أحدث تطورات تقنية النانو في علاج السرطان

من الأسباب الرئيسية للوفاة وتدني جودة الحياة عالميًا يأتي السرطان، وهو مجموعة أمراض تتصف بتكاثر خلوي غير منضبط ينتشر إلى مناطق أخرى من الجسم. ورغم تطبيق استراتيجيات علاجية متنوعة للتعامل مع انتشاره وتحسين جودة الحياة وتقليل الوفيات، ما زالت فجوات في التشخيص والعلاج تحتاج إلى سد. ومن الخطوات المتخذة لتوفير العلاج الأمثل والكشف المبكر عن الخلايا السرطانية وتقليل الآثار الجانبية استراتيجيات تقنية النانو التي تدخل ضمن هذه الجهود.

تقنية النانو هي التحكم في المادة على المستوى الذري والجزيئي، وهي فرع حديث نسبيًا من العلم. وتُعرّف أيضًا بالتحكم في مادة يتراوح حجم أحد أبعادها على الأقل من 1 نانومتر إلى 100 نانومتر ضمن هذا النطاق.

1 نانومتر هو جزء من مليار جزء من 1 متر. ويُعبّر عن 1 نانومتر بأنه 0.000000001 أو 10^-9 متر أيضًا.

كيف تُستخدم تقنية النانو في السرطان؟

الناقل المثالي

تُستخدم عوامل العلاج المناعي المعتمدة على تقنية النانو في أنواع مختلفة من السرطان لأغراض مثل حماية الخلايا السليمة في المنطقة المستهدفة وتقليل غزو الخلايا السرطانية. وبالمثل، أصبحت الأشكال النانوية للعلاجات الكيميائية التقليدية جزءًا من ممارسة الأورام، مثل Abraxane. وبفضل بنيتها الحيوية، تستطيع المواد النانوية اجتياز الحواجز الخلوية بسهولة، ويمكن توجيهها بنشاط أو بصورة سلبية. كما تُستخدم الأنابيب النانوية والمذيلات البوليمرية والجسيمات الشحمية في تصميم الأدوية لفوائدها الدوائية المهمة في تشخيص السرطان وعلاجه. ولا يقتصر الأمر على السرطان؛ إذ إن شركتي BioNTech و Moderna تنتجان لقاحات فيروس كورونا التي تحمل موادها الفعالة من mRNA داخل جسيمات شحمية محضرة بتقنية النانو.

يمكن تصنيف المواد النانوية الشائعة بحسب التشخيص والعلاج كما يلي:

1. التشخيص:
   • النقاط الكمومية
   • الأغلفة النانوية (Nanoshells)
   • جسيمات الذهب النانوية
2. العلاج:
   • الجسيمات الشحمية
   • الأنابيب الكربونية النانوية
   • المذيلات البوليمرية
   • الدندريمرات
   • النقاط الكمومية

طرق تقنية النانو في العلاج الجيني للسرطان

أظهرت مناهج متعددة في السنوات الأخيرة أن إسكات عوامل مهمة لتقدم الورم داخل الخلايا السرطانية، أو تعطيل الجينات التي تثبط الخلايا المناعية المرتبطة بالسرطان، قد يؤدي بصورة فعالة إلى إثارة استجابة مناعية موجهة ضد الورم.

تُستخدم المواد النانوية لنقل siRNA إلى الخلايا السرطانية أو المناعية وتنظيم الاستجابة المناعية، كأنها «حصان طروادة». وتركز علاجات siRNA النانوية الموجهة للخلايا الورمية على خفض تنظيم نقاط التفتيش المناعية، أي بروتينات نقاط ضبط المناعة، وإشارات «لا تلتهمني»، والسيتوكينات المضادة للالتهاب وغيرها، لتحفيز استجابات مناعية مضادة للورم.

مثلًا، يحفز البروتين السكري P (P-gp) تدفق الدواء في الخلايا السرطانية المقاومة له، ما يرفع الجرعة اللازمة ويؤذي الخلايا الطبيعية. لذلك يمكن استخدام siRNA الذي يستهدف mRNA الخاص بـP-gp مع مواد مضادة للسرطان لتعظيم الأثر العلاجي. الميلانوما توجد تطبيقات لعلاجها باستخدام العامل المضاد للسرطان باكليتاكسيل مع siRNA، حيث يُستخدم ناقل نانوي شحمي لإيصال المزيج.

