نانوپزشکی در درمان سوختگی
نانوپزشکی در درمان سوختگی : براساس آخرین گزارش سازمان بهداشت جهانی، هر ساله۲۶۵ هزار نفر جان خود را به علت ضایعات سوختگی از دست می‌دهند. طیف وسیعی از مرگ و میر ناشی از زخم سوختگی، در کشورهای کم درآمد به وقوع می‌پیوندد. بیشترین مرگ و میر به علت اختلال عملکرد پوست در ممانعت از ورود میکروب‌ها و عملکرد ناقص عروق در ضایعات سوختگی و اختلال در سیستم ایمنی در مهار عفونت ناشی از زخم سوختگی گسترده اتفاق می‌افتد. به صورت کلی آنتی‌بیوتیک‌های موضعی و پانسمان جهت مهار عفونت‌های سوختگی در درمان زخم سوختگی استفاده می‌شوند. امکان تولید طیف وسیعی از نانوساختارهای طراحی شده مولکولی (NS) (Nano Structure) به وسیله فناوری نانو فراهم شده است و امکان بکارگیری آنها در درمان و تشخیص ضایعات سوختگی وجود دارد. این نانوساختارها را می‌توان به صورت نانوساختارهای آلی و غیرآلی (مانند نانوذرات پلیمری (NPs) و نانوذرات نقره) طبقه بندی نمود. بسیاری از این نانوساختارها برای فعالیت‌های چند منظوره طراحی شده‌اند. دستاوردهای علوم نوین جهت بهبود روش‌های درمانی شامل رویکردهای بیولوژیکی (مولکول‌های ضد میکروبی بر پایه سیستم ایمنی، میکروارگانیسم‌های درمانی، عوامل ضد میکروبی و غیره)، عکسبرداری و اولتراسوند جهت پایش درمان ضد میکروبی و همچنین روش‌های بهبود زخم بر اساس فناوری نانو به عنوان تحولی شگرف در روش‌های درمانی زخم سوختگی محسوب می‌شود. طراحی نانوساختارها جهت ایجاد داربست، پوشش و انتقال فاکتورهای رشد به پوست سوخته از جمله شاخص‌ترین کاربردهای نانوساختارهای آلی و غیرآلی در درمان زخم سوختگی به شمار می‌رود. در مقاله مروری حاضر، خلاصه‌ای از فیزیولوژی پوست، زخم، بیماری‌زایی زخم‌های سوختگی، مدل‌های حیوانی عفونت ناشی از زخم سوختگی و دستاوردهای حاصل برای بهبود روش‌های درمانی ارایه خواهد شد.
۱٫ مقدمه
سوختگی به طور کلی به زخم‌های پوستی ناشی از قرار گرفتن در معرض حرارت / گرما (مانند آتش، مایعات داغ، جامدات یا گازها)، برق، مواد شیمیایی (به عنوان مثال باز‌های قوی یا اسیدهای قوی) و اشعه (نور یونیزه، اشعه‌هایی مانند اشعه ایکس، نور ماورا بنفش، مایکروویو و غیره) گفته می‌شود. هدف نهایی درمان سوختگی جلوگیری از عفونت و درمان زخم است و عوامل القایی باعث تسریع در درمان می‌شوند. طبق آخرین گزارش سازمان بهداشت جهانی سالانه حدود ۲۶۵هزار مرگ و میر، به علت زخم‌های شدید سوختگی رخ می‌دهد؛ این تلفات به خصوص در کشورهای کم درآمد و به ویژه در منطقه جنوب شرقی آسیا بیشتر مشاهده شده است. تنها در هند، هر ساله بیش از یک میلیون نفر با سوختگی متوسط یا شدید مواجه می‌شوند. بیشتر از ۸۸درصد از این سوختگی‌ها به علت آتش سوزی یا تماس با مایعات داغ یا جوش ایجاد می‌شوند. در سوختگی شدید نسبت قابل توجهی از سطح بدن بیمار تحت تاثیر عامل سوختگی قرار می‌گیرد و کاهش مرگ و میر مستلزم مراقبت فوری اورژانس و مهارت بالای کادر درمانی اورژانس است. بعد از اقدامات اورژانسی، اغلب نیاز به توانبخشی طولانی مدت جهت بهبودی و جلوگیری از بروز زخم‌های فلج کننده و سایر بیماری‌ها وجود دارد. سطح پوست نقش مهمی در حفظ هوموستازی مایعات بدن و تنظیم دمای بدن دارد. به عنوان یک مانع در برابر دنیای بیرون (بخصوص میکروارگانیسم‌های بیماریزا) عمل می‌کند و بسیاری از فرآیندهای متابولیک را تنظیم می‌کند. پوست همچنین بزرگ‌ترین و فعال‌ترین عضو ایمنی بدن است. آسیب‌های حرارتی یک فرآیند پیچیده است که برای جلوگیری از عفونت سوختگی نیازمند روش‌های پیشگیری موثر ضد میکروبی است و اگر عفونت اتفاق افتاده است (همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد)، با استراتژی‌هایی برای تحریک بهبود زخم و جلوگیری از گسترش زخم پروسه و طرح درمان اتخاذ می‌شود. اقدامات ضروری درمانی در مورد بیماران سوختگی شامل احیای مایعات، مراقبت‌های تنفسی و ریه، حمایت تغذیه‌ای و همچنین کنترل ضد میکروبی است. درصد زنده ماندن قربانیان سوختگی ارتباط مستقیم با اقدامات درمانی خصوصا درمان‌های موضعی دارد. پیشرفت‌های قابل توجهی در سیستم‌های پانسمان زخم و بکارگیری عوامل ضد میکروبی جدید به دست آمده است و با این وجود، مطالعات تحقیقاتی برای تسریع روند بهبود زخم و افزایش اثربخشی آن ادامه دارد.
