مطابق گزارش تیمی از محققان ایالت پنسیلوانیا، مهندسان زیستی قادر هستند از ویژگی‌های مکانیکی منحصربفرد سلولهای بیمار مانند سلولهای متاستاتیک سرطان برای کمک به ارتقای حمل داروهای ضد سرطان به سلولهای هدف‌گذاری شده، استفاده کنند.
مقاله مرتبط: ساخت داروی جدیدی که ژن‌های عامل سرطان را مورد هدف قرار می‌دهد
بسیاری از آزمایشگاه‌های سراسر جهان سیستم‌های حمل دارو بر پایه ذرات نانو را بمنظور هدف قرار دادن انتخابی تومورها، گسترش می‌دهند. این سیستمها بر پایه سیستم قفل- کلید استوار هستند که کلیدهای پروتئینی در سطح ذرات نانو به قفلهای پروتئینی (که در سطح بالایی بیان میشوند) بر روی سلول سرطانی، متصل میشوند. سپس غشای سلولی، اطراف ذره نانو را فراگرفته و آن را به درون فرو می‌برد. اگر مقدار کافی از ذرات نانو و محموله دارویی آنها وارد سلول شود، سلول سرطانی خواهد مرد.
سولین ژانگ، استاد مهندسی و مکانیک گفت نیروی چسبندگی میان قفل و کلید، چیزی است که ذره نانو را به درون سلول می‌راند.
ژانگ اذعان داشت: “این امر که هر موقع نیرویی باشد که فرآیندی را سبب شود، همواره یک نیروی مقاوم خواهد بود، جهانی است. در این مورد، نیروی پیشران، بیوشیمیایی است، تعامل پروتئین- پروتئین.”
نیروی مقاوم، انرژی مکانیکی است که برای احاطه کردن ذره نانو توسط غشا مورد نیاز است. تاکنون، مهندسان زیستی، استراتژی هدف‌گذاری را تحت عنوان “chemotargeting”، تنها با درنظر گرفتن نیروی پیشران و ذرات نانو برای بهینه کردن تعاملات شیمیایی، طراحی کرده‌اند. ژانگ بر این باور است آنها باید مکانیک سلول را نیز برای طراحی ذرات نانو بمنظور دست یابی به هدف‌گذاری بهینه، درنظر بگیرند که این مورد، استراتژی هدف‌گذاری جدیدی تحت عنوان “mechanotargeting” پدید آورده است.
ژانگ گفت: “این دو استراتژی هدف‌گذاری مکمل هستند؛ شما می‌توانید chemotargeting و mechanotargeting را برای دست‌یابی به توانایی کامل عوامل بر پایه نانو تشخیصی و درمانی، ادغام کنید. حقیقت این است که کارآمد بودن هدف‌گذاری نیازمند تعادل میان نیروهای پیشران و مقاوم است. برای مثال، اگر کلیدهای زیادی در سطح ذره نانو واقع باشد، حتی اگر این کلیدها بطور ضعیف با قفلهای غیرمنطبق واکنش دهند، این تعاملات ضعیف که با مولکوهای غیر هدف برقرار می‌شود، هنوز انرژی چسبندگی کافی برای ذرات نانو بمنظور نفوذ به درون غشای سلول و کشتن سلولهای سالم، فراهم می‌کند.”
در مقابل، اگر انرژی چسبندگی به اندازه کافی زیاد نباشد، ذره نانو به درون سلول وارد نخواهد شد.
طبق “Mechanotargeting: Mechanics-dependent Cellular Uptake of Nanoparticles” که در نشریه آنلاین Advanced materials منتشر شده‌است، ژانگ و تیم وی نتایج آزمایشهای خود را درباره سلولهای سرطانی که بر روی هیدروژلهایی با سختی‌های متفاوت رشد کرده‌اند، گزارش می‌دهند. بر روی هیدروژلهای نرم، سلولها منسجم و خوش خیم باقی ماندند و استرس تقریبا مداومی که برداشت ذرات نانو را محدود می‌کرد، متحمل می‌شدند. ولی بر روی هیدروژلهای سفت، سلولهای متاستاتیک شده و به شکل سه بعدی خاصی درآمدند که سطح بیشتری برای چسبیدن ذرات نانو فراهم می‌کند، همچنین بر روی هیدروژلهای سفت، سلولهای استرس کمتری متحمل می‌شدند؛ تحت این شرایط، سلولها در مقایسه با سلولهای خوش خیم، ذرات نانو را ۵ برابر بیشتر برداشت می‌کردند.
ژانگ اذعان داشت: “ذرات نانو، فلورسنت هستند؛ بدین دلیل، ما تعداد ذرات نانویی که به درون سلول وارد شده‌اند را با شدت فلورسانس، می‌سنجیم. ما دریافتیم که شدت فلورسانس در سلولهای بدخیم، ۵ برابر بیشتر است. این نتایج، عملکرد mechanotargeting را تایید می‌کند.”
