معرفی،خواص وکاربردهای دندریمرها(1)
دندریمرها به جای استفاده از واحدهای مونومری AB كه سبب تولید پلیمرهای معمولی می شود که از واحدهای مونومری ABn (2،3=n) ساخته شده اند. به طور معمول دندریمرها توسط فرایندهای تکراری ساخته می شوند،كه هر فرایند منجر به ایجاد یك لایه اضافی از شاخه ها موسوم به نام نسل می گردد.
درواقع دندریمرها نانو ساختار هایی هستند كه امروزه در بسیاری از زمینه‌های زیست پزشكی* مورد توجه قرار گرفته‌اند. دندریمرها از یك هسته مركزی تشکیل شده اند که شاخه های زیادی مرحله به مرحله مانند درخت از آن منشعب شده است.هر گروه از این ذرات از نظر اندازه، شكل، طول شاخه‌ها، دانسیتة ذره‌ای و گروههای عاملی سطح ذره و همچنین ساختمان كلی ذره (چه ساختمان داخلی و چه خارجی) بسیار بسیار به هم شبیه هستند. این ذرات این توانایی را دارند كه مولكولهای مختلف را در بین شاخه‌های خود جای دهند و كاملاً در خود حبس كنند و آنها را در مقابل عوامل خارجی محافظت كنند و یا در محیط مورد نظر به طور كنترل شده رها سازند همچنین با حبس كردن داروها حلالیت این مواد را افزایش می‌دهند. از طرفی به واسطة وجود گروههای عاملی متعدد در سطح، آنها قادرند انواع مولكول‌ها را به سطح خود متصل و حمل كنند، از طرفی می‌توان از همین ویژگی آنها در جهت هدفمندسازی فعال برای یك بافت خاص استفاده كرد.
[h=2]سنتز دندریمرها دو استراتژی كلی در سنتز دندریمرها وجود دارد:
متد اول كه توسط Tamalia طراحی شده به این شكل است كه از هسته مركزی شروع به شاخه‌دار كردن می‌كنیم و مرحله به مرحله ادامه می‌دهیم، به مرور جرم مولكولی دندریمر افزایش می‌یابد و یك نانو ذرة شاخه‌دار با گروههای عاملی كاملاً‌مشخص بدست می‌آید. این روش به متد(واگرا) Divergent معروف است.(رشد از هسته آغاز می شود و به شكل شعاعی پیش می رود.)
متد دوم كه توسط Hawker, frechet طراحی شده، به روش Convergent(همگرا) موسوم است و به این صورت انجام می‌گیرد كه از سطح ذره و به شكل همگرا شروع به سنتز و اتصال گروههای مختلف می‌كنیم و در نهایت هسته مركزی كه تمام شاخه‌ها را به هم متصل می‌كند اضافه می‌كنیم.( فرایند در حاشیه آغاز می شود و به طرف داخل رشد می كند.)
[h=2]انواع دندریمر ها تا به امروز دو گروه از خانواده دندریمرها به شكل تجاری قابل دسترس می باشد: دندریمرهای پلی آمیدوآمین (PAMAM) و پلی پروپیلن ایمین ها (PPI).
دندریمرها مولكولهای بزرگ، هم‌اندازه و هم‌شكل هستند كه دارای معماری سه‌بعدی منظم و به شدت منشعب می‌باشند. آنها از سه بخش اصلی هسته، شاخه‌ها و گروههای انتهایی تشكیل شده‌اند. اولین ساختارهای درختسان، دندریمرهای پلی لیزین بود كه توسط رابرت دنك والتر و همكارانش شناخته شد. اما مفهوم درختسان اولین بار توسط تومالیا در دهه 1980 با تولید پلیمر پلی آمیدوآمین استفاده شد. در درختسانهای آلی ساختار شیمیایی بیرونی و داخلی از نوع تركیبات آلی هستند. در درختسانهای آلی- معدنی هر یك ازساختارهای بیرونی و داخلی و گروههای انتهایی می‌توانند از نوع تركیبات آلی و یا تركیبات معدنی باشند. ساختارهای درختسان تا 10 نسل هم رسیده اند و وزن مولكولی آنها بیش از 90000 گرم بر مول است.