برای تقویت فعالیت ضدمیکروبی طیف گسترده‌ای از اقدامات شامل بهینه‌سازی عوامل درمانی موضعی، تسهیل فرآیند ضد عفونی در محل زخم، تسریع روند بهبود زخم، عوامل افزاینده مکانیزم بازسازی بافت انجام می‌شود. برخی از درمان‌های معمول بر اساس بکارگیری مواد ضد میکروبی نظیر ترکیب برخی از آنتی‌بیوتیک‌های موضعی ازجمله Povidone-Iodine، نقره-سولفادیازین، کلرهگزیدین، Mafenide Acetate انجام می‌شود. راهکارهای جدید مورد مطالعه، شامل مولکول‌های ضد میکروبی مبتنی بر ایمنی (پلی پپتیدها مانند دفنسین‌ها) و میکروارگانیسم‌های درمانی (پروبیوتیک‌ها و باکتری‌ها) هستند. علاوه بر این، اخیرا نتایج قابل توجهی برای طیف وسیعی از درمان‌های نوری با استفاده از NIR، نور مرئی (آبی یا سبز) گزارش شده است. علاوه بر این، برخی از رویکردهای نوآورانه مانند استفاده از سلول‌های بنیادی و سایر انواع سلول‌درمانی نتایج بسیار مثبتی را در بهبودی زخم از خود نشان داده‌اند. در سال‌های اخیر، علی‌رغم پیشرفت قابل ملاحظه روش‌های نوین درمان زخم سوختگی، همچنان درمان در برابر عفونت‌های سوختگی با چالش‌های جدیدی روبه رو است. در این راستا، نانوساختارها (NSs) به عنوان ناقل‌هایی پیشرفته برای سلول درمانی، فاکتورهای رشد، عوامل ژن درمانی، مواد ضد میکروبی پیشرفته و عوامل مؤثر بر بهبود زخم بهینه شده‌اند. علاوه بر این، در طی مطالعات اخیر دسته بسیار جدیدی از نانوناقل‌ها با عنوان نانوربات‌ها جهت درمان عفونت ناشی از سوختگی معرفی شده است. نانوساختارهای مورد استفاده در بهبود زخم و احیای سوختگی می‌توانند به نانوسیم‌ها، نانوذرات، نانوفیلم‌ها و داربست‌های چند بعدی طبقه بندی شوند. شکل ۱ به صورت شبیه سازی چندین روش مهم در زمینه روش‌های نوین در حال توسعه، بهینه سازی برای بهبود زخم و مهار عفونت سوختگی که در سال‌های متوالی مورد بررسی قرار گرفته‌اند را نشان می‌دهند.
مدل‌های حیوانی برای تحقیقات آزمایشگاهی در زمینه بهبود زخم سوختگی بسیار مهم هستند زیرا مطالعات در سطح آزمایشگاهی تنها می‌توانند بخشی از نتایج قابل قبول را ارائه نمایند و برای تائید نتایج انجام آزمایش‌های حیوانی اجتناب ناپذیر است همچنین برای آزمایش محصولات مبتنی بر فناوری نانو به طور مستقیم بر قربانیان انسانی سوختگی محدودیت‌هایی وجود دارد. این مدل‌ها به درک بهتر فرایندها و مکانیزم‌های مربوط به بهبود زخم کمک می‌کنند و می‌توانند منجر به پیشرفت‌های شگرف در زمینه درمان‌های سوختگی شوند.
۲٫ ساختار پوست و روند بهبود زخم سوختگی
ازجمله مواردی که برای شناخت نقش و کارآیی فناوری نانو در زخم‌های سوختگی حائز اهمیت است، می‌توان به درک فیزیولوژی پوست طبیعی، بیماری‌زایی سوختگی‌ها و همچنین ارزیابی عفونت‌هایی که در سوختگی بوجود می‌آیند و شناسایی میکروارگانیسم‌هایی که در مراحل مختلف سوختگی گسترش می‌یابند اشاره کرد.
