ایمنی فناوری نانو در صنعت پزشکی زیستی

ایمنی فناوری نانو در صنعت پزشکی زیستی

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 14

1- مقدمه

مواجهه انسان با نانوذرات موضوع جدیدی نیست. نانوذرات هم به طور طبیعی و هم از طریق فعالیت‌های انسانی، از جمله از طریق دود سیگار، طوفان‌های پر گرد و غبار، آزبست، فوران‌های آتشفشانی و اگزوز خودرو پدید می‌آیند. همه این پدیده‌ها شامل طیف وسیعی از اندازه ذرات، از بسیار کوچک، با برخی از اثرات خوش خیم تا کاملاً سمی همراه می‌باشند. ویروس‌ها، پریون‌ها و به اصطلاح نانو باکتری‌ها نیز همگی در این محدوده اندازه هستند. آنچه که جدید و در رابطه با پزشکی است، تغییر در توزیع اندازه و خواص ذراتی است که در مقیاس نانومتر مهندسی شده‌اند و همچنین ترکیبات شیمیایی جدیدی که در برنامه‌های پزشکی زیستی ایجاد می‌گردند [۱-۴]. به عنوان مثال، آلودگی توسط ذرات کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر برای مسائلی با ایمپلنت‌های بیوپزشکی طولانی قبل از اینکه مواد به صورت مهندسی شده توسعه یابند، مانند ذرات، ترکیب می‌گردند و مقصر شناخته شده‌اند. اتصالات و سوپاپ‌های ساخته شده می‌توانند باقی مانده و به مرور زمان ایجاد التهاب کرده و در موارد وخیم منجر به قطع عضو گردند.

مطالعه اولیه بافت شناسی از بقایای ایمپلنت بیان می‌کند که بسیاری از اثرات سمی با توجه به طیف نسبتا باریکی از اندازه ذرات بودند. به نظر می‌رسد که ذرات فرسوده بزرگ‌تر ایزوله و یا خنثی می‌شوند، در حالی که ذرات بسیار کوچک‌تر ناپدید می‌شوند. بسیاری بر این باورند که بدن، آنها را حذف می‌کند اما این ذرات ممکن است به سادگی بگریزند. در اصل، تصور می‌شود که تنها ذرات با سایز متوسط با التهاب همراه باشند.

با این حال، مطالعات اخیر حاکی از آن است که استنشاق، بلع، و تزریق مواد، اثرات سمی و التهابی فراتر از انتظار برای توده‌های کوچک از خود نشان داده‌اند. مواد مهندسی شده، سطوح و سیستم‌های تحویل که در آنها ذرات در مقیاس نانومتر ادغام می‌شوند، موجب شده نگرانی‌های ایمنی برای بیماران و کارکنان، هم در زمینه تولید و هم در برنامه‌های کاربردی تشخیصی و درمانی افزایش یابد. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، استفاده گسترده از این مواد مهندسی شده، به ویژه آنهایی که شامل ذرات کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر هستند، جنبه‌های مختلفی همچون خطرات ناشی از مصرف از طریق ریه‌ها را ارائه می‌دهند که باید در نظر گرفته شود.

مواد با عناصر ساختاری کوچک‌تر از دانه معمول کریستال یا پلیمر، به احتمال زیاد توزیع اندازه ذرات را به رنج‌های بسیار کوچک‌تر تغییر می‌دهند. حتی اگر این مواد جدید در مقابل سایش مقاوم‌تر باشند، با کاهش بخش عمده مجموع بقایای تولید شده، سیل ذرات در محدوده بسیار ریز می‌توانند واکنش بافت سالم را مختل کرده و منجر به افزایش آلرژیک و التهابی گردند.

شکل ۱ مقایسه مقیاس نانو مواد، خاک، ذرات بسیار ریز و دوده دیزل و رسوب آن‌ها در ریه انسان به عنوان یک تابع از اندازه ذرات

دوم اینکه از نانو مواد انتظار می‌رود که ویژگی‌های بنیادین ساختارها را بهبود ببخشند، به همین خاطر بر روی آن‌ها تمرکز زیادی می‌شود. با این حال، تغییرات در خواص مواد نیز می‌تواند یا به طور مستقیم و یا از طریق واسطه‌ها، مانند گونه‌های اکسیژن فعال به افزایش سمیت ذرات منجر شود. در هر صورت، به نظر می‌رسد که فعالیت‌های بیولوژیکی اغلب وابسته به اندازه ذرات بوده و باید مورد بررسی قرار گیرند. یک مثال خوب، کربن به شکل نانولوله است. اکثر فرم‌های عمده کربن، از جمله گرافیت و سازه‌های پیرولیتی شیشه ای، به طور بیولوژیکی سازگار می‌باشند. در مقابل، نانولوله‌های کربنی در دوزهای بسیار بالا به علت واکنش در موش‌ها، شبیه به الیاف آزبست می‌باشند [۱]. پلی اتیلن با چگالی بالا نیز از منظر بیولوژیکی سازگار می‌باشد، اما تصور می‌شود که ذرات تخریب شده و فرسوده بسیاری از خرابی‌های ایمپلنت‌ها باشند.

