$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
الهلاميات النانوية عبارة عن هلاميات مائية ثلاثية الأبعاد بحجم ميكرون فرعي مع هياكل شبكة بوليمر متشابكة يمكنها الاحتفاظ بكميات كبيرة من السوائل داخل غلافها الأساسي دون التأثير على سلامتها المورفولوجية1. بشكل عام ، يتم تصنيع الهلاميات النانوية عن طريق بلمرة المونومرات الوظيفية عبر التشابك الفيزيائي أو الكيميائي في الأنظمة الغروية غير المتجانسة ، مثل المستحلبات الدقيقة العكسية للماء في الزيت2،3. يمكن أن تتجمع البوليمرات المشتركة البرمائية ذاتيا في هياكل نانوية في البيئات المائية. ومع ذلك ، يجب تثبيتها باستخدام استراتيجيات التشابك الكيميائية التي تتضمن ثاني كبريتيدات أو اقتران قائم على الأميد ، أو كيمياء النقر ، أو يمكن أن تكون مستحثة جسديا (استراتيجيات كارهة للماء أو إلكتروستاتيكية أو رابطة هيدروجينية) أو مستحثةبالضوء 4. من بين هذه الاستراتيجيات ، تم الإبلاغ عن التجميع الذاتي الفيزيائي للبوليمرات متبوعا بالتشابك الكيميائي كتقنية تصنيع نانوهلامناجحة 5. بينما تاريخيا ، تم تقديم أول نانو هلام في التسعينيات من قبل Vingradov et al.6 و Akiyoshi et al.7 و Lemieux et al.8 ، في الآونة الأخيرة ، تم تطوير واستكشاف مجموعة متنوعة من المواد الهلامية النانوية الذكية المكونة من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية لتطبيقات طبية حيويةمتنوعة 9.
تمتلك Nanogels قدرة واسعة على الاحتفاظ بالبضائع ، ومساحة سطح كبيرة ، واستقرار في الجسم الحي ، بالإضافة إلى خصائص كيميائية وميكانيكية قابلة للتخصيص10. تخليق الهلاميات النانوية قابل للتطوير أيضا ويمكن أن يكون قائما على الماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المحتوى المائي المعزز للهلاميات النانوية يجعلها ناقلات فعالة للحمولات البيولوجيةالحساسة 11. علاوة على ذلك ، يمكن أن تلبي مساحة السطح العالية احتياجات متعددة من الاقتران الحيوي ، مما يسمح بربط طرائق الاستهداف لتمكين الاستهداف النشط. والجدير بالذكر أن تعدد استخدامات تصميم الهلام النانوي يسمح باستخدام مجموعة واسعة من المونومرات المستجيبة للمنبهات التي تسمح بالتحكم الدقيق في خصائصها الفيزيائية والكيميائية9. تتيح هذه الهندسة الفريدة التحسين العقلاني لتصميم النانو هلام ، والذي يصعب تحقيقه باستخدام الجسيمات الشحمية أو المذيلات أو البوليميروسومات المستخدمة تقليديا12،13. من خلال دمج الشقوق المستجيبة للمنبهات داخل المونومرات المصممة خصيصا ، يمكن تصميم الهلاميات النانوية لتحفيز الإطلاق المتحكم فيه لحمولتها استجابة للعديد من المحفزات ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية ، مثل الأس الهيدروجيني ، وظروف الأكسدة والاختزال ، والإنزيمات ، وما إلى ذلك.9،14. تعتبر هذه الهلاميات النانوية الذكية أكثر فائدة من الهلاميات النانوية التقليدية ، لأنها تمتلك ثباتا فائقا لدورة الدم الممتدة ، ويمكنها تحمل الظروف الفسيولوجية للحفاظ على سلامة حمولتها والتوسط في إطلاقها المتحكم فيه في المواقع المستهدفةالمرغوبة 15. في الواقع ، نظرا لطبيعتها متعددة الاستخدامات ، اكتسبت المواد الهلامية النانوية زخما في الساحة الطبية الحيوية ، مع تقدم ملحوظ في تطوير الهلاميات النانوية المستجيبة للمنبهات للعديد من التطبيقات العلاجية والتشخيصية2،16،17.