به طور کلی، پوست از سه لایه متمایز از جمله اپیدرم، درم و هیپودرم تشکیل شده است (شکل ۲-a). اپیدرم نقش حفظ هیدراتاسیون بدن را دارد. پنج لایه (به نام stratums) شامل: Basale، Spinosum، Granulosum، lucidum و Corneum به ترتیب لایه‌های اپیدرمی پوست هستند. این لایه‌ها از انواع سلول‌های غیرایمنی و ایمنی مانند کراتینوسیت‌ها، ملانوسیت‌ها، سلول‌های مرکل، سلول‌های لانگرهانس، سلول‌های CD8 + T، کرنوسیت‌ها و سلول‌های بنیادی ساخته شده‌اند. لایه پایه قسمت زاینده از اپیدرم برای تولید کراتینوسیت‌هاست که می‌تواند بر روی لایه‌های گرانول و همچنین لایه‌های بیرونی stratum corneum متمایز شود. پوست پایه دارای لایه اضافه stratum lucidum است. سلول‌های بنیادی که در اپیدرم پایه قرار دارند، مسئول جایگزینی کراتینوسیت‌ها هستند که به طور معمول از طریق لایه برداری و همچنین بازسازی پوست زخمی از بین می‌روند. لایه Derma یک لایه بین Hypodermis و Epidermis است که عمدتا از پروتئین کلاژن، رگ‌های خونی (آرترول، ورید، مویرگی) غدد عرق، ریشه مو، سلول‌های عصبی، عروق لنفاوی و سلول‌های بنیادی مزانشیمی MSC ساخته شده است. عملکرد اصلی درم این است که سختی ساختاری پوست را فراهم کند. تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی پوستی که در آزمایشگاه دیده می‌شود، شامل کندروسیت‌ها، استئوسیت‌ها، آدپیوسیت‌ها، سلول‌های عضلانی صاف، سلول‌های خون، نورون‌ها و گلیا هستند. چربی زیر جلدی شامل adepiocytes، ماکروفاژها، عروق، اعصاب و فیبروبلاست‌ها است و عملکرد آن پشتیبانی لایه‌های پوستی و اپیدرمی است. (شکل ۲-a) ساختار پوست را شبیه سازی نموده و (شکل ۲-b) لایه‌های مختلف پوست و سلول‌ها را نشان می‌دهد.
طبقه بندی شدت ضایعات سوختگی معمولا با دو معیار ارزیابی می‌شود. ارزیابی عمق خسارت حرارتی و برآورد نسبی درصدی از کل سطح بدن (TBSA) که تحت تاثیر آسیب سوختگی قرار گرفته است. در روش اول، زخم‌ها به چهار درجه تقسیم می‌شوند (شکل ۲-b). سوختگی‌های درجه اول که تنها شامل قرمزی، درد در محل آسیب و خشکی پوست می‌شود. سوختگی‌های درجه دوم بر روی لایه پاپیلاری (یعنی درماتیک فوقانی) یا لایه رتیکولار (یعنی درم عمیق) تاثیر می‌گذارند به رنگ سفید یا زرد، تاول در پوست و ظاهر مرطوب دیده می‌شوند. سوختگی‌های درجه سوم، در این نوع سوختگی، تمام لایه‌های پوست تخریب می‌شوند و باعث آسیب بافت اپیدرم و درم و حالت چرمی می‌شود. پس از بهبودی اسکار ایجاد می‌شود. سوختگی درجه چهار باعث آسیب دایمی به عضلات، تاندون‌ها، رباط‌ها و حتی استخوان می‌شود. همانطور که قبلا ذکر شد، سوختگی با توجه به درصد TBSA نیز ارزیابی می‌شود. قانون نُه تایی، روشی سریع برای برآورد درصد آسیب TBSA است (شکل ۳).
ارزیابی دقیق‌تر توسط نمودار لند و برودر Lund &Browder انجام می‌گیرد که در آن نسبت‌های مشخصی از قطعات بدن در کودکان و بزرگسالان محاسبه می‌شوند؛ به عنوان مثال، زخم سوختگی کمتر از ۱۰ درصد در کودکان، معادل شدت زخم سوختگی ۱۵ درصد برای بزرگسالان است. این محاسبات بسیار مهم است زیرا شوک هیپوولمیک به علت از دست دادن مایعات بدن، به طور بالقوه تهدید کننده جان فرد است. هنگامی که حدود ۲۵ درصد از سطح بدن تحت تأثیر سوختگی قرار می‌گیرد، از دست دادن مایعات به علت آسیب مویرگ‌ها باعث ایجاد ادم و هیپوپروتئینمی می‌شود. حجم مایع جایگزین با محلول کریستالوئید ایزوتونیک (لاکتات رینگر) را می‌توان با فرمول پارکلند: V(mL)=4×body weight(kg)×%TBSA محاسبه نمود. هدف نهایی در بهبود زخم سوختگی، جایگزینی سریع پوست نرمال با حداقل میزان اسکار است. بهبود کامل آسیب سوختگی یک فرآیند زیست‌شناختی است که شامل چهار مرحله همپوشان، فاز هومیوستازی، فاز التهابی، فاز تکثیر و فاز بازسازی است (جدول ۱).
