بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نانو ذرات طلا، نقره و مس به منظور بررسی اثرات آنها بر روی سلول های سرطانی در معرض میدان الکتریکی با استفاده از روش الکتروشیمی در محلول آبی در حضور کاتد چرخنده تهیه شده اند. نتایج TEM، PSA و UV/Vis حاکی از تشکیل ذرات در مقیاس نانو با پراکندگی مناسب است. نتایج شبیه سازی تزریق نانوذرات و قرار گرفتن آنها در غشای سلولی نشان می دهد که میدان الکتریکی در حضور نانوذرات فلزی تا 106برابر تقویت می شود. این موضوع هم در تشخیص سلول های سرطانی با استفاده از آشکارسازهای رامان و هم در درمان با استفاده از میدان DC پالسی یا AC کمک می کند تا با کمترین آسیب به سلول های سالم درمان و آشکارسازی انجام شود.
مقدمه
نانو ذرات به دلیل کاربردهای زیادی در پزشکی و صنعت اهمیت زیادی دارند. در مقوله پزشکی در مباحثی مانند تشخیص و درمان از نانوذرات استفاده می شود از کاربردهای این نانوذرات در پزشکی افزایش دقت تشخیص، حمل و رساندن دارو به محل سلول های سرطانی و کمک به درمان با استفاده از تقویت آثار میدان های الکتریکی و مغناطیسی خارجی مورد نیاز، می توان اشاره نمود.[1] یک روش موثر و جالب استفاده از میدان الکتریکی پالسی بوده که معروف به - ECT - می باشد. از ویژگی های این روش می توان به مناسب بودن این روش در خصوص درمان
سرطان های نزدیک به بافت های حیاتی اشاره نمود که استفاده از عمل جراحی یا رادیوتراپی می واند به بافت اصلی آسیب وارد کند. قرار گرفتن سلول های سرطانی در معرض میدان الکتریکی باعث ایجاد بار الکتریکی در غشای سلول شده و در نتیجه باری در غشای انتقالی ایجاد می شود. میدان های ضعیف الکتریکی، باعث القای ولتاژ گیتینگ در کانال های پروتوئینی غشای سلولی می شود. با افزایش میدان الکتریکی، ولتاژ القایی غشای سلولی در سلول های سرطانی به حدود 1 ولت می رسد. این ولتاژ باعث باز شدن زیاد غشای سلولی و خارج شدن مولکول های بزرگ از درون سلول های تومور خواهد شد.
مهمترین پارامترهای موثر میدان الکتریکی در این فرآیند، اندازه میدان و زمان تابش میدان به سلول است. از دیگر پارامترها می توان به شکل موج پالس الکتریکی، پلاریته، اندازه سلول های هدف و شرایط گرمایی در زمان ارسال پالس و پس از آن اشاره نمود.[2] اعمال میدان الکتریکی قوی به بدن علاوه بر تحریک و از بین بردن سلول های سرطانی باعث آسیب به سلول های سالم نیز می شود. حال فرض کنید در ناحیه سلول های سرطانی، نانوذرات فلزی مانند طلا، نقره یا مس وجود داشته باشد. وجود این نانوذرات فلزی در اطراف سلول ها، باعث ایجاد میدان های الکتریکی بسیار قوی و موضعی از مرتبه 106برابر میدان اعمالی شده که با توجه به کاهش آن با نسبت - 1/r4 - ، بیشترین تاثیر را بر سلول های مجاور گذاشته و بر سلول های اطراف و در همسایه دوم یا بعد از آن تاثیرات ناچیزی می گذارد. بایستی توجه شود که روش ترکیبی ECT به همراه نانوذرات فلزی یک روش جدید بوده که هنوز به مرحله تست حیوانی نرسیده است. لذا در این تحقیق ما ابتدا با ساخت نانو ذرات فلزی طلا، نقره و مس با استفاده از روش مناسب الکتروشیمیایی آبی با الکترود چرخان، و استفاده از پایدار ساز PVP مناسب جهت تزریق به بدن از یک طرف و استفاده از مدار معادل سلول به منظور شبیه سازی آثار وجود نانوذرات فلزی از سوی دیگر به بررسی اثرات این نانو ذرات در درمان و تشخیص سرطان با استفاده از میدان الکتریکی پالسی پرداخته ایم.
روش های آزمایشی:
محلول الکترولیت این آزمایش شامل AuNO3، AgNO3، CuNO3، KNO3، PVP و آب است. استفاده از PVP بعنوان یک پایدارساز مناسب مانع تراکم و بزرگ شدن ذرات و کاتد چرخنده با افزایش سرعت حرکت نانوذرات اطراف کاتد مانع تجمع آنها در این ناحیه میشود. بنابراین، نانوذرات با اندازه، شکل و پراکندگی مناسبتری سنتز میشوند. PVP نوعی پلیمر بوده که استفاده از آن در سنتز نانوذرات فلزی دو نقش مهم بازی میکند: اول اینکه با چسبیدن به یونهای فلزی مانع کلوخهای شدن و تراکم و بزرگ شدن ذرات میشود و دوم باعث افزایش سرعت تشکیل نانوذرات فلزی میشود. برای سنتز نانوذرات فلزی به روش الکتروشیمی سه الکترود که دوتا ثابت و یکی چرخنده بوده طراحی و ساخته شده است. الکترودهای کاتد و آند از جنس پلاتین و الکترود مرجع از جنس کالومل میباشند. کاتد چرخنده به یک موتور الکتریکی با قابلیت شمارش دور وصل شده است. مشخصات حمام الکترولیت و سایر پارامترها در جدول 1 ارائه
شده است.
تئوری و شبیه سازی:
نانوذرات طلا پس از عبور از دیوارهی سلولی در درون سیتوپلاسم قرار میگیرند. این مساله سبب میشود در اثر حضور این نانوذرات رسانندگی و گذردهی الکتریکی سیتوپلاسم تغییر کند. در نتیجه در اثر اعمال میدان، توزیع میدان الکتریکی درون سلول تغییر خواهد کرد. در اثر حجم بزرگتر سیتوپلاسم در سلولهای سرطانی با فرض چگالی حجمی ثابت نانوذرات، تعداد نانوذراتی که در سیتوپلاسم سلول های سرطانی قرار میگیرند بیشتر خواهند بود. به منظور محاسبهی این تغییر از روش محیط موثر - effective - medium ماکسول-گارنت - Maxwell-Garnett - استفاده میکنیم. اگر گذردهی مختلط محیط میزبان با و گذردهی مختلط ناخالصیها با نمایش داده شود، گذردهی موثر محیط کامپوزیت از رابطه - 1 - بدست می آید .[3] لازم به ذکر است که رابطهی بالا برای ناخالصی های کروی شکل با چگالی پایین نوشته میشود و برای سایر ناخالصیها از روابط مشابه استفاده میشود.
نتایج و بحث:
تصویرTEM نانوذرات طلا در شکل نشان داده شده و حاکی از تشکیل ذرات با ابعاد تقریبی70nm میباشند. در شکل 2 اثر چرخان بودن کاتد در ساخت نانوذرات با استفاده از نمودار UV/Vis نشان داده شده و در شکل 3 اثر افزودن PVP به حمام الکترولیت ارائه شده است. همچنین نتایج حاصل از محاسبات تئوری و شبیه سازی رفتار سلول ها در اثر تزریق نانوذرات فلزی بدست آمده ، در جداول و نمودارها، در ادامه ارائه شده است.
