مقاله طراحی و فورمولاسیون پروتئین بر اساس NPDDS

بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله به اهمیت پروتئین ها و بیشتر از آن به اهمیت نانوذرات پروتئین ها که کاربردهای فرآوانی در دارورسانی - رسانش دارو - و علم پزشکی دارند، پرداخته شده است. پروتئین هایی که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند منشأ حیوانی یا گیاهی دارند. از جمله پروتئین هایی که در این مقاله به معرفی آنهامی پردازیم ژلاتین است که به صورت قابل توجهی در صنعت هم استفاده می شود. به طور کلی می توان گفت که علم نانو مخصوصاً در مورد پروتئینها، یک تحولی گسترده در علم پزشکی و داروسازی ایجاد کرده است که به صورت مختصری در این مقاله به آن پرداخته شده است.

-1 معرفی

پروتئینها یک کلاس همه کاره از پلی مرهای زیستی هستند که خواص عملکردی آنها براساس ترکیببندی آمینواسید آنها دیکته میشود. تجزیهی بیولوژیکی پروتئین به آمینواسیدهای ساده باعث میشود که آنها به پلی مرهای جذب کننده تبدیل شوند که این نوع پلی مرها در برنامههای کاربردی دارورسانی کاربرد دارند . در نتیجه، پلی مرهای پروتئینی به طور گستردهای برای نانوهای مختلف مورد بررسی قرار میگیرد، که این امر باعث توانمند شدن سیستمهای دارورسانی میشود.

در حقیقت، اولین اساس پروتئین که در حال حاضر در بازار کاربرد زیادی دارد سیستم نانوذرات است. آلبومینِ محدود نانوذرات پاکلیتاکسل - Abraxane - در سال 2005 توسط سازمان غذا و تجویز داروی آمریکا - FDA - مورد تایید قرار گرفت. در اصل ، سیستمهای نانو در دارورسانی در محدودهی سایزی 100 nm تا 1000 nm آماده میشوند برای پروتئینها استفاده شده است و کار کمی انجام شده است با پروتئینهای فیبری. پروتئینهای حیوانی ریسک خطر ابتلا به عفونت از آلودگی به وسیلهی پاتوژن از بافت حیوانی را با خود حمل میکنند.

با این حال پروتئینهای حیوانی، مانند ژلاتین به دلیل پایداری حرارتی آنها میتوانند به آسانی استریلیزه شوند. در تضاد، پروتئینهای گیاهی عاری از این موضوع هستند، و به صورت جهانی پذیرفته شدهاند، که بیشتر میتوانند به وسیلهی افرادی مصرف شوند که به دلایل شخصی یا مذهبی از پروتئینهای حیوانی استفاده نمیکنند. این بخش بحث میکند دربارهی خواص پروتئینهای حیوانی یا گیاهی که با تاکید بر عوامل آمادهسازی نانوذرات، متودها - موارد و روشها - برای آماده کردن نانو ذرات پروتئین و تعامل بیولوژیکی پروتئین که براساس نانوذرات است و کاربرد آنها در دارورسانی انتخاب شدهاند.

استفادهی طبیعی یا پلی مرهای ترکیبی و یا به عنوان لیپیدها. دارو در داخل سیستمهای نانو محصور شده است - نانوکپسول یا نانوسفرها - یا در ماتریکس نانوسیستم به دام افتاده است - نانوذرات - متناوباً ، دیگر عوامل مورد نظر - علاقه - برروی سطح نانوسیستم جذب میشوند، کمپلکس میشوند - تجمع - یا مزدوج میشوند. پروتئینها مزایای بیشتری را نسبت به پلی مرهای مصنوعی ارائه میدهند.

برخلاف پلیمرهای مصنوعی که معمولاً نوعِ تکی گروههای عامل را دارا هستند، پروتئین گروههای عامل متعددی را دارند - NH2, -cooH , SH - برای تغییرات کووالانسی یا غیرکووالانسی در نانوسیستمها. یک مزیت متمایز پروتئینها، علاوه بر این، آنها قابلیت تجزیهی زیستی و شکستن و تبدیل شدن به نانوتوکسیکها را توسط محصولات، دارا هستند. پلی مرهای پروتئین از حیوانات یا گیاهان بدست میآید و از این رو، آنها مونومرها یا آغاز گرانی هستند که در پلی مرهای مصنوعی یافت میشوند.