ومثال آخر في السنوات الأخيرة هو إيصال siRNA إلى أهدافه عبر معقدات نانوية بوليمرية من أجل إسكات الجينات المستهدفة الضارة. فقد أوصل غلاف من البولي إيثيلين غليكول (PEG) المحب للماء والحساس لـpH، يتضمن ربيطة مستقبل المستضد الغشائي النوعي للبروستاتا (PSMA)، جزيئات siRNA جهازيًا، وثبط نمو سرطان البروستاتا بدرجة مهمة.

كما استهدفت الأحماض النووية الكروية (SNA) المقترنة بجسيمات الذهب النانوية (AuNP) وsiRNA التعبير عن البروتين الورمي Bcl2Like12. واجتازت هذه الجسيمات الحاجز الدموي الدماغي بنجاح وأوصلت حمولتها إلى الدماغ، ولوحظ في النتيجة أن خلايا الورم الأرومي الدبقي أظهرت زيادة في الاستماتة بحسب هذه الملاحظات.

- موضوع ذو صلة: استهداف الخلايا الجذعية لسرطان الدماغ بتقنية النانو

طرق تقنية النانو في العلاج المناعي للسرطان

خلال تقدم الورم، تستطيع الخلايا المناعية التعرف إلى الخلايا الورمية والقضاء عليها فيما يُعرف بالمراقبة المناعية للورم. لكن الخلايا الورمية قد تغير مناعة المضيف بإعادة تدريب الخلايا المناعية أو برمجتها والإفلات من رقابة المناعة. لذلك، يعد كبح الخلايا المثبطة للمناعة أو تعديل الخلايا المناعية نحو أنماط مضادة لتكون الورم نهجًا مثيرًا للاهتمام للحد من الهروب المناعي وإبطاء نمو الورم.

تدخل الجسيمات النانوية أيضًا في العلاج المناعي الذي يركز على تعزيز تنشيط المناعة. فمثلًا، توجد دراسات على المناعة الفطرية و المناعة المكتسبة أظهرت استجابات مناعية أقوى عند نقل CpG-ODN (CpG-OligoDeoksiNükleotidler) بجسيمات ذهب نانوية، إذ يعزز تنشيطهما ويحفز الدفاع ضد الخلايا السرطانية. كما أظهرت دراسات أن جسيمات الدهون والكالسيوم والفوسفات النانوية قد تثير استجابات مناعية نوعية للمستضد، وأن جسيمات الليبوزوم والبروتامين وحمض الهيالورونيك النانوية قد تنظم إيصال siRNA.

البلاعم خلايا بلعمية محترفة لإزالة مسببات المرض والحطام الخلوي. في البيئة الدقيقة للورم، تكون البلاعم المرتبطة بالورم (TAM) عادة إما من النمط M2 الداعم للورم أو M1 المضاد له. وتُستقدم البلاعم أو الوحيدات غالبًا إلى موقع الورم، وتستقطب نحو M1 في مراحله الأولى، ثم تتحول من M1 إلى M2 مع تقدمه، وتسهم في تثبيط الخلايا T من نوع CD8+. ويعد إيصال علاجات موجهة إلى هذه البنى المحيطة بالورم لمنع تحولها استراتيجية واعدة للعلاج المناعي. ولتنشيط الخلايا T المناعية من نوع CD8 + التي يُثبط نشاطها، يمكن تحفيز الخلايا المتغصنة بمواد مساعدة. ويصل حمض البولي إينوزينيك والبولي سيتيديليك (poli I:C)، وهو جسيم نانوي، إلى الخلايا المتغصنة ويعمل مادة مساعدة، فيمكن تنشيط الخلايا المناعية مجددًا بواسطة جسيم نانوي.

محفز جينات الإنترفيرون (STING) هدف مهم آخر في علاجات السرطان يستلزم نهجًا نانويًا. وينبغي تنشيط مسار إشارات STING بواسطة مستقبلاته داخل الخلية، وهو ما يتطلب CGAMP (GMP-AMP الحلقي). وقد يشكل جسيم نانوي شحمي ينشط STING بإيصال CGAMP خيارًا لعلاج سرطان الثدي الثلاثي السلبية ضمن هذه الاستراتيجية.