[h=2]کاربرد های دندریمر ها با انتخاب دقیق اجزا سازنده مولکولی دند ریمرها می توان کاربردهای سودمند وسیعی را به این ساختارهای پیچیده بخشید.بسته به اینکه چه بخشی از دند ریمر ها دستکاری شده است به کار گرفتن آن ها می تواند به شکل خارجی یا به شکل پیچیده تر داخلی باشد.مهمترین زمینه کاربرد دند ریمر های PAMAMوPPIدرسازگاری زیستی آن ها می باشد.
[h=2]خواص دندریمرها
در مقابل پلیمرهای خطی كه اغلب ساختارشان بطور اتفاقی وتصادفی شكل می گیرد، دندریمرها ساختار مشخصی دارند كه شامل یك هسته مركزی با شاخه هایی است كه به شكل شعاعی قرار گرفته اند. ساختار و كاركرد آنها مشابه پروتئین های كروی است. در نسل های بالاتر (بالاتر از 4)، ساختار آنها به صورت سه بعدی و شبه كروی تغییر می یابد.
نیروهای درون مولكولی اصلی در دندریمر، پیوندهای كوالانسی هستند اما انواع دیگری از برهمكنش ها (مثل پیوندهای هیدروژنی) هم شناخته شده اند. در یك تعداد نسل خاص (بالاتر از 4) دندریمرها به شكل كروی تغییر شكل درمی آیند. آنها همچنین به خاطر امکان جابجایی ساختار شاخه هایشان، توانایی محبوس كردن نمونه های مهمان در فضای درون مولكولی را دارند.
هر چند خیلی از نانوساختارهای دیگر مساحت سطح بالا را تامین می کنند و می توانند برای حمل دارو استفاده شوند، اما دندریمرها درجه کنترل و انعطاف بیشتری برای این هدف دارند. این بسته ها برای حمل مواد بسیار مفید هستند و فضاهای خالی آنها باعث افزایش سطح تماس شده و می تواند به ابعاد مختلفی سازمان داده شوند تا كنترل و انعطاف پذیری بیشتری برای كاربردهای مختلف ایجاد نمایند. فضاهای درونی همانند گروههای انتهایی سطحی می توانند به عنوان مراكز اتصال گروههای عاملی شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. این خصلت دندریمرها که می توانند چند نوع پیوند داشته باشند موجب می شود تا این امید باشد که برای كاربردها مختلف (مثل پدیده های جذب و ذخیره انرژی، دارورسانی و انتقال ژن) از آنها استفاده شود.
علیرغم اینكه مولكول های دندریمر از مولكول های تشكیل دهنده ساختارهای خودسامان یافته بزرگتر هستند ولی می توانند تك لایه های خودسامان یافته و ساختارهای بزرگ مولكولی و کلوخه های مایسلی تشكیل دهند.
بسته به تعداد نسل ها، دندریمرها محدوده وسیعی از مقیاس ابعادی را كه در بیشتر مواقع نانومتری می ماند پوشش می دهد. در سومین نسل، دندریمرها را می توان با هورمون انسولین مقایسه کرد. در نسل پنج ، دندریمرها ابعاد پروتئین انتقال اكسیژن، هموگلوبین را بدست می آورند. دندریمرها در مقایسه با پروتئین ها، بسیار كوچكتر از سلول ها هستند و ظرفیت کاربردهای متنوع در حوزه زیستی را ایجاد می کنند.
یکی از کارهای جالبی که می توان با دندریمرها انجام داد محبوس كردن فیزیكی مولکولها و اتمها درون دندریمرها است. می توان در فضای بسته درون دندریمر مولكول های مهمان را به طور دائم یا موقت محبوس کرد. آزادسازی انتخابی مولكولهای محصور نیز عملی شده است. این کار با واكنشهای شیمیایی و برداشتن انتخابی لایه های منشعب انجام می شود. اتمهای متنوع زیادی مثل مس، طلا، نقره ، پالادیوم و پلاتین و شماری از ترکیبات غیر آلی مثل سولفید مس، سولفید کادمیوم، سولفید نقره را می توان به بخشهای داخلی درختسان وارد کرد.