۳٫ فناوری نانو برای درمان عفونت‌های سوختگی و بهبود زخم
درمان عفونت‌های زخم سوختگی و بازسازی پوست، فرآیندهایی هستند که برای دهه‌ها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته‌اند. به تازگی افزایش میکروارگانیسم‌های مقاوم به آنتی بیوتیک‌ها به مقاومت بیشتر عفونت‌ها در برابر عوامل ضدمیکروبی موضعی در ضایعات سوختگی منجر شده است که به عنوان تهدیدی مهم برای سلامت عمومی محسوب می‌شود. از این رو، ایجاد یک عامل جدید ضد میکروبی ضروری است. فناوری نانو به عنوان یک پارادایم جدید در پزشکی شناخته شده است. این فناوری نوین، روش‌های جدید درمانی مبتنی بر نانوساختارها را به منظور مقابله با بسیاری از بیماری‌ها، بخصوص زخم‌های سوختگی و عفونت‌های سوختگی را معرفی نموده است. نانوپزشکی می‌تواند به بهبود موثر در درمان عفونت‌های ناشی از زخم سوختگی در دوره درمانی پس از آنتی بیوتیک و بهبود بازسازی پوست کمک کند. در این بخش، روش‌های جدید مبتنی بر فناوری نانو را برای درمان عفونت‌های سوختگی و بهبود زخم‌ها مورد بررسی قرار می‌دهیم. نانوساختارها فعالیت ضدمیکروبی چشم‌گیری را در برابر گونه‌های مقاوم میکروارگانیسم‌ها نشان داده‌اند و همچنین قادر به تسریع احیای پوست زخم شده هستند. نانوساختارهای مورد استفاده در سوختگی را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم نمود: نانوذرات آلی و غیرآلی، که هر کدام شامل انواع مختلف نانوذرات مانند نانوژل‌ها، لیپوزوم‌ها، میسل‌ها و نانوذرات مبتنی بر لیپید‌های جامد (SLBNs)، نانوساختارهای حاوی نانولوله‌های کربنی، CuNPs، AgNP، نانوذرات TiO2، نانوذرات مغناطیسی (MNPs) و نقاط کوانتومی (QDs)، نانوبلورهای شامل فولرین، نانولوله‌های کربنی (CNTs) و گرافن برای درمان عفونت‌های ناشی از سوختگی هستند. علاوه بر این، در سال‌های اخیر، ساختارهای مبتنی بر فناوری نانو مانند نانوکامپوزیت‌های چند بعدی، داربست و نانوفیلم بهینه شده برای درمان زخم توسعه داده شده است که در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرد.
۳-۱ نانوذرات پلیمری
نانوذرات پلیمری را می‌توان با استفاده از مواد مختلف و روش‌های متنوع سنتز نمود. به طور معمول موادی مانند کیتوزان (CS)، کورکومین، پلی لاکتیک کوگلیکولیک اسید (PLGA) برای سنتز نانوذرات خودآرا مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین این نوع نانوذرات به شکل‌های مختلف از جمله دندریمر، هیدروژل و میله‌ای شکل سنتز می‌شوند. نانوذرات پلیمری در زمینه‌های مختلف پزشکی کاربرد دارند. معمولا خودآرایی پلیمرها بوسیله برهمکنش شاخه‌ها با گروه‌های کاتیونی و آنیونی بوجود می‌آیند. این فرایند نسبتا ملایم بوده و در روش خودآرایی درجه حرارت بالا و حلال‌های آلی بکارگرفته نمی‌شوند و به اجزای پروتئین‌ها آسیب وارد نمی‌شود. در روش خودآرایی فرآیند امولسیون برای تولید نانوذرات پلیمری استفاده می‌شود. چنین روش‌هایی می‌توانند به عنوان استراتژی تولید نانوذرات پلیمری زیست سازگار با اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها یا پروتئین‌های درمانی استفاده شود.
۳-۱-۱ پلی لاکتیک کوگلیکولیک اسید (PLGA)
KGF یک فاکتور رشد مهم در اپیتلیزاسیون مجدد زخم‌های پوستی است. تحقیقات اخیر نشان داده است که نانوذرات حاوی KGF می‌توانند موجب تحریک بهبود زخم‌های پوست، افزایش مجدد اپیتلیزاسیون، بازسازی بهتر بافت و بازسازی پوست شود. در تولید نانوذرات پلیمری (۱۰۰-۲۰۰ نانومتر) از PLGA به علت مزایای آن، از جمله قابلیت تخریب زیستی، سازگاری زیستی و غیرسمی بودن استفاده می‌شود و مورد تائید FDA است. نانوذرات مبتنی بر PLGA به طور معمول توسط امولسیفیکیشن اجزای هیدروفوب، با استفاده از حلال‌های شیمیایی و سورفکتانت‌های متنوع ساخته می‌شوند. در یک مطالعه، PLGA برای تولید نانوذرات بارگیری شده با EGF برای بهبود زخم استفاده شد. زخم‌های تیمار شده با PLGA-NPs بارگیری شده با EGF به بالاترین سطح انبساط فیبروبلاست و بهبود سریع‌تر رسیدند. محققان گزارش کرده‌اند که PLGA توانایی فراهم سازی یک سیستم زیست سازگار برای تحویل فاکتورهای رشد را دارد. در یک مطالعه، پپتیدی به نام LL37، که به NPGA PLGA متصل شده بود، باعث کاهش انتشار لاکتات و بهبود زخم شد. مطالعات به وضوح نشان می‌دهد که PLGA-NPs که با پپتید آنتی باکتریال LL-37 بارگذاری شده است می‌تواند به عنوان یک عامل مؤثر در برابر زخم‌های عفونی آلوده به چندین میکروب مورد استفاده قرار گیرد.