یکی دیگر از جنبه‌های مهم نانوذرات در بافت زنده، تحرک آنها است. در خارج از بدن، آنها به مواد فیلتر کرده و محصولات و پارچه‌ها را اشباع می‌کنند. مطالعات اخیر حاکی از آن است که نانوذرات می‌توانند پس از استنشاق به خون برسند و همچنین در امتداد رشته‌های عصبی پوست به طور مستقیم به سیستم عصبی مرکزی وارد شوند. این موارد از جمله مثال‌های قابل توجه نفوذ از طریق بافت هستند که به طور معمول یک مانع یا سد در برابر مواد خارجی می‌باشند و در نهایت موجب بروز یک پاسخ التهابی موضعی و یا تاخیر در واکنش، مانند بیماری‌های قلبی و عروقی و یا خود ایمنی می‌شوند. آنها همچنین نگرانی در مورد خطرات احتمالی ناشی از مواجهه تصادفی کارگرانی که این مواد را حمل می‌کنند را نیز افزایش می‌دهند [۵].

از آنجا که نانوذرات نسبت سطح به جرم زیادی دارند، ارزیابی ریسک بر اساس غلظت ممکن است گمراه کننده باشد. نسبت مساحت سطحی آنها باعث می‌شود که برای انواع خاصی از سیستم‌های تحویل دارو قابل توجه باشند، اما آنها یک بار بالقوه بسیار ریز آلوده را در بدن برجای می‌گذارند، مگر اینکه زیست تجزیه پذیر باشند.

از دیگر کاربردهای زیست پزشکی فناوری نانو شامل تشخیص و تحلیل کمی می‌باشد. همچنین، تورهای غیر بیولوژیکی با ارائه یک ماتریس که در آن امکان بازسازی بافت را فراهم می‌کنند، از مزیت‌های نانومواد مهندسی شده است. فراتر از این کاربردهای پزشکی، بسیاری از محصولات مصرفی با ترکیب نانوذرات، مانند خمیر دندان، کرم ضد آفتاب، لوازم آرایشی و… در حال حاضر موجود می‌باشد. آیا این محصولات می‌توانند با ایمپلنت‌های بیوپزشکی یا درمان‌های دیگر تداخل ایجاد کنند؟

2- خطرات مشاهده شده در کاربردهای کنونی

1-2- ایمپلنت‌های لگن و زانو

ایمپلنت‌های پزشکی زیستی همواره با محدودیت‌هایی در دوام و پایداریشان دارند اداره می‌شوند. به عنوان جایگزین مفصل مکانیکی در بیماران جوان، نیاز به مواد با دوام تر، حیاتی تر شد. اغلب بدن انسان نسبت به این ایمپلنت‌ها واکنشی به صورت التهاب از خود نشان می‌دهد و علاوه بر این باعث ناراحتی، التهاب و در نهایت سست شدن ایمپلنت‌ها شده و منجر به برداشتن و یا حتی قطع عضو می‌گردد.

به طور گسترده امید می‌رفت با جفت شدن آلیاژهای فلزی سخت، مانند کبالت-کروم و تیتانیوم، با پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، به طور کامل سایش حل شود، اما تنها این مسئله را چند سال به تاخیر انداخت. لینک کردن متقابل ناشی از تشعشع، سختی پلیمر را بهبود می‌بخشد، اما هنوز هم یک مشکل غیر منتظره وجود دارد: ذرات سخت سرگردان در سطح پلیمر جاسازی شده و سپس به یک ابزار موثر برای لپینگ یا آب بندی تبدیل شدند، این در حالی بود که ساییدن سطح فلز نیز سبب تولید انبوه ذرات و گرد و غبار می‌شود. اتصال فلز روی فلز و اخیرا اتصالات سرامیک-بر روی-سرامیک به منظور جلوگیری از این اثر به کار گرفته شد اما فرسودگی و ورقه ورقه شدن دانه‌های کریستال هنوز هم موجب ایجاد بقایای سایش می‌شدند که برخی از آن‌ها در محدوده نانومتر بوده‌اند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی فناوری نانو در صنعت خودرو

⇐ مباحث قانونی و زیست محیطی در ایمنی فناوری نانو

⇐ ایمنی و اصول فناوری نانو