ساخت نانوکاتالیست چندکاره برای سنتز ترکیبات دارویی با خاصیت ضدسرطان

کرمان رصد - ایسنا / گروهی از پژوهشگران بین‌المللی از دانشگاه دامغان، دانشگاه کوژو، دانشگاه علوم و فناوری تایوان و دانشگاه علوم پزشکی ونژو موفق به طراحی و ساخت نانوکامپوزیت چندکاره‌ای شدند که می‌تواند مسیر توسعه داروهای نوین ضدسرطان، آنتی‌اکسیدان و آنتی‌باکتری را متحول کند.
این کاتالیست ترکیبی با نام Fe₃O₄@PmPDA@UiO-66-NH₂ با بهره‌گیری از نانوذرات مغناطیسی، پوشش‌های پلیمری و چارچوب‌های فلزی‌ـ‌آلی (MOF) ساخته شده و توانسته است در سنتز ترکیبات زیست‌فعال خانواده پیرازولوپیراپیریمیدین‌ها بازدهی بسیار بالا (90 تا 96 درصد) در مدت زمان کوتاه نشان دهد.
بازار
بررسی‌های زیستی حاکی از آن است که این ترکیبات، علاوه بر مهار رشد سلول‌های سرطانی کبد (HepG2)، اثرات جانبی ناچیزی بر سلول‌های سالم دارند. همچنین فعالیت آنتی‌اکسیدانی قوی (85 تا 98 درصد) و خاصیت ضدباکتریایی چشمگیر علیه گونه‌هایی مانند استافیلوکوک اورئوس و اشرشیاکلی از دیگر دستاوردهای این پژوهش است که می‌تواند در آینده راهگشای تولید داروها و مواد زیستی پیشرفته باشد.
امروزه یکی از چالش‌های بزرگ در علوم پزشکی و داروسازی، توسعه روش‌های نوین برای تولید ترکیبات زیست‌فعال است که بتوانند هم‌زمان چندین خاصیت درمانی داشته باشند. از یک‌سو، بیماری‌های سرطانی همچنان از مهم‌ترین معضلات سلامت جهانی هستند و نیاز به داروهای جدید و کم‌عارضه برای مقابله با آن‌ها بیش از پیش احساس می‌شود. از سوی دیگر، افزایش مقاومت باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌های رایج و تأثیر مخرب رادیکال‌های آزاد بر سلامت سلول‌ها، ضرورت یافتن ترکیباتی با خاصیت آنتی‌باکتریال و آنتی‌اکسیدانی را پررنگ‌تر کرده است. در چنین شرایطی، استفاده از نانومواد و چارچوب‌های فلزی‌ـ‌آلی (MOFs) به عنوان بسترهای نوین برای سنتز ترکیبات دارویی، افق تازه‌ای پیش روی پژوهشگران گشوده است.
در همین راستا، تیمی مشترک از پژوهشگران یک تیم تحقیقات بین‌المللی از ایران، تایوان و چین موفق به طراحی و ساخت یک نانوکامپوزیت چندکاره شدند که می‌تواند تحولی چشمگیر در تولید داروهای نوین ایجاد کند. کاتالیست Fe₃O₄@PmPDA@UiO-66-NH₂ از سه بخش اصلی شامل نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe₃O₄)، پلیمر پوششی پلی(meta-phenylenediamine) و چارچوب فلزی‌ـ‌آلی UiO-66-NH₂ ساخته شده است.
فرایند ساخت این نانوکاتالیست چندمرحله‌ای و دقیق بوده است. در گام نخست، نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe₃O₄) با روش هم‌رسوبی شیمیایی تهیه شدند؛ ذراتی که به دلیل خواص مغناطیسی خود امکان جداسازی و بازیافت آسان کاتالیست را فراهم می‌کنند. در گام دوم، چارچوب فلزی‌ـ‌آلی UiO-66-NH₂ از طریق روش هیدروترمال ساخته شد. این نوع MOF به‌دلیل پایداری بالا، ساختار متخلخل و حضور گروه‌های عاملی آمین، بستری مناسب برای واکنش‌های کاتالیزوری فراهم می‌آورد. در مرحله نهایی، با استفاده از پلیمر پلی (meta-phenylenediamine) پوششی، یک ساختار هیبریدی پایدار شکل گرفت که در آن نانوذرات و MOF به طور یکنواخت توزیع شدند.