۳-۱-۲ کیتوزان
نانوذرات کیتوزان با اندازه ۱۵۰ تا ۳۰۰ نانومتر معمولا با استفاده از برهمکنش یونی ساخته می‌شوند. نانوذرات کیتوزان می‌تواند به عنوان یک ماده زیست تخریب پذیر طبیعی و بی‌خطر در طراحی سیستم‌های تحویل دارو یا ژن مورد استفاده قرار گیرد. به تازگی، نانوساختارهای مبتنی بر کیتوزان به علت مزایای قابل توجه در بهبود زخم‌های سوختگی و به عنوان پروفیلاکتیک نقش ممانعت از توسعه عفونت را ایفا می‌کنند. کیتوزان یک پلیمر کاتیونی است و ذاتا خواص ضد میکروبی دارد و برای جلوگیری از عفونت‌های میکروبی استفاده می‌شود. بسیاری از مطالعات، خواص ضد میکروبی کیتوزان و آنالوگ‌های مشابه آن را تائید کرده‌اند. از مزیت دیگر پانسمانهای طراحی شده با نانوذرات کیتوزان حمایت مکانیکی از محل آسیب دیده و افزایش میزان بهبودی زخم در انسان و حیوانات است. در یکی دیگر از تحقیقات انجام شده از نانوذرات کیتوزان و آلژینات به صورت ترکیبی برای تهیه فیلم ترکیبی با آلژینات برای درمان زخم‌های عفونی استفاده شد.
۳-۱-۳ کورکومین
نانوذرات حاوی کورکومین به اندازه ۴۰-۲۰۰ نانومتر هستند. کورکومین رنگدانه طبیعی است که از ریشه گیاه Curcuma longa استخراج می‌شود و قرن‌ها در پزشکی سنتی مورد استفاده قرار گرفته است. انکپسوله کردن کورکومین در نانوذرات، تاثیر بالایی بر جذب این مادۀ نامحلول در آب دارد. در تحقیقاتی که اخیرا انجام شده است، نانوذرات حاوی کورکومین اثر آنتی باکتریال قوی در مهار و سرکوب رشد P.aeruginosa و S.aureus و درمان عفونت‌های پوستی در زخم‌های موش از خود نشان دادند. در مطالعات دیگر، مشخص شد که نانوذرات حاوی کورکومین می‌توانند باعث کاهش التهاب و القای تقسیم سلولی شوند که در بازسازی بافت آسیب دیده تاثیر مفیدی دارند.
۳-۱-۴ درخت‌سان‌ها
نوعی از ماکرومولکول‌های پلیمری با ساختار یکنواخت و یکپارچه با اندازه نانومتری (۱-۱۰ نانومتر) هستند که در تشخیص و درمان کاربرد دارد. درخت‌سان‌ها یک هسته متقارن، پوسته داخلی و بیرونی دارند. درخت‌سان‌ها را می‌توان از زیر واحدهای فنیل استیلن تهیه کرد. علاوه بر این، گروه‌های عاملی موجود در سطح نانوذرات درخت‌سان می‌توانند نقش ضد میکروبی ایفا کنند. در یکی از تحقیقات انجام شده برهمکنش گروه‌های مثبت درخت‌سان گروه‌های آمونیوم و گروه‌های منفی دیواره سلولی باکتریایی می‌تواند منجر به اختلال ساختار باکتری شوند. علاوه بر این، درخت‌سان‌های محلول در آب مانند پلی آمیدآمین را می‌توان با آنتی بیوتیک‌های غیرحلال در آب بارگیری کرد (به عنوان مثال نایافیلوکساسین و پرولیفلوکساسین)، که باعث افزایش قابلیت دسترس پذیری زیستی آنها می‌شود و تاثیر ضد باکتریایی را افزایش می‌دهد.
۳-۱-۵ هیدروژل‌ها
هیدروژل‌ها به عنوان شبکه‌های پلیمری دارای ساختار سه بعدی آبدوست بوده و جذب در آنها را تقویت می‌کند. تخلخل بالا، یکپارچگی و نرمی، از جمله مزایایی است که بر پوشش دهی زخم و کمک به بازسازی بافت تاثیر بسزایی دارند. هیدروژل‌ها برای زخم‌های عفونی گزینه مناسبی هستند زیرا می‌توانند بافت آسیب دیده را محافظت کنند و طبیعت غیرچسبی آنها بافت زخم را حفظ می‌کند و دارای عملکرد خنک کننده هستند. پیشرفت‌های اخیر نشان داده است که نانوذرات هیدروژل همراه با سایر پلیمرها به صورت ترکیبی توانایی القای بازسازی پوست را در زخم سوختگی ایجاد می‌کنند. در یک مطالعه، فعالیت ضد میکروبی و پیشگیری از اسکار هیدروژل ترکیبی با PVP، PEG برای زخم عفونی مورد بررسی قرار گرفت. یک داروی مدل به نام ،تتراسایکلین هیدروکلراید در ساختار هیدروژل بارگذاری شد. آزادی تجمعی دارو به مقدار۸۰ درصد بیش از ۴۸ ساعت نشان داده شد. به دنبال آن این آنتی بیوتیک تاثیر خود را در برابر باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی در هنگام استفاده از این نوع پانسمان به وضوح نشان داد. هیدروژل‌ها همچنین دارای ویژگی‌های قابل توجهی برای بازسازی بافت و مهندسی بیومتریال هستند. در مقایسه با سلول‌های قرار داده شده در ساختار دو بعدی ماتریکس سه بعدی شبکه‌ای متشکل از هیدروژل رفتاری زیست سازگار دارد. به تازگی، فاکتور رشد فیبروبلاستی پایه (bFGF) به وسیله هیدروژل‌های مبتنی بر ژلاتین و نحوه رهایش آنها گزارش شده است و به بهبود زخم کمک شایانی می‌کند. استفاده از این نانوسامانه مبتنی بر هیدروژل bFGF بهبود بازسازی بافت را افزایش می‌دهد. در یک تحقیق دیگر، نانوذرات میکروامولوسیونی با استفاده از کیتوزان طراحی شدند. این نانوسامانه با تغییرات هیدروفوبیک، همراه با اسیدهای چرب در محیط آبی به صورت خودآرایی تشکیل می‌شوند. نتایج نشان داد که سازگاری بیولوژیکی نانوذرات انکپسوله شده با داروی غیرمحلول در آب (کلاریترومایسین) موفقیت آمیز بوده است و جهت بازسازی پوست و بهبود زخم مفید است.
