تأثیر آب‌گریزی سطح بر پایداری کلوئیدی نانوذرات فوتوترانوستیک
آب‌گریزی سطح به‌عنوان یکی از تنظیم‌کننده‌های کلیدی پایداری نانوذرات فوتوترانوستیک آلی شناخته شده است و اثرات متفاوت نمک و سرم را آشکار می‌کند. نانوذرات فوتوترانوستیک آلی (OPNPs) با قابلیت تنظیم عملکردهای نوری و برخورداری از ویژگی‌های متنوع ترانوسیتیک، پتانسیل بالایی برای کاربردهای زیست‌پزشکی از جمله زیست‌حسگری، تصویربرداری زیستی و درمان فوتوترمال/فتودینامیک دارند.
از آنجا که بیشتر رنگ‌های آلی ذاتاً آب‌گریز هستند و در آب مستعد خاموشی فلورسانس ناشی از تجمع‌اند، کپسوله‌سازی فیزیکی با استفاده از حامل‌های پلیمری آمفی‌فیلیک (APCs) به‌عنوان راهکار اصلی برای پراکنده‌سازی آن‌ها در محیط آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با وجود سادگی ظاهری این روش، پایداری کلوئیدی نانوذرات OPNP همچنان یکی از عوامل مهم و کمتر مورد توجه در عملکرد نهایی آن‌هاست. تجمع نانوذرات می‌تواند موجب خاموشی شدید فلورسانس در شرایط آزمایشگاهی و پاک‌سازی سریع آن‌ها توسط سیستم فاگوسیتی تک‌هسته‌ای در بدن شود و در نتیجه قابلیت اطمینان تشخیص و تجمع در تومور را کاهش دهد. با این حال، بیشتر مطالعات بر توسعه رنگ‌های جدید تمرکز دارند و APCها را به‌عنوان ماتریس‌هایی غیرفعال در نظر می‌گیرند؛ در نتیجه، نقش آب‌گریزی حامل در محیط‌های فیزیولوژیک به‌صورت مکانیسمی به‌طور کامل بررسی نشده است.
نقش آب‌گریزی در پایداری کلوئیدی نانوذرات
Leilei Tian از دانشگاه Southern University of Science and Technology چین و همکارانش این موضوع را بررسی کردند. آن‌ها با استفاده از مطالعات سیستماتیک آزمایشگاهی شامل طیف‌سنجی فلورسانس، DLS، TEM و بررسی TNS و همچنین ردیابی در بدن موش‌های دارای تومور، نشان دادند که پایداری کلوئیدی از الگویی وابسته به آب‌گریزی و محیط پیروی می‌کند. این یافته، دیدگاه متداول درباره APCها به‌عنوان حامل‌های غیرفعال را به چالش می‌کشد.
این الگوی پایداری به‌وضوح در نانوذرات مختلف مشاهده شد. نانوذرات PPV OPNP که با حامل بسیار آب‌گریز PS-b-PEG تهیه شده بودند، در آب خالص برای مدت طولانی پراکندگی یکنواخت خود را حفظ کردند، اما در محلول نمکی دچار تجمع وابسته به زمان و خاموشی فلورسانس شدند.
این ناپایداری ناشی از نمک به یک رنگ خاص محدود نبود و در نانوذرات OPNP حاوی PFBT و سایر رنگ‌ها نیز مشاهده شد. آزمایش‌های مکانیسمی با کنترل متغیرها نشان دادند که Na⁺ عامل اصلی ایجاد تجمع است و این اثر با افزایش غلظت نمک و دما تشدید می‌شود.
تأثیر آب‌گریزی حامل بر تحمل نمک
مهم‌تر از همه، آب‌گریزی حامل میزان تحمل نانوذرات در محیط نمکی را تعیین می‌کند. تغییر نسبت بارگذاری نتوانست پایداری حامل‌های استایرنی بسیار آب‌گریز را حفظ کند، در حالی که افزایش نسبت حامل در APCهای کم‌آب‌گریزتر مانند DSPE-PEG، PCL-b-PEG و F127 توانست پایداری آن‌ها را در محیط نمکی بهبود دهد.
با این حال، عملکرد نانوذرات مبتنی بر PS-b-PEG در بدن با نتایج حاصل از آزمایش‌های محیط نمکی متفاوت بود. این نانوذرات دارای نیمه‌عمر گردش خونی ۴٫۶ ساعت، تجمع بیشتر در تومور و گیر افتادن کمتر در کبد نسبت به نمونه‌های کم‌آب‌گریزتر بودند.
نقش آلبومین در پایداری نانوذرات در خون
این نتیجه غیرمنتظره به حضور آلبومین سرم نسبت داده شد. آلبومین می‌تواند از طریق برهم‌کنش‌های آب‌گریز روی سطح بسیار آب‌گریز نانوذرات جذب شود و یک کرونای محافظ ایجاد کند که پایداری کلوئیدی نانوذرات را در محیط خون حفظ می‌کند.
شواهد حاصل از آزمایش‌های مربوط به حامل‌های خالی، بررسی TNS و تحلیل مورفولوژی در سرم، وجود یک مکانیسم دوگانه و وابسته به محیط را نشان دادند.
در محیط نمکی، ⁺Na باعث آب‌زدایی و جمع‌شدن زنجیره‌های PEG می‌شود و در نتیجه بخش‌های آب‌گریز سطح نانوذرات را در معرض محیط قرار می‌دهد و تجمع ذرات بسیار آب‌گریز را افزایش می‌دهد.
در خون، این ذرات از آب‌گریزی بالای خود برای جذب آلبومین استفاده می‌کنند. آلبومین با تشکیل یک کرونای محافظ، یکپارچگی کلوئیدی نانوذرات را حفظ می‌کند. در مقابل، نمونه‌های کم‌آب‌گریزتر ممکن است در اثر ورود پروتئین‌های سرم دچار ناپایداری شوند که می‌تواند به اختلال در ساختار میسل و تجمع رنگ آزادشده منجر شود.
جمع‌بندی
این پژوهش آب‌گریزی سطح را به‌عنوان عامل کلیدی تعیین‌کننده پایداری کلوئیدی نانوذرات فوتوترانوستیک آلی معرفی می‌کند و نشان می‌دهد که پایداری در محیط نمکی الزاماً نمی‌تواند رفتار نانوذرات در بدن را پیش‌بینی کند.
نتایج همچنین دو مکانیسم متفاوت، یعنی تجمع القاشده توسط نمک و پایدارسازی توسط پروتئین‌های سرم را آشکار می‌کنند. این یافته‌ها چارچوبی منطقی برای طراحی نانوذرات فوتوترانوستیک متناسب با کاربردهای مختلف فراهم کرده و می‌توانند در درک مکانیسم‌های پایداری و توسعه نانومواد فوتوترانوستیک آلی برای کاربردهای زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار گیرند.