با این حال، کنترل کردن ترکیب و خلوص بیوپلیمرهای پروتئین سخت است. مشابهاً، این مهم است که از پروتئین در برابر تخریب زودرس پروتئولیتیک در بدن محافظت شود. اگر چه بیشتر پروتئینها اساساً امن هستند، از جمله پروتئینهای غیراتولوگ که میتوانند ایمن باشند. DNA نوترکیب - rDNA - یا ترکیبی از پلیمرهای مصنوعی و پلیمرهای پروتئین برای رسیدن به این محدوده از پلیمرهای پروتئین - که ایمن هستند - مورد استفاده قرار میگیرن د. پروتئینها میتوانند براساس منبع آنها و یا ویژگیهای ساختاری آنها به انواع مختلفی طبقهبندی شوند.

پلی مرهای طبیعی پروتئین که از منابع حیوانات و گیاهان به دست آمده است. خواص پلیمرهای مختلف پروتئین که در فرآیند دارورسانی استفاده شده است در جدول شماره ی 1 لیست شده است. اکثر مقالات منتشر شده در مورد نانو ذرات پروتئین، در پروتئینهای حیوانی است مانند ژلاتین و آلبومین. از سوی دیگر، محدوده ای از گزارشات براساس نانوذرات پروتئینهای گیاهی است. به طور مشابه، از بیشتر پروتئینها، در موارد نانوذرات کروی یکی از پروتئینهای حیوانی است که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته شده و با هیدرولیز کردن کلاژن به دست میآید.

ژلاتین به دست میآید با گرمای القا شده آلکالین - قلیایی - نوع - type B - B یا اسیدی که همان نوع A ژلاتین است - type A - ، هیدرولیز کلاژن از حیوان - گاو یا بز - بدست آمده از پوست، استخوانها و تاندونها. ژلاتینها توسط دو فرآیند به دست میآیند، با تفاوت در نقطهی ایزوالکتریک - PI - ، - وزن ملکولی - ، ترکیبات آمینواسید و ویسکوزیتهی آنها. برای مثال نوع A ژلاتین، 7 PI تا 9 دارد، در حالیکه نوع B ژلاتین PI، 4 تا 5 را دارد. ژلاتین - gelatin - یک ایمونوژن ضعیف استو اساساً به صورت ایمن در نظر گرفته میشود .

- GRAS - موارد جانبی تایید شدهاند توسط USFDA برای استفاده در فرآوردههای دارویی. کپسولهای ژلاتین به صورت دوز خوراکی رایج است. جدا از کاربردهای زیست پزشکی آن، ژلاتین همچنین بطور گستردهای در صنعت غذا به عنوان تثبیت کننده و مواد پوششی محافظ استفاده شده است. ژلاتین در آب گرم، گلیسیرین، اسیدها، اسیدهای قوی و قلیاها - بازها - محلول است.

آن - ژلاتین - عملاً محلول است در استون، کلروفوم، اتانول، اتر و متانول. دو یا سه مورد از ژلاتین وجود دارد که تشکیل شده است از 4 هیدروکسی لیسین و هیدروکسی پرولاین، گلیسین، آلانین و پرولاین و در حالیکه مقدار کمی هم متیونین و تیروسین و هیستیدن وجود دارد. ژلاتین دارای گروههایی است که توانایی یونیزه شدن را دارا هستند مانند: کربوکیسل، فنول، آمینو، آمینو، گوانیدین و گروههای ایمیدازول که اینها مکانهای بالقوهای برای صرف یا اصلاح شیمیایی هستند.

ژلاتین شامل چهار بخش ملکولی است که عبارتند از: - I - زنجیره ، - 80-125kDa - ، - II - زنجیر     - 125-130 KDa - ، متشکل از دایمرهای تروپوکلاژن، - III - زنجیر    و آنهایی که صاف کنندههای تریپوکلاژن هستند - 230-340KDa - و - IV - بخش دلتا، آنهایی که تترامر هستند با درجهی بالایی از ارتباط متقابل - کراس لینک - . توزیع بار در ژلاتین بستگی به فرکانس گروههای جانبی و ثابت تفکیک آنها دارد. ارزش PH محلول، خواص فیزیکی ژلاتین را تحت تاثیر قرار میدهد.

ژلاتین میتواند توسط پیوند کووالانس کراس لینک - ارتباط متقابل - با استفاده از هالیدهای اسیدی، انیدریدها، آزیریدینها، اپوکسیدها، پلی ایزوسیاناتها، آلدیئدها، کتونها، متانوسولفوناتهای جانوری، و کاربودیسیدها، در برابر تخریب آنزیمی مقاومت ایجاد کند . کراس لینک - ارتباط متقابل - غیر کووالانسی میتواند از طریق الکترووالنت و فعل و انفعالات هماهنگ شده به دست بیاید.