وفي دراسة أخرى، صُنعت حويصلات بوليمرية، أو بوليمرسومات، تحتوي جسيمات نانوية منشّطة لـSTING لتسهيل توزيع ربيطة STING CDN في السيتوزول. وغُلّف cGAMP بكفاءة في بوليمرات تتفكك بعد تحمض الجسيمات الداخلية والحالّة. ثم عززت جسيمات STING النانوية نشاطه العلاجي، وحدّت نمو الورم وأطالت البقاء، كما استجابت لتثبيط نقاط التفتيش المناعية.

جزيئات microRNA (mRNA) قد تُستخدم للتثبيط المباشر للتعبير عن عوامل الهروب المناعي والسيتوكينات المحرضة للالتهاب. ووُجد أن أنواعًا عدة من mRNA تؤدي دورًا في مستويات تعبير PD-L1، وهو بروتين نقطة تفتيش مناعية، في الخلايا السرطانية. وحتى الآن، توجد دراسات قليلة تستخدم تقنية النانو لإيصال mRNA إلى الخلايا الورمية لإثارة استجابة مناعية مضادة لها، لكنها استراتيجية نانوية محتملة لتطوير العلاج المناعي للسرطان. ولدى مطوري لقاح BioNTech الألماني Uğur Şahin وÖzlem Türeci أبحاث مهمة في لقاحات mRNA لعلاج السرطان.

- موضوع ذو صلة: بصيص حل للسرطانات المقاومة للعلاج: استخدام Micro-RNA

ومن طرق العلاج المناعي الحديثة أيضًا علاج CAR-T الذي حقق نجاحًا كبيرًا لدى مرضى ابيضاض الدم واللمفومة وغيرهما من الأورام الدموية الخبيثة. ولتعطيل مستقبلات الخلايا T بكفاءة في اللمفاويات المبرمجة بـCAR، طُورت نواقل نانوية تحمل mRNA لإحداث تعبير مؤقت عن بروتينات تحرير الجينوم (CRISPR). وأظهرت النتائج أن الجسيمات النانوية قادرة على إيصال mRNA بفاعلية إلى الخلايا T المستهدفة، فتؤدي لاحقًا إلى تعبير هذه الخلايا عن بروتينات مختارة.

المواد النانوية المستخدمة في تشخيص السرطان

قد يؤثر التشخيص المبكر للسرطان تأثيرًا حاسمًا في طرق العلاج واستراتيجياته. فالتشخيص المبكر والعلاج الذي يبدأ معه قد يمنعان الخلايا السرطانية من النمو والانتشار قبل إتاحة الفرصة لها.

- موضوع ذو صلة: ما الجسيمات النانوية وما أمثلتها؟ تقنية النانو في تشخيص السرطان

تُستخدم اليوم أدوات الكشف المبكر عن السرطان، ومن بينها التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والتصوير المقطعي المحوسب (BT) والموجات فوق الصوتية. لكن هذه الأنظمة محدودة بسبب عدم توفير معلومات سريرية كافية عن أنواع السرطان المختلفة ومراحله، ما يصعّب الحصول على تقييم كامل للحالة يمكن بناء اختيار العلاج الأمثل عليه.

لذلك، يعد تطوير وسائل التشخيص مهمًا بقدر تطوير العلاج، لأنه يتيح استراتيجيات أشمل وأدق. وقد أتاح تصوير النسيج الورمي بالجسيمات النانوية كشف السرطان في مراحله المبكرة. وتواصل تطورات تقنية النانو وأدواتها إضافة استراتيجيات جديدة للتشخيص.

- موضوع ذو صلة: كيف يُشخّص السرطان؟

النقاط الكمومية

يحد غياب القدرة على اختراق الأجسام من استخدام التصوير في الطيف المرئي. وصُممت النقاط الكمومية التي تطلق تألقًا في الطيف القريب من تحت الأحمر لتجاوز هذه المشكلة، ما يجعلها أنسب لتصوير سرطان القولون والمستقيم، أي الأمعاء الغليظة، وسرطان الكبد والبنكرياس واللمفومة. كما طُورت نافذة ثانية للأشعة القريبة من تحت الحمراء (NIR)، أعمق اختراقًا للأنسجة وأعلى دقة مكانية وزمنية، للمساعدة على تصوير السرطان.

