هدف اصلی این پژوهش، طراحی و سنتز یک ساختار ماکرومولکولی به منظور رسانش کنترل شده و مؤثر مولکول نیتریک اکسید (NO) به بافت های هدف است. در این راستا نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل با مولکول های ارگانوسیلان حاوی گروه عاملی تیول نوع 3 (3° SH)، طی برقراری پیوند کووالانسی، اصلاح شدند.
مولکول نیتریک اکسید به صورت طبیعی در بدن تولید می شود و به عنوان یک پیام رسان شیمیایی ایفای نقش می نماید. نیتریک اکسید در تنظیم بسیاری از فعالیت های فیزیولوژیک و پاتولوژیک بدن نقش دارد و افزایش یا کاهش غلظت آن از مقدار مشخص، منجر به بروز اثرات متفاوت در بدن می شود. به عنوان مثال مقادیر پایین نیتریک اکسید (pM-nM) منجر به کاهش التهاب می شود، در حالی که مقادیر بالای آن (nM-µM) در مقابله با عوامل بیماری زا مؤثر است. نیمه عمر کوتاه، محدودیت انتشار و واکنش پذیری بالا با سایر گونه های موجود در محیط علاوه بر گونه هدف، منجر به محدود شدن کاربرد این مولکول به منظور اهداف درمانی می شود. به منظور رفع این چالش و رسانش مؤثر مولکول NO به بافت هدف، از حامل های شیمیایی موسوم به دهنده های نیتریک اکسید (NO donors) استفاده می شود. این حامل های شیمیایی، امکان ذخیره سازی و رهایش کنترل شده نیتریک اکسید در محل بافت هدف را فراهم می سازند. مولکول های کوچک دهنده NO، که دارای گروه های N- دیازنیوم دی اولات (NONOate) یا S- نیتروزوتیول (RSNO) هستند، به دلیل دارا بودن ویژگی هایی نظیر سهولت سنتز، پایداری در حین ذخیره سازی و توانایی رهایش کنترل شده NO، به طور گسترده در مطالعات زیستی مورد استفاده قرار می گیرند. با این وجود، به دلیل دارا بودن محدودیت هایی نظیر حلالیت کم در آب، دور شدن سریع از بافت هدف و رهایش سریع در ثانیه های ابتدایی، استفاده از دهنده های NO با چالش روبرو است. در راستای رفع چالش های مذکور استفاده از ماکرومولکول هایی نظیر پلیمرهای دارای شاخه های جانبی متعدد، دندریمرها و پلی ساکاریدها و همچنین نانو ذرات مورد توجه قرار گرفته است.
در این پژوهش، مولکول های ارگانوسیلان حاوی جزء تیول نوع 3 (NAPTMS) سنتز شدند. بخش تیولی از واکنش (3- آمینوپروپیل) تری متوکسی سیلان (APTMS) و N- استیل- D- پنسیلامین تیولاکتون (NAP-Thiolactone) حاصل شد. مولکول های ارگانوسیلان مذکور از طریق برقراری پیوند کووالانسی به سطح نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل متصل شدند. نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل به دلیل دارا بودن سطح ویژه خیلی زیاد، طی فرآیند اصلاح، دارای تعداد زیادی گروه عاملی تیول نوع 3 می شوند و به این ترتیب امکان بارگیری و ذخیره سازی مؤثر نیتریک اکسید به میزان قابل توجه را فراهم می سازند. نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل اصلاح شده با گروه های تیول نوع 3 (MSN-NAP) پس از فرآیند نیتروزاسیون به نانو ذرات دارای گروه های S- نیتروزوتیول نوع 3 (MSN-SNAP) تبدیل می شوند. به این ترتیب، نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل قابلیت ذخیره سازی نیتریک اکسید و رهایش کنترل شده آن در محل بافت هدف را دارا می شوند.
بر مبنای آزمون های صورت پذیرفته، هر میلی گرم از نانو ذرات سیلیکا مزومتخلخل اصلاح شده در این پژوهش، امکان ذخیره سازی 15/0 ± 39/1 میکرومول از NO را دارد. این مقدار تقریباً 10 برابر مقادیر گزارش شده برای سیستم S- نیتروزوتیول نوع 3 (3° RSNO) می باشد. علاوه بر این، ساختار ماکرومولکولی سنتز شده در این پژوهش، قابلیت آزاد سازی کنترل شده و پایدار نیتریک اکسید برای مدت زمان بیش از 24 ساعت در شرایط فیزیولوژیک را دارا است.
ساختار ماکرومولکولی دهنده NO ارائه شده در این پژوهش، گزینه ای مطلوب برای کاربردهای زیست پزشکی، نظیر کاهش التهاب و ترمیم زخم، با هدف رسانش پایدار و کنترل شده نیتریک اکسید در مقادیر پایین (pM-nM) محسوب می شود. از سوی دیگر، به دلیل ظرفیت بالای این ساختار در بارگیری و ذخیره سازی نیتریک اکسید، همانند یک مخزن خارجی نیتریک اکسید عمل می نماید. در این حالت از طریق تحریک کاتالیستی با استفاده از محرک هایی نظیر یون های فلزی، گرما یا نور امکان تجزیه ساختار و آزاد شدن غلظت بالای NO وجود دارد. ویژگی مذکور استفاده از این چارچوب ماکرومولکولی برای سایر کاربردهای زیست پزشکی نظیر درمان های ضد میکروبی را میسر می سازد.
Kumar, R., Ramrattan, T.D. and Schoenfisch, M.H., 2025. Tertiary S-Nitrosothiol functionalized mesoporous silica nanoparticles for nitric oxide delivery. ACS Applied Nano Materials, 8(39), pp.18806-18816.
ACS Appl. Nano Mater. (2025) 8 (39): 18806–18816