گروههای عاملی مانند آمینو، کربوکسیل و هیدروکسیل زنجیره جانبی، در حال حاضر در ژلاتین وجود دارد. برای شکلگیری سایتهای جاذب برای صرف شیمیایی با عوامل درمانی، لیگاندهای هدف یا پلی اتیلن گلیکول . - PEG - خواص عملکردی مختلف ژلاتین را دما و PH تحت تاثیر قرار میدهند. حداقل تخریب هیدرولیتیک ژلاتین در PH خنثی است و بالاترین درجهی آن در PH اسیدی است.

آلبومین

آلبومین از منابع مختلفی به دست میآید: شامل سفیدهی تخم مرغ - اوالبومین - ، آلبومین سرم گاوی - BSA - و آلبومین سرم انسانی . - HAS - آلبومین فراوانترین پروتئین پلاسمای موجود - 35-5mg/mol - است که نیمه عمر آن 19 روز میباشد. آلبومین  آندوژن - درونزا - در جلوگیری از فشار اسمزی، اتصال و حمل و نقل مواد مغذی به درون سلول نقش ایفا میکند. بیشتر داروها و مواد آندوژنی - درون زا - که شناخته شدهاند به آلبومین اتصال پیدا میکنند و آلبومین به عنوان انبار و حمل و نقل کننده پروتئین شناخته میشود.

آلبومین انسانی وزن ملکولی تقریبی 66KDa را دارد و همچنین زنجیره پلیپپتید تکی که شامل 585 آمینواسید را دارا است. آلبومین انسانی یک ساختار دومی مارپیچ دارد که در حدود 53 درصد است که به آن مارپیچ - helix - میگویند. احتمال میرود که %45 باقی مانده به صورت ساختارهای چرخشی یا چرخشی باشد. آلبومین به صورت آزادانه در محلول رقیق آب و نمک به صورت محلول وجود دارد.

قابلیت بیشتر حل آلبومین - بالای - w/v40% در 7,4 ph باعث میشود که تبدیل شود به یک حامل جاذب که قادر به انطباق با طیف گستردهای از مواد دارویی است. PH فیزیولوژیکی آن، بار خالص 17 mv را با خود حمل میکند. آلبومین در PH، 4 تا 9 به صورت پایدار است و در دمای بالای 10 60 C ساعت میتواند بدون هیچ تاثیرات زیانآوری گرم شود. آلبومین عاری از سمیت و ایمنی است. HSA توسط کسری از پلاسمای انسانی به وجود میآید و یک آلودگی با پاتوژنهای خونی - مهرهداران را - با خود حمل میکند. HSA نوترکیب با استفاده از باکتریها و مخمرها تولید میشود.

پروتئینهای شیر

دو تا از پروتئینهای شیر که مورد بررسی قرار گرفتهاند و از آنها در کاربردهای دارورسانی استفاده میشود، - لاکتوگلوبولین و کازئین است. پروتئین - آب پنیر - از گاو، تشکیل شده از %3 - BLG - و دارای وزن ملکولی 180KDa است. این پروتئین شامل دو سهم دی سولفید و یک گروه آزاد تیول، که توانایی ثبات غیر معمول در PH پایین را به آن می دهد - در زیر. - 2 PH توانایی حفظ ساختار اصلی خود و ترکیب پایدار در PH اسیدی، باعث میشود که در مقابل تجزیهی - هضم - پیتیکی و کیموتریپتیک مقاوم باشد.

BLG دارای ویژگی ژل مانند است که در کاربردهای دارورسانی میتواند مفید باشد. به دلیل فرآوانی آن و قیمت پایین، BLG یک پلیمر امیدوار کننده برای کاربردهای دارورسانی است . - 2 - یکی دیگر از پلیمرهای بالقوه شیر برای کاربردهای دارورسانی کازئین است که به صورت میسل در سایز 100nm تا 200nm یافت میشود. آن کازئین یک سیستم حامل در شیر است که کلسیم فسفات و آمینو اسیدها را از مادر به فرزند منتقل میکند.

میسل کازئین اجزای سازندهی کوچکی از 10 تا 100 ملکول کازئین - زیر میسل - را شامل میشود. آنها از 4 فسفو پروتئین تشکیل شدهاند - جدول - 1 میسلهای کازئین کنار هم نگه داشته میشوند به وسیلهی تعامل آبگریزی و از طریق یک نانو خوشه کلسیم فسفات در هسته. سطح آن پوشیده شده است توسط k casin و در نتیجهی آن یک سطح آبدوست ایجاد میشود که میسل کازئین را به وسیلهی الکترواستاتیک و دافعهی فضایی تثبیت میکند.