يمكن أن تمثل البيولوجيا فئة من المنتجات الصيدلانية تتكون من البروتينات و / أو الببتيدات و / أو الأحماض النووية وقد أحدثت ثورة في المشهد العلاجي نظرا لانتقائيتها الرائعة ، وبالتالي أصبحت فئة العلاجات الأسرعنموا 18. في الواقع ، يتضح السوق المتنامي لمثل هذه العلاجات في الزيادة الحادة في الموافقة عليها من قبل جمعية الأدوية الفيدرالية الأمريكية (FDA) ، حيث مثلت الأدوية البيولوجية ~ 40٪ من إجمالي الموافقات على الأدوية ، في عام 202319. بالإضافة إلى خصوصيتها وفعاليتها ، أدت الاكتشافات السريعة لأهداف الأدوية الجديدة ، وعمليات الهندسة الحيوية الأكثر كفاءة ومعرفة أكبر بمصير هذه العلاجات في الجسم الحي إلى زيادة استخدامها20. تشمل البيولوجية التقليدية الحمض النووي الريبي المتداخل والبروتينات البديلة والسيتوكينات والهرمونات التي يتم إنشاؤها عادة باستخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف21. منذ الموافقة على الأنسولين المؤتلف البشري في عام 1982 ، تم تطوير الأدوية البيولوجية للعديد من الحالات بما في ذلك السرطان (على سبيل المثال ، trastuzumab ، avelumab) ، ومرض التهاب الأمعاء (على سبيل المثال ، adalimumab ، certolizumab) والأمراض الوراثية النادرة (على سبيل المثال ، mipomersan ، myozyme ، aldurazyme ، fabrazyme) 21. في حين أن الخصوصية العالية لتفاعلات الأدوية البيولوجية مع أهدافها يجب أن تعوض نظريا أي تأثيرات خارج الهدف ، فقد ظهرت العديد من المخاوف السريرية مع استخدامها فيما يتعلق بالآثار الجانبية غير المرغوبفيها 22. يمكن تجميع هذه الآثار الجانبية في فئتين ، بما في ذلك علم الأدوية المبالغ فيه (التحفيز المفرط للأهداف) والمناعة. علاوة على ذلك ، فإن نصف عمرها القصير ، والتوافر البيولوجي المحدود ، وتلف البروتياز ، وقصر العمر الافتراضي ، وعمليات الإنتاج المكلفة تحد من فوائدها العلاجية21. تتضمن الطرق التقليدية للتخفيف من هذه المشكلات التعديل التساهمي لهذه البيولوجيا التي يمكن أن تضر بوظيفتها ، وبالتالي الفعالية23. بدلا من ذلك ، يمكن أن يمنح نهج الطب النانوي لتغليف الحمولات العلاجية العديد من المزايا للخصائص الدوائية ، وأهمها الاستهداف السلبي للموقع الملتهب عبر تأثير النفاذية والاحتفاظ المحسن (EPR)24. يمكن أن تشمل الفوائد الأخرى المرتبطة بالجسيمات النانوية أوقات الدورة الدموية المحسنة ، وانخفاض معدل التصفية ، وزيادة مرونة الصياغة ، وتحسين نفاذية الأوعية الدموية والامتصاص الخلوي25. في حين أن مجموعة كبيرة ومتنوعة من تركيبات الجسيمات النانوية قيد التحقيق حاليا لتوصيل الحمولات البيولوجية ، إلا أن القليل منها يمكنه محاكاة الوظائف المتعددة للهلاميات النانوية. في الواقع ، تتجاوز المواد الهلامية النانوية قدرات التحميل التي تحققها الجسيمات النانوية القائمة على الدهون والمذيلات ، وتظهر استقرارا غرويا أكبر من معظم الجسيمات النانوية غير العضوية. على هذا النحو ، تقدم المواد الهلامية النانوية منصة قيمة لتقديم العلاجات البيولوجية المختلفة.
لقد نجحنا سابقا في تقديم إنزيم مضاد للأكسدة داخل المواد الهلامية النانوية البوليمرية المتشابكة المستجيبة للبروتين المعدني ، حيث حافظت استراتيجية التغليف الخفيفة المستخدمة على النشاط الحيوي للبروتين عند الإصدار26. في هذا العمل ، نوضح التوليف الأمثل للهلاميات النانوية المستجيبة للأكسدة والاختزال لإيصال الحمولات القائمة على البروتين. والجدير بالذكر أن المنهجية التركيبية تمكن من تخليق الهلام النانوي باستخدام ظروف معتدلة لتغليف الحمولة المطلوبة ، دون استخدام مذيبات عضوية قاسية أو درجات حرارة عالية. لقد استغلنا توازن الأكسدة والاختزال داخل البيئة داخل الخلايا لتنظيم إطلاق الحمولة المغلفة27،28. عادة ما يتحكم الجلوتاثيون المضاد للأكسدة الوفيرة بشكل طبيعي (GSH) في إمكانات الأكسدة والاختزال خارج الخلية وداخل الخلايا ، حيث يتراوح تركيزه بين 2-20 ميكرومتر و 1-10 ملي مولار ، على التوالي29،30. حتى الآن ، تم الإبلاغ عن العديد من الجسيمات النانوية الحساسة للأكسدة والاختزال ، مما يجعل هذه استراتيجية مجربة وموثوقة لتمكين الإطلاق الخاضع للرقابة من الأدوية في الجسم الحي27،28. في الواقع ، تم تركيب روابط ثاني كبريتيد داخل المواد النانوية البوليمرية باستخدام الروابط المتشابكة المحتوية على ثاني كبريتيد31،32 ، والتجميع الذاتي للبوليمرات القابلة للتحلل الحيوي من المونومرات المحتوية على ثاني كبريتيد33 ، والأدوية الأولية البوليمرية المستجيبة للأكسدة والاختزال أو مترافقات الدواء / البوليمر34،35. لذلك ، تبحث هذه الدراسة في دمج الوصلة المتشابكة لثاني كبريتيد فريدة وحساسة للغاية ل GSH داخل الجسيمات النانوية البوليمرية ، مما يتيح الإطلاق المتحكم فيه لحمولة البروتين المغلفة.
في هذه الدراسة ، تركز تصميم النانو هلام على المعايير التالية لمعالجة الخصوصية وتسليم الحمولة: الحجم الصغير (~ 100 نانومتر) وتوزيع الحجم المنتظم (مؤشر التشتت المتعدد (PI)<0.3) لضمان الاختراق الفعال للبطانة والاستقرار في الجسم الحي 27. تغليف فعال لحمولة البروتين ، والتحكم في إطلاق الحمولة استجابة ل GSH. أبلغنا عن تخليق الهلاميات النانوية المتشابكة المستجيبة ل GSH ، والتي أظهرت جسيمات نانوية متجانسة بحجم 100 نانومتر ، مع كفاءة تغليف 76٪ لحمولة البروتين المطلوبة.