تست عنوان
close
باشگاه نانو | آموزش | 3630
EN ورود به کارتابل افراد ثبت نام افراد ورود نهادهای ترویجی
3630

filereader.php?p1=main_ebfa478ae173cbff7

موضوع: نانوزیست فناوری و نانوپزشکی

فصل: تشخیص بیماری ها


بخش اول: تکنیک های تصویربرداری در تشخیص بیماری ها


بخش‌ اول: تکنیک های تصویربرداری در تشخیص بیماری ها


نویسندگان: علی انصاری، سیده معصومه قاسمی نژاد




مقدمه

امروزه فناوری نانو یکی از گزینه های مناسب برای بهبود کیفیت و دقت تصویربرداری های پزشکی است. از آن جمله می توان کاربرد انواعی از نانوذرات در بهبود وضوح تصاویر، استفاده ی کنترل شده از آنتی بادی ها در سیستم های نانومقیاس برای تشخیص مولکولی بیماری ها و... را نام برد. در این بخش به کلیات این مباحث خواهیم پرداخت.


1- تصویربرداری در پزشکی

روش های تصویربرداری که در پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند امکان تشخیص نسبتا دقیق بیماری ها را بدون نیاز به جراحی با مشاهده ی مستقیم بافت های بدن فراهم می کند. امروزه عملکرد بسیاری از روش های تصویربرداری با استفاده از فناوری نانو بهبود پیدا کرده است. یکی از جدیدترین پیشرفت ها در این زمینه، استفاده از نشانگرهای زیستی برای تشخیص بیماری است.


نشانگرهای زیستی:
نشانگر زیستی یا بیومارکر، مولکول یا یک بخش از مولکول است که به عنوان نشانه ای از وجود یک سلول یا وضعیت خاص در بدن مورد توجه قرار می گیرد. برای مثال اگر یک بیماری باعث افزایش مولکولی خاص در خون می‌شود، پس با اندازه گیری مقدار این مولکول در خون می توان به وجود یا عدم وجود آن بیماری پی برد.


هدف از تصویربرداری های پزشکی عمدتا تشخیص بیماری در هنگام شروع و یا قبل از رسیدن به مراحل پیشرفته ی بیماری است، زیرا در این صورت می توان بیماری را با موفقیت بیش تری درمان کرد، یعنی درمان بیمار سریع تر و بهتر با مشکلات و درد کم تر و هزینه های پایین تر صورت می پذیرد.
از دیگر اهداف تصویربرداری، بررسی میزان پیشرفت بیماری و میزان موثر بودن درمان است. برای مثال، می‌توان با تصویربرداری MRI تاثیر رویکردهای درمانی را بر اندازه تومور مورد بررسی قرار داد. به عبارت دیگر افزایش اندازه تومور در حین پروسه‌ی درمان نشان دهنده موثر نبودن شیوه درمانی است. از دیگر اهداف تصویربرداری پزشکی، کمک به تحقیقات در زمینه های دارورسانی مانند چگونگی رهایش دارو در بدن، دارورسانی هدفمند و ... است. در ادامه به بررسی مثال هایی از موارد مطرح شده خواهیم پرداخت.


1-1- تصویربرداری تشخیصی

فنونی مانند X-ray، CT scan، تصویربرداری هسته ای، تصویربرداری فراصوت (US) و MRI از روش های پیشرفته ی تشخیصی هستند که به مرور زمان، کیفیت و قدرت تفکیک آن ها بهبود یافته است (شکل 1). امروزه فناوری نانو نیز تاثیر بسزایی بر بهبود کیفیت این فنون دارد. ویژگی های فیزیکی-شیمیایی نانوذرات مانند اندازه ی ذرات، بار الکتریکی سطحی، پوشش سطحی ذرات و پایداری آنها از پارامترهای تعیین کننده در بهبود کیفیت این روش ها است. در ادامه به بررسی این عوامل خواهیم پرداخت.



filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820

شکل1- نمونه ی نتایج تکنیک های مختلف تصویربرداری


نانوذرات پرفلوروکربن نمونه های از نانوذرات مورد استفاده در تصویربرداری های هسته ای و MRI هستند که در تشخیص بسیاری از بیماری های مربوط به رگ های خونی کاربرد دارند. این نانوذرات ساختاری مشابه هیدروکربن ها دارند. با این تفاوت که در ساختار خود به جای هیدروژن دارای فلور هستند و در واقع تنها از کربن و فلور ساخته شده اند. از این نانوذرات به منظور ایجاد کنتراست مناسب برای بهبود کیفیت تصویر استفاده می‌شود. همچنین در تکنیک MRI از فولرین هایی که درون آنها مولکول های کوچک  (مولکول هایی که از نظر ابعاد فیزیکی امکان قرارگیری درون ساختار فولرین را داشته باشند) وجود دارد، استفاده شده است که این مولکول ها نیز وظیفه ی بهبود کنتراست تصویر را بر عهده دارند. همچنین از نانوذرات سیلیکونی نیز می‌توان در بهبود کیفیت تصویر MRI استفاده کرد.


کنتراست:
در تصویربرداری، کنتراست به معنای تفاوت شدت رنگ¬ها در تصویر است. در واقع در تصویربرداری های پزشکی برای تشخیص بیماری¬ها باید تفاوتی در شدت رنگ دو بخش مجاور هم در تصویر وجود داشته باشد تا قابل تشخیص و بررسی باشند که این همان مفهوم کنتراست تصویر است (شکل 2).

