تصویر بردارى زیستى به کمک نانوذرات

کاربردهاي بيومديکال نانوذرات در تصوير برداري مولکولي، دارورساني و درمان باعث ظهور زمينه “نانوپزشکي” شده اند و پيشرفت هاي قابل توجهي در دهه هاي اخير در سراسر دنيا گزارش شده است. نسل جديدي از پروب هاي تصوير برداري (يا عوامل کنتراست) و استراتژي های نوآورانه براي تصوير برداري چند مُدی با بازده بالا توجه بسياری را به خود جلب کرده و در کاربرد های پيش کلينيکي موفق بوده است. با اين پيش زمينه در اين مقاله اصول و پيشرفت های اخير اين زمينه براي ترسيم چشم اندازی کلي مورد بحث قرار خواهد گرفت.

نانوتکنولوژی يا به عبارت ديگر نانوتک در دهه هاي اخير پيشرفت خيره کننده ای در همه زمينه های علم و فناوری از جمله زمينه های زيست شناسی و پزشکی داشته است. امروزه علم نانو تنها به سنتز، شناسايی و تهيه ساده نانومواد محدود نيست بلکه راه خود را به کاربرد های نهايی و مهندسی حتی در بخش های صنعتی همچون الکترونيک، مخابرات، انرژی، هوافضا و طبعاً زيست پزشکي گشوده است. طبق تعريف NNI ذرات نانوسايز با قطری بين ۱ الي ۱۰۰ نانومتر شناخته مي شوند. اين مواد خواص نوری، الکتريکی و ساختاري ويژه اي از خود نشان مي دهند که آن ها را از مواد با اندازه بزرگ تر و همچنين از اتم ها و مولکول هاي سازنده متمايز مي کند. استفاده از اين مواد در پزشکی هم در زمينه های پيش- کلينيکی و هم در پژوهش های کلينيکی در سراسر جهان شناخته شده است.

در دهه های اخير تکنيک های سنتی تصوير برداری برای تحقيقات روتين و استفاده های کلينيکی گسترش بسياری يافته اند. اين تکنيک ها از جمله تصوير برداری نوری، توموگرافی محاسبه شده، تصوير برداری رزونانس مغناطيسی، اولتراسوند و تصوير برداری راديوايزوتوپ به طور عام در زمينه های مختلف از تصوير برداری تحقيقاتی از حيوانات کوچک گرفته تا تصوير برداری پيش- کلينيکی و تصوير برداری کلينيکی از بدن انسان، تشخيص پزشکی و حتی درمان مورد استفاده اند.
تفاوت تصوير برداری مولکولی نسبت به تصوير برداری سنتي در پروب هايی است که به نام بيومارکر شناخته مي شوند و به طور کاملاً انتخابی با محيط اطراف اندرکنش می کنند و به نوبه خود با تغييرات مولکولی در ناحيه مورد نظر روی تصوير تأثير می گذارند.

تصوير برداری مولکولی

از ميان کاربرد هاي نانوپزشکي، تصوير برداري مولکولي يکي از زمينه هاي جذاب و در حال پيشرفت سريع است. طبق تعريف جامعه پزشکي هسته اي، تصوير برداري مولکولی “تجسم، شناخت و اندازه گيری فرآيند های زيستی در سطح مولکولی و سلولی انسان و ساير ارگانيسم هاست” زمينه ای بين رشته ای که شيمی، بيولوژی، داروسازی و پزشکی را برای تشخيص فرآيند های زيستی چه به صورت درون بافت زنده و چه به صورت آزمايشگاهی ترکيب مي کند و به کمک آن مي توان تغييرات فيزيولوژيک را تعيين کرد و براي تشخيص آناتوميک تغييرات به کار بست که اطلاعات کلينيکی قيمتي برای انتخاب استراتژی درمان در مورد بيماری های مختلف از جمله سرطان، التهاب، سکته، تصلب شريان، آلزايمر و بسياری ديگر به دست مي دهد. به علاوه نانوذرات قابل طراحي به عنوان حامل در دارورساني و همچنين حمل ژن مورد مطالعه قرار گرفته اند.

نانومواد

انتظار مي رود ذرات داراي ابعاد در محدوده نانومتری به علت داشتن خواصی چون سطح ويژه بسيار بالا و عامل دار بودن ذاتی و قابليت اصلاح ساختاری و سطحی رفتار های فيزيکی و زيستی ويژه ای از خود نشان دهند. همچنين اندرکنش آن ها با مولکول های زيستی قابل توجه است. اصلاح اين مواد براي تغيير در کينتيک دارويی، افزايش طول عمر شريانی، بهبود قابليت آن ها براي ورود به جريان خون و حصول اطمينان از پخش شدن آن ها در بافت زنده و رهاسازی کنترل شده داروی مورد نظر انجام مي پذيرد. به علاوه با جفت کردن ليگاند های هدف دار با نانومواد می توان توانايی هدف گيری دقيق ناحيه بيماری را در آن ها ايجاد نمود. در اين مقاله تنها کاربرد های تصوير برداری نانومواد مّد نظر است و از بحث بيش تر در باب دارورسانی پرهيز مي شود.

