مقالات حوزه زیست شناسی
نقش نقاط کوانتومی در تشخیص و درمان سرطان

نقش نقاط کوانتومی در تشخیص و درمان سرطان

یک از شایع ترین بیماری هایی که امروزه طیف وسیعی از افراد جامعه را درگیر کرده، سرطان است. روش های متداول کنونی در درمان این بیماری شامل شیمی درمانی و اشعه درمانی هستند که در آنها بافت های سالم اطراف تومور نیز آسیب خواهند دید.

به همین دلیل، آشنایی با روش های کم تهاجمی بسیار مورد توجه است. یکی از این روش های نوین، به کارگیری نانوذرات نیمه هادی (نقاط کوانتومی) به منظور ردیابی و تصویر برداری توده های سرطانی، تشخیص و درمان زود هنگام سرطان و شناسایی سلول های سرطانی متاستاتیک است که از ترکیب فناوری های نانو و فیزیک کوانتومی بهره می گیرد.

نقاط کوانتومی پس از تزریق به بدن به بیومولکول ها مانند پپتید ها، آنتی بادی ها، پروتئین‌ها یا رشته‌های DNA می چسبند و هنگامی که در معرض اشعه فرابنفش (UV) قرار بگیرند، نور مرئی در رنگ های مختلف تابش می کنند. این نقاطع، در واقع نشانگر‌های[1] فلوئورسانس کننده برای نشان دار کردن ملکول های زیستی هستند. نانوذرات کوانتومی متصل به آنتی بادی ها مسیر حرکت و تجمع آنتی بادی را مشخص می کنند و از روی درخشش این ذرات، می توان جایگاه غده سرطانی و میزان رشد آن را تعیین کرد. همچنین، می توان سلول های سرطانی را در مراحل اولیه رشد در in vivo مورد هدف قرار داد و یا برای انتقال دارو به سلول های سرطانی از این روش استفاده کرد.

نقاط کوانتومی چه هستند؟

نقاط کوانتومی (QDs[2]) بلورهای نیمه هادی مصنوعی در ابعاد نانو (10-1 نانومتر) هستند که در اثر تحریک یک منبع نور UV، تابش فلوئورسانس با یک رنگ خاص را ساطع می کنند. از آنجا که انرژی به طول موج (یا رنگ) وابسته است، می توان با تغییر جنس و سایز ذرات و پوشش سطحی آن ها خواص اپتیکی آنها و رنگ تابش شده را به راحتی تنظیم و کنترل کرد. در حقیقت با کنترل این پارامترها طول موج نشری آن ها در گستره وسیعی از طول موج (فرابنفش تا مادون قرمز) قابل تنظیم است. کوچک بودن اندازه ذرات در ابعاد نانومتر در هر سه بعد، نقش اثرات کوانتومی را پررنگ تر می سازد.

هنگامی که نقاط کوانتومی در معرض تابش نور UV قرار بگیرند، برخی از الکترونها انرژی کافی برای آزاد شدن از اتم ها را دریافت می کنند. به این ترتیب، پس از طی گاف باند انرژی، از لایه والانس (ظرفیت) به لایه هدایت[3] (رسانش) برانگیخته می شوند. به زوج الکترون-حفره ای که به این ترتیب ایجاد می شود، اکسایتون[4] گفته می شود. از آنجا که الکترون در ترازهای بالایی پایدار نیست، به تراز پایه فرو افت می کند و با ترکیب مجدد الکترون و حفره، لومینسانس به وقوع می پیوندد.

رنگ این نور به تفاوت انرژی بین باند هدایت و باند والانس بستگی دارد. هر چه اندازه نانو ذرات کوچکتر باشد، اختلاف انرژی بین باند هدایت و باند والانس بیشتر است که منجر به تولید رنگ آبی می شود. برای یک نانو ذره بزرگتر با اختلاف انرژی کمتر، تابش به سمت رنگ قرمز جا به جا می شود.

 

طول عمر بالا در محیطهای بیولوژیکی، پایداری و درخشندگی بالا و طول موج قابل تنظیم از جمله ویژگی های برتر این مواد نسبت به فلوروفورهای[5] متداول مثل رنگدانه های آلی، پروتئین های فلوئورسانس کننده و کی لیت های[6] لانتانید است.

ساختار نقاط کوانتومی

یک نقطه کوانتومی از سه بخش اصلی شامل هسته، پوسته و غلاف خارجی تشکیل شده است.
 

                                         

هسته کروی از یک ماده نیمه هادی مانند کادمیوم سلنید (CdSe)، کادمیوم سولفید (CdS)، کادمیم تلورید (CdTe)، ایندیم فسفات (InP) یا ایندیم آرسنید (InAs) تشکیل شده است. از آنجا که این مواد عموماً سمی هستند و باید از آزادسازی آنها جلوگیری کرد. بنابراین، سطح خارجی هسته را توسط یک لایه یکنواخت از سولفید روی (ZnS) می پوشانند. ایجاد این پوشش علاوه بر پایدارتر کردن ترکیب، میزان درخشندگی آن را نیز افزایش می دهد. از این ترکیب می توان در محیط های ارگانیک استفاده کرد اما، برای استفاده در حلال های آبی یا داخل خون در محیط بدن، باید در اطراف آن، پلیمری حاوی گروه های عامل مثل پلی اتیلن گلیکول برای حل شدن در آب کشیده شود. گروه های عامل، ترکیبات آلی دارای گروه های آمین است و همین گروه آمین باعث حل شدن نانوذرات کوانتومی در محیط آبی می شود و قابلیت اتصال به آنتی بادی یا دارو را فراهم می کند. پس از انجام این فرآیند، می توان ذرات کوانتومی را به بدن موجود زنده تزریق کرد.


 

مراجع

  1. Kanav Midha, Shipra Kalra and Manju Nagpal, “Quantum Dots in Cancer Therapy”, International Journal of Current Science and Technology, Vol. 3, 84-89, 2015.
  2. Longfei Liu, Qingqing Miao and Gaolin Liang, “Quantum Dots as Multifunctional Materials for Tumor Imaging and Therapy”, Materials 2013, 6, 483-499; doi:10.3390/ma6020483.
  3. Quantum Dots for Cancer Diagnosis and Therapy, Link: https://www.nanoshel.com/quantum-dots-for-cancer-diagnosis-and-therapy
  4. Min Fang, Chun-wei Peng, Dai-Wen Pang, and Yan Li, “Quantum Dots for Cancer Research: Current Status, Remaining Issues, and Future Perspectives”, Cancer Biol Med. 2012 Sep; 9(3): 151–163. Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3643664/
  5. Fang M, Chen M, Liu L, Li Y, “Applications of Quantum Dots in Cancer Detection and Diagnosis: A Review”, J Biomed Nanotechnol. 2017 Jan;13(1):1-16. Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29372982
  6. Hua Zhang; Douglas Yee; Chun Wang, “Quantum Dots for Cancer Diagnosis and Therapy: Biological and Clinical Perspectives”, Nanomedicine. 2008; 3(1), 83-91. .Link: https://www.medscape.com/viewarticle/574914


[1] Probe

[2] Quantum dots

[3] conductance band

[4] Exciton

[5] Flourophore

[6] Chelate

بيشتر