در واقع ایجاد کنتراست در تصاویر پزشکی بر اساس میزان عبور امواج از درون بافت های مختلف است. برای مثال میزان جذب پرتوی ایکس در رادیوگرافی پرتوی ایکس توسط استخوان بیش تر از بافت عضله است. بنابراین، بافت های مجاور بر اساس میزان جذب پرتوها در تصویر از یکدیگر تفکیک می شوند. اما مشکل اینجا است که برخی بافت های مجاور هم در بدن، میزان جذب مشابه و نزدیک به هم دارند و در حالت عادی در تصویر رادیوگرافی قابل تفکیک نیستند. بنابراین از موادی که مواد حاجب نامیده می شوند استفاده می شود (مثال‌هایی از آنها در بالا ذکر شد)، تا میزان جذب پرتوهای الکترومغناطیسی در بافت ها تغییر یافته و امکان تشخیص آن ها در تصاویر وجود داشته باشد.



filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

شکل2- کنتراست تصویر سمت راست بیش¬تر است


در تصویربرداری X-ray، برای تقویت کیفیت تصویر، باید مقدار زیادی اتم های سنگین را وارد بافت هدف کرده و سپس اقدام به تصویربرداری نماییم. با توجه به اینکه می دانیم این اتم ها باید به اندازه ی کافی سنگین، پایدار، کم هزینه، غیرسمی، بی خطر و با قدرت کافی باشند، پیشنهاد شما برای اتم ها یا ذرات مورد استفاده چیست؟ نانوذرات در مقایسه با ذرات بزرگ تر به دلیل چگالی اتم های سطحی بیشتر، در بهبود کیفیت تصویربرداری موثرتر هستند. البته مشکل اساسی این ذرات، پایداری کم آنها است و در صورتی که بخواهیم از نانوذرات پایدارتر مانند طلا و نقره استفاده کنیم، هزینه ی تصویربرداری بسیار بالا خواهد بود که مقرون به صرفه نیست. راه حل مناسب برای این مشکل استفاده از کپسول نانوذرات فلزی سنگین با پوسته‌ی طلا است تا تمام ویژگی های مطلوب را داشته باشد (شکل 3). با این روش حتی می توان آنتی‌بادی‌های خاص مولکول های مختلف را به سطح طلا متصل کرد تا آنتی ژن های مورد نظر به آنها متصل شده و با تشکیل تجمعی از آنتی ژن ها تصویر بهتری از هدف مورد نظر داشته باشیم. به عنوان مثال با تشکیل تجمعی از آنتی ژن های سرطانی، تصویربرداری از آن با کیفیت بهتری صورت می پذیرد. در واقع در تصویربرداری سرطان، ما به دنبال یافتن محل دقیق تومور سرطانی هستیم و بنابراین هرچه نانوذراتی که سبب بهبود وضوح تصویر می شوند، در محل تومور تجمع بیش تری داشته باشند، امکان ردیابی دقیق¬تر ضایعه در تصویربرداری وجود دارد. با این توضیح که سلول های سرطانی، مولکول های خاصی به نام آنتی‌ژن‌های سرطانی در سطح خود دارند و این مولکول ها در سطح سایر سلول ها وجود ندارند، می توان با استفاده از آنتی بادی هایی که فقط به آنتی ژن های سرطانی متصل می شوند، محل دقیق ضایعه را در تصویربرداری مشخص کرد.



filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2

شکل3- نمونه‌ای از تشکیل کپسول نانوذرات با پوشش طلا



بیشتر بدانید:
برای شناخت آنتی بادی و آنتی ژن، یک قفل و کلید را در نظر بگیرید. یک قفل خاص فقط یک کلید خاص را شناسایی می کند. می توان گفت آنتی بادی هم مانند قفل است که آنتی ژن (مشابه کلید) را شناسایی می‌کند. در واقع در بدن ما توسط برخی سلول های ایمنی به نام پلاسماسل، برای شناسایی مولکول های خاصی (که به آنها آنتی ژن گوییم) مولکول های آنتی بادی ساخته و ترشح می شوند. آنتی بادی ها از جنس پروتئین هستند و غالبا نقش ایمنی برای بدن دارند. آنتی‌ژن می تواند مولکولی در غشای باکتری یا سلول سرطانی یا هر مولکول دیگر باشد. موضوع اتصال یک نوع آنتی بادی به یک نوع آنتی ژن خاص سبب شده است که برای ردیابی یک نوع مولکول یا سلول در بدن از آنتی بادی خاص استفاده شود.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9

شکل4- شماتیک اتصال آنتی بادی (مولکول های Y شکل مشکی رنگ) به آنتی ژن های سطح سلول (مولکول های قرمز رنگ در سطح سلول)



نتیجه گیری

امروزه یکی از بخش های مهم علم پزشکی، بهبود تکنیک های تشخیص بیماری است که بتوان بیماری ها را با مشکلات و درد کم تر، هزینه های پایین تر و با دقت و حساسیت بیش تر و بدون نیاز به جراحی باز تشخیص داد و وارد مرحله ی درمان شد. از جمله تکنیک های مرسوم تصویربرداری تشخیصی می توان رادیوگرافی پرتوی ایکس، CT scan و MRI را نام برد که با پیشرفت روزافزون فناوری نانو، شاهد بهبود کیفیت و دقت این روش های تصویربرداری بوده ایم.






filereader.php?p1=main_bcd1b68617759b1df filereader.php?p1=main_fbaedde498cdead4f





منابع


- An Introduction to Nanoscience and Nanotechnology", Alain Nouailhat, published in London, 2008, ISBN 978-1-84821-007-3
- NANOTECHNOLOGIES, Principles, Applications, Implications and Hands-on Activities", Directorate-General for Research and InnovationIndustrial technologies (NMP), 2013, ISBN 978-92-79-21437-0