الأغلفة النانوية

الأغلفة النانوية نوى عازلة يتراوح حجمها بين 10 و300 نانومتر، تُصنع غالبًا من السيليكون وتُغطى بقشرة معدنية رقيقة، عادة من الذهب. وتعمل بتحويل الطاقة الكهربائية بوساطة البلازما إلى طاقة ضوئية، ويمكن ضبط خواصها البصرية بمرونة عبر سلاسل الإصدار والامتصاص من UV إلى تحت الأحمر. ورغم تقييدها بأحجام كبيرة، تُفضل في التصوير لعدم تسببها بسمية المعادن الثقيلة.

جسيمات الذهب النانوية

تعد جسيمات الذهب النانوية (AuNP) مواد تباين جيدة لصغر حجمها وتوافقها الحيوي الجيد وارتفاع عددها الذري. وتظهر أبحاث حديثة إمكان استخدامها لاستهداف الخلايا بنشاط أو بصورة سلبية. ويقوم الاستهداف السلبي على تجمع جسيمات الذهب لتحسين التصوير بفعل تأثير إجهاد النفاذية في الأنسجة الورمية. أما الاستهداف النشط فتتوسطه مشاركتها مع أدوية نوعية للورم، مثل الأجسام المضادة الوحيدة النسيلة الموجهة إلى EGFR، لتتيح استهداف الخلايا الورمية بنشاط بواسطة AuNP.

مزج باحثون خلايا سرطان الكبد بجسيمات AuNP، واكتشفوا بتصوير الأشعة السينية أن خلايا سرطان الكبد في مجموعة المركب النانوي الذهبي تعطي صورة أقوى من خلايا الكبد وحدها. وقد تتيح هذه النتائج كشف أورام صغيرة لا يتجاوز قطرها بضعة مليمترات في الجسم، وهو أمر بالغ الأهمية للتشخيص المبكر.

المؤشرات الحيوية

المؤشرات الحيوية للسرطان خصائص بيولوجية يدل تعبيرها على وجود الورم وحالته. وقد تكون بروتينات أو أجزاء بروتينية أو DNA. وتُستخدم لمتابعة تغيرات الخلايا السرطانية وفحص العمليات الخلوية أو تعريفها، وقد تساعد نتائجها في فهم الأورام بصورة أفضل. ولأن كفاية المؤشرات المطلوبة في عينات الدم أو البول أو اللعاب لتحري السرطان لم تثبت تمامًا، برزت الحاجة إلى مزيد من الأبحاث. وأتاحت أنماط مستخلصات البروتينات والببتيدات والغليكان والأجسام المضادة التي يُعبّر عنها بصورة غير طبيعية في هذه العينات اكتشاف مؤشرات بروتينية، مع تطور تقنية البروتيوميات.

لكن اختبارات التنميط البروتيني تواجه عوائق تسبب فقد المؤشرات البروتينية منخفضة الوزن الجزيئي. ودخلت تقنية النانو للمساعدة على تجاوزها؛ إذ توجد دراستان استطاعتا التقاط هذه المؤشرات باستخدام جسيمات نانوية. كما توجد أبحاث نانوية لزيادة حساسية مطيافية الكتلة، وللتحري المناعي أو دراسة خصائص الخلايا الورمية. وما زال تحري المؤشرات بالنانو يحتاج مزيدًا من الدراسات بسبب النتائج الإيجابية والسلبية الكاذبة.

المواد النانوية المستخدمة في علاج السرطان

رافق تطور تقنية النانو تقدم في علاج السرطان، إذ أتاح استخدام البنى الجزيئية الصغيرة والجسيمات أدوات لإطلاق الدواء.

الجسيمات الشحمية

قد تعمل الجسيمات الشحمية في نقل الأدوية بنشاط أو بصورة سلبية. وفي الاستهداف السلبي، تدخل الورم عبر الفجوات الوعائية بفعل تأثير إجهاد النفاذية في أنسجته، ثم تندمج بالخلايا وتطلق الدواء في الحيز داخل الخلية. أما في الاستهداف النشط، فتستهدف الأجسام المضادة المرتبطة بالجسيم الشحمي مستضدات نوعية للورم، ثم تنقل الأدوية إليه.

وتستطيع الجسيمات الشحمية أيضًا إطلاق الدواء بنشاط أو بصورة سلبية عند توافر شروط ملائمة، مثل pH وجهد الأكسدة والاختزال والمجالات فوق الصوتية والكهرومغناطيسية. وقد تتباين قدرتها على اختراق الأورام وأعمارها النصفية بحسب حجمها. فمثلًا، تُستخدم الأشكال الشحمية للأدرياميسين، لفائدتها السريرية المهمة، في علاج الشكل النقيلي من سرطان المبيض.