دندریمرها می توانند به عنوان بسته های زیربنایی برای ساخت اشکال فرعی بزرگتر با ساختارهای کنترل شده استفاده شوند. ساختارهای فرامولكولی سه بعدی و دو بعدی براساس پیوند كوالانسی و خودسامانی از طریق پیوندهای هیدروژنی تشكیل می شوند. این فراساختارها که موسوم به مگامر هستند شاید نقش اصلی در آینده درمان را بازی کنند.
یكی از جالبترین كاربردهای دندریمرها (در فاز تحقیقاتی) ساخت نانوابزارهای زیستی می باشد. دندریمر به عنوان یك عامل درمانی، می تواند در مبارزه با بیماری هایی مانند سرطان كمك شایانی كند. تاكنون محققان دندریمرهای مجزایی را ایجاد كرده اند كه وظایف خاصی مانند دارورسانی و تشخیص را انجام می دهند. گام بعد تجمیع آنها در ساختارهایی به نام تكنودندریمرها است که تمامی این قابلیت ها را با هم دارد.
[h=2]نقش دندریمرها در دارورسانی یکی از ناقل‌های مورد استفاده در دارورسانی درختسان (دندریمر) می‌باشد. همان طور که گفتیم دندریمرها، ماکرومولکول باریک، شاخه شاخه و متقارن هستند که از یک هسته مرکزی، واحدهای منشعب شده به صورت درخت، و تعدادی گروه عاملی تشکیل شده‌اند. هسته مرکزی و واحدهای داخلی آن، محیط داخل حفره برای قرارگیری دارو را به وجود می‌آورند. با اتصال گروههای عاملی هدف‌مند به سطح این ماکرومولکول‌ها، می‌توان حلالیت و رفتار شیمیایی آنها را کنترل کرد.
ـ دندریمرها و انتقال دارو از مسیر خوراكی: عوامل زیادی در انتقال نانو ذرات از مسیر گوارشی به گردش خون دخیل‌اند:
I. به طور كلی نانو ذرات حامل دارو در سیستم گوارشی توسط ساختارهائی به نام Peyers patches و سلول‌هائی به نام M-cell از درون روده جمع‌آوری می‌شوند و بعد از انتقال به عروق لنفی وارد جریان خون می‌شوند.
II. فاكتورهائی از قبیل اندازة ذره‌ای، بار سطحی ذره و سایر ویژگی‌های فیزیكی ـ شیمیائی ذرات
III. فعالیت ذاتی ذرات و برهمكنش بین ذرات و سایر مواد در روده
IV. نقش فعال نانو ذرات در فعالیت‌هائی از قبیل:
به دام افتادن (Capture) و اتصال به بافت (adhision) و جذب (uptake) و عبور از لایه‌ی سلولی (Transcytosis) و trans Location و…
V. تأثیر فعال لیگاندهای سطحی كه به Receptor(گیرنده )خودشان متصل می‌شوند.
دندریمرازواژه ی یونانی"دندرون"به معنای درخت وپسوند یونانی "مر"به معنای بخش است.درواقع دندریمر ها مولکول های شاخه داری هستند که شامل یک بخش مرکزی متصل به شاخه های درخت مانند بوده که به شکل تکرار شونده ای به یکدیگر متصل هستند.
دندریمرها به جای استفاده از واحدهای مونومری AB كه سبب تولید پلیمرهای معمولی می شود که از واحدهای مونومری ABn (2،3=n) ساخته شده اند. به طور معمول دندریمرها توسط فرایندهای تکراری ساخته می شوند،كه هر فرایند منجر به ایجاد یك لایه اضافی از شاخه ها موسوم به نام نسل می گردد.
درواقع دندریمرها نانو ساختار هایی هستند كه امروزه در بسیاری از زمینه‌های زیست پزشكی* مورد توجه قرار گرفته‌اند. دندریمرها از یك هسته مركزی تشکیل شده اند که شاخه های زیادی مرحله به مرحله مانند درخت از آن منشعب شده است.هر گروه از این ذرات از نظر اندازه، شكل، طول شاخه‌ها، دانسیتة ذره‌ای و گروههای عاملی سطح ذره و همچنین ساختمان كلی ذره (چه ساختمان داخلی و چه خارجی) بسیار بسیار به هم شبیه هستند. این ذرات این توانایی را دارند كه مولكولهای مختلف را در بین شاخه‌های خود جای دهند و كاملاً در خود حبس كنند و آنها را در مقابل عوامل خارجی محافظت كنند و یا در محیط مورد نظر به طور كنترل شده رها سازند همچنین با حبس كردن داروها حلالیت این مواد را افزایش می‌دهند. از طرفی به واسطة وجود گروههای عاملی متعدد در سطح، آنها قادرند انواع مولكول‌ها را به سطح خود متصل و حمل كنند، از طرفی می‌توان از همین ویژگی آنها در جهت هدفمندسازی فعال برای یك بافت خاص استفاده كرد.