ویژگی‌های ساختاری و شیمیایی نانوکامپوزیت Fe₃O₄@PmPDA@UiO-66-NH₂ با روش‌های گوناگونی همچون پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی فروسرخ (FTIR)، طیف‌سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)، آنالیز گرماوزنی (TGA) و مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM) به‌طور کامل بررسی شد. تصاویر FESEM نشان داد که قفسه‌های MOF به خوبی با لایه‌های پلیمری و نانوذرات پوشیده شده‌اند و این امر سطح کاتالیزوری فعال و یکنواختی ایجاد کرده است. نتایج TGA نیز پایداری حرارتی بالای این نانوکامپوزیت را تأیید کرد؛ عاملی که نقش کلیدی در حفظ عملکرد کاتالیستی در شرایط مختلف واکنشی دارد.
این نانوکامپوزیت در واکنش سه‌جزئی سنتز پیرازولوپیرانوپیریمیدین‌ها به کار گرفته شد؛ دسته‌ای از ترکیبات هتروسیکل زیست‌فعال که به دلیل خواص دارویی بالقوه، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. با استفاده از تنها 0.05 گرم از کاتالیست، واکنش‌ها در مدت زمان 15 تا 80 دقیقه تکمیل شدند و بازدهی چشمگیر بالاتر از 90 درصد حاصل شد. علاوه بر بازدهی بالا، مزیت مهم دیگر این روش، سادگی مراحل انجام واکنش، سهولت جداسازی کاتالیست و قابلیت استفاده مجدد از آن بود.
اما اهمیت این پژوهش صرفاً در سنتز کارآمد ترکیبات شیمیایی خلاصه نمی‌شود، بلکه ویژگی‌های زیستی ترکیبات به‌دست‌آمده نیز چشمگیر بوده است. آزمون‌های زیستی نشان دادند که این ترکیبات توانسته‌اند نرخ بقای سلول‌های سرطانی کبد (HepG2) را به‌طور معناداری کاهش دهند، در حالی‌که اثر منفی کمی بر سلول‌های فیبروبلاست سالم (NIH/3T3) داشتند. این موضوع نشان‌دهنده انتخاب‌گری مطلوب این ترکیبات در مهار سلول‌های سرطانی و کاهش عوارض جانبی بر بافت‌های سالم است؛ معیاری بسیار مهم برای توسعه داروهای ضدسرطان آینده.
علاوه بر خاصیت ضدسرطانی، این ترکیبات فعالیت آنتی‌اکسیدانی قدرتمندی نیز نشان دادند. نتایج آزمون‌ها میزان فعالیت آنتی‌اکسیدانی بین 85.3 تا 98.3 درصد را گزارش کرده است؛ رقمی که بیانگر توانایی بالای این ترکیبات در مقابله با رادیکال‌های آزاد و کاهش استرس اکسیداتیو است. این ویژگی به‌ویژه برای جلوگیری از بیماری‌های مزمن و التهابی اهمیت بالایی دارد.
در حوزه ضدباکتریایی نیز، ترکیبات سنتزشده نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آوردند. آزمایش‌های انجام‌شده به روش انتشار دیسک نشان داد که این ترکیبات در برابر استافیلوکوک اورئوس (یک باکتری گرم مثبت) منطقه بازداری به قطر 19 ± 2.0 میلی‌متر و در برابر اشرشیاکلی (یک باکتری گرم منفی) منطقه بازداری به قطر 10 ± 1.5 میلی‌متر ایجاد کرده‌اند. این نتایج اثربخشی قابل‌توجه ترکیبات را در مبارزه با عفونت‌های باکتریایی نشان می‌دهد.
پژوهشگران تأکید کرده‌اند که اگرچه این دستاورد در مقیاس آزمایشگاهی بسیار موفقیت‌آمیز بوده است، اما چالش‌هایی برای تجاری‌سازی و تولید در مقیاس صنعتی وجود دارد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به حفظ کارایی و یکنواختی کاتالیست در ابعاد بزرگ‌تر و نیاز به بررسی‌های بیشتر در زمینه پایداری طولانی‌مدت و عملکرد در شرایط واقعی اشاره کرد. همچنین، اگرچه آزمون‌های زیستی اولیه نتایج امیدوارکننده‌ای داشته‌اند، اما لازم است مطالعات تکمیلی در مدل‌های حیوانی و بالینی انجام شود تا مکانیزم اثر دقیق این ترکیبات روشن‌تر شود.
به نقل از ستاد نانو، این پژوهش با ترکیب نوآورانه نانوذرات مغناطیسی، پلیمرهای رسانا و چارچوب‌های فلزی‌ـ‌آلی، راه تازه‌ای را برای سنتز ترکیبات دارویی و توسعه مواد زیست‌فعال چندمنظوره گشوده است. دستاوردی که نه‌تنها به پیشرفت علم مواد و شیمی دارویی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند در آینده نزدیک الهام‌بخش طراحی داروها و درمان‌های نوین ضدسرطان، ضدباکتری و آنتی‌اکسیدان باشد.