۳-۱-۶ نقاط کوانتومی
نانوبلورهای نیمه‌هادی با ساختار سه‌بعدی و انتشار تابشی لومینسانس در طیف گسترده رنگی به عنوان رنگ‌های فلورسنت و نشانگرها در زیست پزشکی به نقاط کوانتومی (کوانتوم دات) معروف هستند. نشان داده شده که نقاط کوانتومی گرافن (GQDs) ذاتا فعالیت پراکسیدازی دارند به طوری که مشابه یک کاتالیزور عمل می‌کنند. GQDs قادر به تولید رادیکال‌های هیدروکسیل از آب اکسیژنه است. بنابراین، از آنجا که • OH دارای فعالیت ضدباکتری قوی است این نوع نانوذرات دارای خاصیت ضد باکتریایی هستند (شکل ۴).
۴٫ نانوذرات نقره و تاثیر آنها در بهبود زخم سوختگی
برای چندین دهه نیترات نقره و SSD Silver sulfadiazine به عنوان مواد ضد میکروبی موضعی در درمان زخم سوختگی مورد استفاده بوده است. به تازگی نانوذرات نقره و هیدروژل‌های حاوی نانوذرات نقره در درمان زخم سوختگی استفاده شده است. دو مطالعه‌ای که اخیرا انجام شده است گزارش شده است که هیدروژل حاوی AgNP جایگزین قوی برای SSD است و توانایی التیام عفونت‌های زخم سوختگی را دارا است. در مطالعه دیگری، AgNP به عنوان یک ماده ضد میکروبی برای بهبود زخم‌های پوستی مورد استفاده قرار گرفت که اثرات ضد میکروبی خوب و قابلیت استفاده در زخم‌های عفونی از نتایج این تحقیق بود. در یک مطالعه مشابه، AgNP بارگذاری شده به همراه مواد دارویی دیگر مانند انوکساپارین که به عنوان یک ضد انعقاد استفاده می‌شود، باعث ایجاد فعالیت ضد التهابی و آنژیوژنیک برای درمان زخم شد. AgNPs بارگیری شده با انوکساپارین می‌تواند زمان بهبودی زخم‌ها را کوتاه کند. اما در تحقیق دیگری تاثیر نانوذرات نقره بر روی دناتوره شدن و از بین رفتن کارکرد پروتئین هموگلوبین، عامل اصلی انتقال اکسیژن در بدن انجام شد و نتایج ثابت کردند که نانوذرات نقره باعث دناتوره شدن و از دست رفتن کارکرد این پروتئین ویژه و مهم می‌شود بنابراین توصیه می‌شود قبل از استفاده از نانوذرات نقره در محصولات تجاری آزمایشات بالینی بیشتر و جامع‌تری صورت بگیرد.
۵٫ فوتوتراپی و اولتراسونیک برای درمان عفونت و بهبود زخم
۵-۱ فوتوتراپی
در فوتوتراپی ضد میکروبی (PT) از محدوده نور مرئی و غیرمرئی (اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز نزدیک) برای درمان بیماری‌های عفونی استفاده می‌شود. PT متشکل از چندین روش درمانی مانند اشعه ماوراء بنفش (۲۰۰-۲۸۰ نانومتر)، درمان نور آبی BLT) nm400-470) و لیزر (LLLT) (nm390-1100) است. همچنین، درمان فوتودینامیک مبتنی بر (PDT) و درمان فوتوترمال (PTT) انواع مختلفی از فوتوتراپی هستند که نتایج امیدوارکننده‌ای برای درمان زخم سوختگی نشان داده‌اند. اگرچه نور UV دارای اثرات نامطلوب بر روی سلول‌های پستانداران (به عنوان مثال، آسیب رساندن به DNA آنها) به ویژه در اثر در معرض قرار گرفتن طولانی یا مکرر است، اما تحقیقات متعدد انجام شده نشان داده است که میکروارگانیسم‌ها به طور کلی بسیار حساس به UV هستند. بنابراین پیشنهاد شده است که نور UV می‌تواند به عنوان روشی مناسب برای درمان عفونت استفاده شود. اشعه ماوراء بنفش به اسیدهای نوکلئیک میکروبی آسیب وارد کرده و رشد میکروارگانیسم‌ها را سرکوب می‌کند.