[h=2]سنتز دندریمرها دو استراتژی كلی در سنتز دندریمرها وجود دارد:
متد اول كه توسط Tamalia طراحی شده به این شكل است كه از هسته مركزی شروع به شاخه‌دار كردن می‌كنیم و مرحله به مرحله ادامه می‌دهیم، به مرور جرم مولكولی دندریمر افزایش می‌یابد و یك نانو ذرة شاخه‌دار با گروههای عاملی كاملاً‌مشخص بدست می‌آید. این روش به متد(واگرا) Divergent معروف است.(رشد از هسته آغاز می شود و به شكل شعاعی پیش می رود.)
دندریمرها مولكولهای بزرگ، هم‌اندازه و هم‌شكل هستند كه دارای معماری سه‌بعدی منظم و به شدت منشعب می‌باشند. آنها از سه بخش اصلی هسته، شاخه‌ها و گروههای انتهایی تشكیل شده‌اند. اولین ساختارهای درختسان، دندریمرهای پلی لیزین بود كه توسط رابرت دنك والتر و همكارانش شناخته شد. اما مفهوم درختسان اولین بار توسط تومالیا در دهه 1980 با تولید پلیمر پلی آمیدوآمین استفاده شد. در درختسانهای آلی ساختار شیمیایی بیرونی و داخلی از نوع تركیبات آلی هستند. در درختسانهای آلی- معدنی هر یك ازساختارهای بیرونی و داخلی و گروههای انتهایی می‌توانند از نوع تركیبات آلی و یا تركیبات معدنی باشند. ساختارهای درختسان تا 10 نسل هم رسیده اند و وزن مولكولی آنها بیش از 90000 گرم بر مول است.
[h=2]کاربرد های دندریمر ها با انتخاب دقیق اجزا سازنده مولکولی دند ریمرها می توان کاربردهای سودمند وسیعی را به این ساختارهای پیچیده بخشید.بسته به اینکه چه بخشی از دند ریمر ها دستکاری شده است به کار گرفتن آن ها می تواند به شکل خارجی یا به شکل پیچیده تر داخلی باشد.مهمترین زمینه کاربرد دند ریمر های PAMAMوPPIدرسازگاری زیستی آن ها می باشد.
[h=2]خواص دندریمرها
نیروهای درون مولكولی اصلی در دندریمر، پیوندهای كوالانسی هستند اما انواع دیگری از برهمكنش ها (مثل پیوندهای هیدروژنی) هم شناخته شده اند. در یك تعداد نسل خاص (بالاتر از 4) دندریمرها به شكل كروی تغییر شكل درمی آیند. آنها همچنین به خاطر امکان جابجایی ساختار شاخه هایشان، توانایی محبوس كردن نمونه های مهمان در فضای درون مولكولی را دارند.
هر چند خیلی از نانوساختارهای دیگر مساحت سطح بالا را تامین می کنند و می توانند برای حمل دارو استفاده شوند، اما دندریمرها درجه کنترل و انعطاف بیشتری برای این هدف دارند. این بسته ها برای حمل مواد بسیار مفید هستند و فضاهای خالی آنها باعث افزایش سطح تماس شده و می تواند به ابعاد مختلفی سازمان داده شوند تا كنترل و انعطاف پذیری بیشتری برای كاربردهای مختلف ایجاد نمایند. فضاهای درونی همانند گروههای انتهایی سطحی می توانند به عنوان مراكز اتصال گروههای عاملی شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. این خصلت دندریمرها که می توانند چند نوع پیوند داشته باشند موجب می شود تا این امید باشد که برای كاربردها مختلف (مثل پدیده های جذب و ذخیره انرژی، دارورسانی و انتقال ژن) از آنها استفاده شود.