- موضوع ذو صلة: فك آلية نقائل سرطان المبيض: الخطوة التالية منعها

الأنابيب الكربونية النانوية

تجعل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأنابيب الكربونية النانوية، مثل مساحة سطحها وصفاتها المعدنية وتوصيلها الكهربائي والحراري، منها مرشحًا نانويًا مناسبًا جدًا للتطبيقات الطبية الحيوية الواسعة. كما تمكّنها قدرتها على امتصاص الضوء القريب من تحت الأحمر من التسخن حراريًا واستهداف الخلايا الورمية. وتوجد مثلًا دراسات in vitro وin vivo عن استخدامها مع أدوية مثل باكليتاكسيل لعلاج السرطان.

المذيلات البوليمرية

تُعرف الجسيمات النانوية البوليمرية بالكبسولات النانوية أو المذيلات البوليمرية. وهي أول البوليمرات الموصوفة لنظم نقل الدواء، وتُستخدم مع الأدوية الكارهة للماء. ويمكن نقل الجزيئات الكبيرة والأدوية الكارهة للماء إلى مركز الجسيمات البوليمرية النانوية، ثم تحقيق أثر علاجي بحقنها في محلول مائي.

قد توفر الجسيمات البوليمرية النانوية بدائل لتقليل السمية الخلوية، أي قتل الخلايا، في الأنسجة السليمة مقارنة بالخلايا السرطانية. لكن طب النانو السرطاني لا يزال يواجه صعوبة في إيصال الدواء بفاعلية إلى هدفه، مع آثار جانبية ومقاومة دوائية محدودتين. فمثلًا، حققت المادة النانوية المقترنة بالأدرياميسين أثرًا علاجيًا بدرجة ما واستُخدمت لعلاج سرطانات مختلفة، لكن استعمالها قُيد بآثار جانبية كثيرة تشمل السمية ومشكلات القلب. ومع فوائد المذيلات البوليمرية، تلزم دراسات إضافية لجعل توجيه الأدوية بها أكثر أمانًا.

الدندريمرات

جعلت الخصائص الفيزيائية الكيميائية والحيوية للبوليمر الدندريمرات نواقل نانوية محتملة؛ وتشمل الحجم والشحنة ومجموعات الربيطات المتعددة والتفاعل مع الطبقة الدهنية الثنائية والسمية الخلوية والدخول إلى الخلايا ومدة البقاء في البلازما والتوزع الحيوي وترشيح الجزيئات الدندريتية الكبيرة.

تُصنع المقترنات الدوائية الدندريتية عادة بربط الأدوية المضادة للورم تساهميًا بالمجموعات الطرفية للدندريمر. ولذلك يمكن وصل جزيئات دوائية عدة بكل جزيء دندريتي، ويضبط إطلاقها جزئيًا طابع هذا الارتباط. ومن مزايا الدندريمرات قدرتها على الارتباط بـDNA، كما في متعددات أميد DNA، ما يجعلها فعالة جدًا في قتل الخلايا السرطانية التي تعبّر مستقبلات الفولات.

النقاط الكمومية

يمكن للنقاط الكمومية أن تتجمع بمناطق معينة من الجسم وتنقل الأدوية إليها. وتعد قدرتها على التركّز في عضو داخلي واحد حلًا محتملًا لمشكلة توزيع الدواء دون استهداف، وقد تتيح أيضًا إزالة الآثار الجانبية للعلاج الكيميائي.

الخلاصة

حملت تقنية النانو عبر السنين وعودًا كبيرة لعلاج السرطان. وأسهمت المواد النانوية بخصائصها الحركية والديناميكية الدوائية المحسنة في تحسين التشخيص والعلاج. وتتيح نوعيتها إطلاق الدواء إلى الأعضاء المصابة بصورة موجهة مع أدنى سمية جهازية. لكنها، كغيرها من الخيارات العلاجية، لا تخلو تمامًا من السمية، وهو ما يعوق تطبيقها السريري. وبالنظر إلى حدودها، نحتاج مزيدًا من الدراسات لتحسين إطلاق الدواء وتعظيم فاعليته وتقليل مساوئه. وقد يؤدي تحسين التفاعل بين الخصائص الفيزيائية الكيميائية للمواد النانوية إلى مشتقات أكثر أمانًا وفاعلية للتشخيص والعلاج في تدبير السرطان.