همچنین نور UV برای استریلیزاسیون و مراقبت از زخم عفونی بکار گرفته شده است اما نفوذ عمقی اشعه ماورا بنفش به بافت ضعیف است، بنابراین فقط برای عفونت نسبتا سطحی استفاده می‌شود. LLLT یک فوتوتراپی غیرحرارتی و ضد میکروبی است که از لیزر یا اشعه نور در آن استفاده می‌شود. LLLT در مطالعات تحقیقاتی تاثیراتی همچون افزایش تکثیر سلولی، کاهش التهاب و تسریع مجدد اپیتلیزاسیون و ترمیم پوست آسیب دیده را نشان داد. در یک مطالعه یادو و همکاران یک لیزر ۹۰۴ نانومتری را برای افزایش سطح ATP در سوختگی مورد استفاده قرار دادند. نتایج نشان داد که سوخت و ساز هوازی بهبود یافته (با افزایش فعالیت آنزیم‌هایی مانند PFK، CS، G6PD و CCO و سطح بالاتر ATP و نسبت NADP / NADPH پایین‌تر)، بیان GS1 کاهش می‌یابد و تنظیم GLUT1 و pAMPKα صورت می‌گیرد. این تغییرات منجر به فعال شدن انرژی زیستی سلولی، تنظیم هوموستازیک و کاهش پاسخ التهابی، در نتیجه بهبود زخم می‌شود. درمان نور آبی (BLT) اثرات ضد میکروبی چشم‌گیر را به خصوص برای درمان زخم‌های عفونی پوستی از جمله سوختگی نشان داده است. از جمله مزایای درمان با نور آبی نسبت به امواج نوری دیگر تاثیر شگرف ضد میکروبی و علی الخصوص ایمن بودن این روش است و ملاحظات مربوط به خطرات مرگبار امواج اولتراسونیک در این روش وجود ندارد.
۵-۲ درمان مبتنی بر اولتراسونیک
تحقیقات نشان داده‌اند که سونوگرافی اثرات مفیدی بر روی درمان زخم و در نتیجه سرعت بخشیدن به روند بهبود زخم در سوختگی دارند. در یک کار تحقیقاتی روی زخم سوختگی ثانویه مزمن، مشخص شد که سونوگرافی با شدت کم می‌تواند نکروز بافت عضله را کنترل کند همچنین بافت را تقویت نموده و روند بستن زخم را (از طریق انقباض) تسریع کند. سونوگرافی اثرات مفید بر روی فاکتورهای التهابی و تکثیر سلولی و بهبود فرآیند درمان در سوختگی دارد اما می‌تواند آنژیوژنز نامطلوب نیز ایجاد کند.
در مطالعه دیگری امواج اولتراسونیک برای فعال نمودن نانوذرات TiO2 ، که ROS تولید می‌کنند، مورد بررسی قرار گرفت. ROS در سطح فیزیولوژیکی توانایی بهبود پاسخ سلولی و آنژیوژنز را دارد و در سطوح غلظتی بالاتر می‌تواند ضدعفونی انجام دهد؛ از این رو استفاده از اولتراسونیک باعث افزایش نفوذ نانوذرات به مناطق عمیق‌تر شده و باعث درمان موثرتر عفونت می‌شود (شکل ۵).
در مطالعه دیگری، تاثیر ماتریکس نانوفیبر حاوی MMP متصل به لینکر و اضافه شده به siRNA جهت خاموش کردن ژن MMP2 در یک مدل حیوانی جهت بهبود زخم آزمایش شد. مطالعه دیگری نشان داد که ترشح MMP نقش کلیدی در بازسازی و تسریع بهبود و همچنین نقش القایی در تنظیم سیگنالینگ سلولی کیناز در روند درمان زخم دارد. در یکی از مطالعاتی که اخیرا انجام شد، افزایش فعالیت لیزوزیم به عنوان یک بیومارکر عفونی همزمان با فعال شدن نانوسامانه ضد میکروبی حساس به محرک مورد بررسی قرار گرفت. (شکل ۵c )
در تحقیقاتی که به تازگی انجام شده است، نانوذرات PEG فعال شده با MoS2 سنتز شدند و به علت فعالیت کاتالیزوری پراکسیدازی در هر دو روش فوتوترمال و تابش NIR به صورت همزمان استفاده شدند. شکل ۶ مکانیسم عمل این نانوسیستم چند منظوره را نشان می‌دهد. فعالیت پراکسیداز اجازه می‌دهد تا تبدیل H2O2 به رادیکال هیدروکسیل (OH) که دارای اثر آنتی باکتریال قوی است ایجاد شود. اثر سینرژیک کاتالیزوری و PTT تابش ۸۰۸ نانومتری به مولکول PEG-MoS2 NP منجر به حذف موثر E.coli مقاوم در برابر آمپی سیلین و حذف تدریجی دیگر باکتری‌های گرم مثبت موجود در محیط زخم شد (شکل ۵-b). همچنین گزارش شده است اثر فوتوترمال باعث اکسیداسیون گلوتاتیون (GSH) می‌شود و نهایتا منجر به القاء مرگ باکتری به صورت موثرتر می‌شود.