علیرغم اینكه مولكول های دندریمر از مولكول های تشكیل دهنده ساختارهای خودسامان یافته بزرگتر هستند ولی می توانند تك لایه های خودسامان یافته و ساختارهای بزرگ مولكولی و کلوخه های مایسلی تشكیل دهند.
بسته به تعداد نسل ها، دندریمرها محدوده وسیعی از مقیاس ابعادی را كه در بیشتر مواقع نانومتری می ماند پوشش می دهد. در سومین نسل، دندریمرها را می توان با هورمون انسولین مقایسه کرد. در نسل پنج ، دندریمرها ابعاد پروتئین انتقال اكسیژن، هموگلوبین را بدست می آورند. دندریمرها در مقایسه با پروتئین ها، بسیار كوچكتر از سلول ها هستند و ظرفیت کاربردهای متنوع در حوزه زیستی را ایجاد می کنند.
دندریمرازواژه ی یونانی"دندرون"به معنای درخت وپسوند یونانی "مر"به معنای بخش است.درواقع دندریمر ها مولکول های شاخه داری هستند که شامل یک بخش مرکزی متصل به شاخه های درخت مانند بوده که به شکل تکرار شونده ای به یکدیگر متصل هستند
یکی از کارهای جالبی که می توان با دندریمرها انجام داد محبوس كردن فیزیكی مولکولها و اتمها درون دندریمرها است. می توان در فضای بسته درون دندریمر مولكول های مهمان را به طور دائم یا موقت محبوس کرد. آزادسازی انتخابی مولكولهای محصور نیز عملی شده است. این کار با واكنشهای شیمیایی و برداشتن انتخابی لایه های منشعب انجام می شود. اتمهای متنوع زیادی مثل مس، طلا، نقره ، پالادیوم و پلاتین و شماری از ترکیبات غیر آلی مثل سولفید مس، سولفید کادمیوم، سولفید نقره را می توان به بخشهای داخلی درختسان وارد کرد.
یكی از جالبترین كاربردهای دندریمرها (در فاز تحقیقاتی) ساخت نانوابزارهای زیستی می باشد. دندریمر به عنوان یك عامل درمانی، می تواند در مبارزه با بیماری هایی مانند سرطان كمك شایانی كند. تاكنون محققان دندریمرهای مجزایی را ایجاد كرده اند كه وظایف خاصی مانند دارورسانی و تشخیص را انجام می دهند. گام بعد تجمیع آنها در ساختارهایی به نام تكنودندریمرها است که تمامی این قابلیت ها را با هم دارد.
[h=2]نقش دندریمرها در دارورسانی یکی از ناقل‌های مورد استفاده در دارورسانی درختسان (دندریمر) می‌باشد. همان طور که گفتیم دندریمرها، ماکرومولکول باریک، شاخه شاخه و متقارن هستند که از یک هسته مرکزی، واحدهای منشعب شده به صورت درخت، و تعدادی گروه عاملی تشکیل شده‌اند. هسته مرکزی و واحدهای داخلی آن، محیط داخل حفره برای قرارگیری دارو را به وجود می‌آورند. با اتصال گروههای عاملی هدف‌مند به سطح این ماکرومولکول‌ها، می‌توان حلالیت و رفتار شیمیایی آنها را کنترل کرد.
ـ دندریمرها و انتقال دارو از مسیر خوراكی: عوامل زیادی در انتقال نانو ذرات از مسیر گوارشی به گردش خون دخیل‌اند:
II. فاكتورهائی از قبیل اندازة ذره‌ای، بار سطحی ذره و سایر ویژگی‌های فیزیكی ـ شیمیائی ذرات
III. فعالیت ذاتی ذرات و برهمكنش بین ذرات و سایر مواد در روده
IV. نقش فعال نانو ذرات در فعالیت‌هائی از قبیل:
به دام افتادن (Capture) و اتصال به بافت (adhision) و جذب (uptake) و عبور از لایه‌ی سلولی (Transcytosis) و trans Location و…
V. تأثیر فعال لیگاندهای سطحی كه به Receptor(گیرنده )خودشان متصل می‌شوند.