزرگی بیش از حد یا قطبی بودن نمی‌توانند به سادگی از غشای سلول عبور کنند. غشای اکثر سلول‌های بدن دائماً در حال پینوسیتوز هستند اما این کار در برخی سلول‌ها سریعتر است مثلاً در ماکروفاژها. پینوسیتوز تنها راه ورود اکثر مولکول‌های درشت به درون سلول هستند.

سیکل اندوسیتوز و اگزوسیتوز اینتگرین‌ها، کلید تنظیم‌گر اتصال سلول، مهاجرت و حفظ پلاریته سلولی است. چندین گزارش نشان داده است که اعضای خانواده rab داخل شدن اینتگرین‌ها و بازگشت به غشای سلول را تنظیم می‌کنند. برای مثال پروتئین Rab۴ در بازیابی اینتگرین‌های αvβ ۳ دخالت دارد به گونه‌ای که مهار این پروتئین، بازیابی اینتگرین را بلوکه کرده و می‌تواند منجر به مهار اتصال و حرکت سلولی شود.

عدم تنظیم عملکرد اینتگرین منجر به پاتوژنز سرطان می‌شود به گونه‌ای که باعث تکثیر و مقاومت سلول‌های سرطانی به آپپتوز می‌شوند که مهاجرت و تهاجم سلول‌های سرطانی را به دنبال دارد. Rab۵ و Rab۲۱ نیز اندوسیتوز و بازیابی اینتگرین‌های بتا را تنظیم می‌کنند. Rab۵ اندوسیتوز را از طریق حرکت وزیکول‌های اندوسیتوزی در امتداد میکروتوبول‌ها تنظیم می‌کند.

اندوسیتوز در دارو رسانی

نانو پزشکی به طور فزاینده‌ای به بخشی از تسلیحات پزشکی ما برای تشخیص و درمان بیماری تبدیل می‌شود. اصطلاح «نانو پزشکی» اغلب به استفاده از استراتژی‌های مختلف فناوری نانو برای کاربردهای پزشکی اشاره دارد. در این مفهوم به رسمیت شناخته شده است که ویژگی‌های نانوذرات خواص سودمند خاصی را ارائه می‌دهند و یکی از پرکاربردترین این خواص توانایی دستیابی به ورود سلول به طریق اندوسیتوز است. اندوسیتوز نقش مهمی در تشخیص دارد و این امکان را برای جذب انتخابی و برچسب زدن سلول‌ها توسط عوامل مختلف تصویربرداری پزشکی فراهم می‌کند (به عنوان مثال به عنوان ماده حاجب برای شناسایی ضایعات سرطانی توسط MRI).

با این حال این نقش حتی در درمان بیشتر است جایی که وسیله‌ای برای جذب فعال سلول‌های دارویی است. در برخی از برنامه‌ها، از اندوسیتوز برای بهبود داروسازی دارو با افزایش انتخاب استفاده می‌شود به عنوان مثال از طریق خواص ذره‌ای که باعث جذب سلول به سلول‌های فاگوسیتیک تحویل هدفمند از طریق اندوسیتوز با گیرنده یا روش‌های تولید داروئی می‌شود که برای جذب دارو به جذب سلولی و پردازش لیزوزومال نیاز دارند. افزایش گزینش هدف، منجر به بهبود قدرت و/یا کاهش سمیت می‌شود و در نتیجه باعث بهبود شاخص درمانی می‌شود.

در برنامه‌های دیگر، از اندوسیتوز برای فعال کردن اساساً فعالیت دارویی استفاده می‌شود. اندوسیتوز وسیله‌ای برای جذب سلولی برای ترکیباتی است که برای مکانیسم عمل آن‌ها نیاز به تحویل داخل سلول است اما در غیر این صورت نمی‌تواند سلول‌ها را با انتشار منفعل وارد بدن کند به عنوان مثال DNA، پلازمید، الیگونوکلئوتیدهای ضد حساس (ASOs)، RNAهای کوچک مداخله گر (siRNA)، و پروتئین‌های خاص و الیگوپپتیدها.