۶٫ کارآزمایی بالینی برای روش‌های نوین بهبود زخم
یک گام اساسی در استفاده از روش‌های مختلف بهبود زخم که در این مقاله به آنها اشاره شد توانایی بکارگیری این فناوری‌های نوین در برنامه‌های بالینی است. در این راستا، برخی از مطالعات بالینی که اخیرا در این زمینه انجام شده است به صورت خلاصه ذکر می‌شود.
در آوریل ۲۰۱۷ شرکت Cytori Therapeutics Inc برای انجام کارآزمایی بالینی محصول “Cytori Cell TherapyTM” برای درمان بیماران مبتلا به سوختگی حرارتی، مجوزهای لازم را از FDA اخذ و سپس طبق استانداردهای تعریف شده با مراقبت‌های دقیق برای بیماران مبتلا به زخم سوختگی با ۲۰ تا ۵۰ درصد TBSA مورد ارزیابی قرار داد. در مارس ۲۰۱۷، یک کارآزمایی بالینی فاز ۱ در بیماران مبتلا به زخم درجه دوم باTBSA کمتر از ۲۰ درصد توسط دانشگاه میامی تأیید شد. هدف از این تحقیق، ارزیابی درمان مبتنی بر MSC آلوژنیک و سپس تعیین حداکثر دوز مطمئنه در فاز دوم این مطالعه بود. در میان روش‌های رایج برای درمان زخم، آلوگرافت پوستی برای حفاظت از پوست و افزایش مجدد اپیتلیزاسیون در ضایعات سوختگی پیشنهاد شده است.
بسته شدن زخم بر اثر “مواد حاوی نیتروژن” به عنوان مثال نیتروسوتیول یا RSNO به دلیل مدولاسیون التهاب، تولید سیتوکین و بهبود عملکرد عروقی پیشنهاد شده است. استفاده از فناوری نانو می‌تواند تأثیرات چنین محصولاتی را افزایش دهد. برای مثال اخیرا ماده S-Nitroso-N-acetyl-cysteine حاوی پلتفرم نانوذرات مبتنی بر هیدروژل (NAC-SNO-np) نتایج غافلگیر کننده‌ای را در مطالعات بالینی نشان داده است. این نانوسامانه که می‌تواند NO را در یک برنامه زمانی آزاد کند، مجوزهای لازم را از شرکت Nano Biomed Inc اخذ کرده است. در سال ۲۰۰۷ آزمون های بالینی فاز I و II برای تجاری‌سازی ژل موضعی تولید NO برای بهبود زخم سوختگی طراحی و اجرا شد. این آزمون ها با حمایت مالی موسسه ملی بهداشت (NIH) انجام شد.
فاکتورهای رشد می‌توانند بر بهبود زخم تأثیر بگذارند اما ارزیابی بالینی بیشتری جهت تائید کاربردهای آنها مورد نیاز است. در آزمایشات بالینی مشخص شد که انتقال PDGF، فاکتور رشد و سیتوکین به زخم مزمن با تحریک تشکیل بافت گرانولیتی به بهبودی در زمان کوتاه‌تر کمک شایانی می‌کند. تحویل هدفمند PDGF به عنوان یک عامل موضعی برای زخم‌های سوختگی با استفاده از نانوسامانه میسر است. سال ۲۰۱۰، یک مطالعه بالینی برای ارزیابی بهبود زخم سوختگی درجه ۲ با استفاده از عامل رشد، rhEGF گزارش شده است. در این مطالعه ۸۰ بیمار سالمند از سال ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۸ مورد مطالعه قرار گرفتند و نتایج حاکی از ارتقای روند بهبود زخم است. در یک کارآزمایی بالینی که در چند سال اخیر انجام شد، داربست کلاژن / ژلاتین سنتز شد که قابلیت انتشار پایدار FGF را بر عهده داشت. نتایج حاصل از این کارآزمایی بالینی، اثربخشی و ایمنی داربست مورد استفاده در بیماران را نشان داد.
در یک آزمایش بالینی فاز I توسط مرکز پزشکی دانشگاه استنفورد (CA، USA) از ژن درمان مبتنی بر پوست برای بهبود زخم استفاده شد و به عنوان نخستین ژن درمانی مبتنی بر پوست امن و موثر شناخته شد. این مطالعه با هدف پیوند دادن پوست اصلاح ژنتیکی شده روی زخم‌های مزمن بیماران مبتلا به Epidermolysis bullosa انجام شد. در سال ۲۰۱۲، یک کارآزمایی کنترل شده رندم انجام شد که در آن اثر تسکین دهنده درد با پانسمان ساخته شده با مواد خاص که قابلیت انتشار و آزادسازی نیتروژن اکسید (N2O) / اکسیژن را برای کاهش درد ناشی از تغییر پانسمان سوختگی داشت، مورد بررسی قرار گرفت.
علاوه بر مطالعات موردی فوق، موارد تحقیقاتی دیگری بر روی اثرات کراتینوسیت‌ها، سلول‌های بنیادی، نانوذرات پیرفنیدون، اکسیژن فشاربالا، مخدرها و غیره، بر بهبودی زخم‌های سوختگی مورد بررسی قرار گرفتند.
منبع : paper.nano.ir