از بسیاری جهات، اندوسیتوز یک فرایند ایده آل برای تحویل نانو پزشکی است زیرا فرایندی طبیعی است که با استفاده از آن مواد و اطلاعات بین و درون سلول‌ها انجام می‌شود. جای تعجب نیست که از فرآیندهای غدد درون ریز غالباً در جهت اطلاع رسانی و راهنمایی در زمینه طراحی نانو پزشکی جدید استفاده می‌شود.

پارامترهای مؤثر بر Nanomedicine:

شیمی سطح

اندازه نانو ذره

شکل

توپولوژی سطح

شیمی سطح

صرفاً طبقه‌بندی داخلی سازی نانوذرات از نظر بار سطحی آن‌ها، نانوذرات خنثی و آنیونی به طور قابل ملاحظه‌ای نسبت به نمونه‌های کاتیونی درونی می‌شوند. در واقع، اولین مورد ضروری برای شیمی سطح مطلوب این است که نانوذرات در محیط بیولوژیکی پراکنده بمانند. این یک پارامتر مهم و غالباً نادیده گرفته شده است. چندین مطالعه آزمایشگاهی نشان داده‌اند که جذب سلولی به شدت تحت تأثیر چگونگی تجمع نانوذرات در محیط کشت سلولی است.

اندازه نانو ذره

بعضی از مکانیسم‌های ورود در مورد اندازه قابل قبول محموله بسیار خاص هستند در حالی که برخی دیگر کمتر، به عنوان مثال، فاگوسیتوز. گزارش‌های متعددی وجود دارد که فاگوسیتوز ذرات به اندازه نانومتر مانند ویروس‌ها را نشان می‌دهد.نانوذرات می‌توانند باعث تغییر شکل و حتی تهاجم کامل به عنوان یک نتیجه از تعامل فیزیکی با غشاهای لیپیدی شوند. تعامل جذاب ساده بین سطح منحنی نانوذرات و غشای سلولی تغییر شکل لازم را برای حرکت درگیر نانوذرات ایجاد می‌کند.

این فرآیند هم به نیروهای چسبندگی بین غشاها و نانوذرات بستگی دارد و هم به استحکام غشای غشایی، که در کنار هم یک شعاع بحرانی خاص برای نانوذرات داخلی دارند. این رویکرد می‌تواند از جمله فعل و انفعالات خاص‌تر با واسطه گیرنده تقویت شود. همه مدل‌ها در یک نتیجه گیری همگرا هستند که ذرات برای دستیابی به جذب سلولی مؤثر باید حداقل شعاع بین ۲۰ تا ۳۰ نانومتر داشته باشند. بازده جذب سلولی هم به اندازه و هم چگالی لیگاند نانوذرات بستگی دارد.

به قلم: فرزانه اعوانی؛ دانشجوی دکترای تخصصی مهندسی بافت- دانشگاه صنعتی امیرکبیر

منابع:

۱- Ensign¡ L. M.¡ Cone¡ R.¡ Hanes¡ J. ‟Oral Drug Delivery with Polymeric Nanoparticles: The Gastrointestinal Mucus Barriers”¡ Advanced Drug Delivery Reviews¡ Vol. ۶۴¡ pp. ۵۵۷-۵۷۰¡ (۲۰۱۲).

۲- Win¡ K. Y.¡ Feng¡ S. ‟Effects of Particle Size and Surface Coating on Cellular Uptake of Polymeric Nanoparticles for Oral Delivery of Anticancer Drugs”¡ Biomaterials¡ Vol. ۲۶¡ pp. ۲۷۱۳-۲۷۲۲¡ (۲۰۰۵) https: //fa.wikipedia.org

۳- Nel¡ A.E.¡ Mädler¡ L.¡ Velegol¡ D.¡ Xia¡ T.¡ Hoek¡ E.M.¡ Somasundaran¡ P.¡ Klaessig¡ F.¡ Castranova¡ V. and Thompson¡ M.¡ ۲۰۰۹. “Understanding biophysicochemical interactions at the nano–bio interface”. Nature materials¡ ۸ (۷) ¡ pp.۵۴۳-۵۵۷.