به علاوه با جفت کردن لیگاند های هدف دار با نانومواد می توان توانایی هدف گیری دقیق ناحیه بیماری را در آن ها ایجاد نمود. در این مقاله تنها کاربرد های تصویر برداری نانومواد مّد نظر است و از بحث بیش تر در باب دارورسانی پرهیز می شود در دهه های اخیر تکنیک های سنتی تصویر برداری برای تحقیقات روتین و استفاده های کلینیکی گسترش بسیاری یافته اند.

این تکنیک ها از جمله تصویر برداری نوری، توموگرافی محاسبه شده، تصویر برداری رزونانس مغناطیسی، اولتراسوند و تصویر برداری رادیوایزوتوپ به طور عام در زمینه های مختلف از تصویر برداری تحقیقاتی از حیوانات کوچک گرفته تا تصویر برداری پیش- کلینیکی و تصویر برداری کلینیکی از بدن انسان، تشخیص پزشکی و حتی درمان مورد استفاده اند.تفاوت تصویر برداری مولکولی نسبت به تصویر برداری سنتی در پروب هایی است که به نام بیومارکر شناخته می شوند

و به طور کاملاً انتخابی با محیط اطراف اندرکنش می کنند و به نوبه خود با تغییرات مولکولی در ناحیه مورد نظر روی تصویر تأثیر می گذارند.در ادامه به عنوان یک مطالعه موردی جالب، استفاده از نانوذرات اکسید آهن سوپر پارامغناطیس به عنوان عامل سازنده کنتراست در MRI مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با پیشرفت سریع نانوتکنولوژی، روش های سنتز متفاوتی برای بدست آوردن این نانوذرات با بلورینگی، سایز و توزیع اندازه و همچنین پوشش های متفاوت گسترش یافته اند. در کمتر از یک اندازه بحرانی نانوذرات اکسید آهن دارای یک دومین مغناطیسی هستند و خاصیت سوپرپارامغناطیس از خود نشان می دهند

البته خواص مغناطیسی نانوذرات به سایز و شکل ذرات، میکروساختار و فاز شیمیایی آن ها بستگی دارد. این نانوذرات پتانسیل عظیمی برای کاربرد های زیست پزشکی گوناگون دارند که در جدول ۱ خلاصه آن ها مشاهده شد. این نانوذرات به علت داشتن میدان مغناطیسی بزرگ و همچنین خواص سطحی مناسب هم برای کاربرد های MRI درون بافت زنده و هم در آزمایشگاه مناسب اند.

بر حسب اندازه هیدرودینامیک، نانوذرات اکسید آهن به سه دسته تقسیم می شوند:هدف گیری مولکول های سطحی سلول ها با اکسید آهن ممکن است . همچنین رسپتور های خاص همچون Her-2/Neu به کمک نانوذارت آهن به صورت رزونانس مغناطیسی قابل نشان گذاری است . همچنین تشخیص مولکولی پلاک های تصلب شریانی به کمک این نانوذرات گزارش شده است.

پپتید انتخاب شده با نمایش باکتری خوار روی USPIO پیوند زده شد و نانوسیستم حاصل روی سلول های شریان سیاهرگ بطنی اندوتلیوم انسانی و سپس با MRI روی موش آزمایش شد. کاربرد های پزشکی و زیستی نانومواد (نانوذرات، نانوسیالات مغناطیسی و غیره) در سطح جهانی مورد توجه وسیع هستند. در تمام موارد اندازه، توزیع اندازه و شیمی سطح پارامتر های اساسی در کنترل و بهینه سازی اثر و زیست فعالی مواد هستند.

البته نمی توان یک نوع ماده را برای تمام کاربرد های زیستی ساخت و گسترش داد و نیاز به تحقیق و توسعه فراوان برای تبدیل کاربرد های بالقوه به فعل احساس می شود. لازم است پروتکل هایی برای سنتز و اصلاح نانومواد در کاربرد های زیستی تدوین شود. توجه به این نکته ضروری است

که دانش اثر نانوذرات بر سلامت انسان بسیار محدود است بنابراین مطالعات نانوسم شناسی روی اثرات نانوساختار های مصنوع بر ارگانیسم های زنده از اهمیت بالایی برخوردار است

همچنين جدول ۱برخی از مهم ترين نانومواد مورد استفاده در نانوپزشکی و کاربرد های آن ها را خلاصه می کند.

جدول ۱) ويژگی های چند دسته نانوذره مهم و کاربرد های زيست پزشکی آن ها

نانوذرات سوپرپارامغناطيس آهن

در ادامه به عنوان يک مطالعه موردی جالب، استفاده از نانوذرات اکسيد آهن سوپر پارامغناطيس به عنوان عامل سازنده کنتراست در MRI مورد بررسي قرار خواهد گرفت. با پيشرفت سريع نانوتکنولوژی، روش های سنتز متفاوتی براي بدست آوردن اين نانوذرات با بلورينگي، سايز و توزيع اندازه و همچنين پوشش های متفاوت گسترش يافته اند. در کمتر از يک اندازه بحراني نانوذرات اکسيد آهن داراي يک دومين مغناطيسی هستند و خاصيت سوپرپارامغناطيس از خود نشان مي دهند البته خواص مغناطيسی نانوذرات به سايز و شکل ذرات، ميکروساختار و فاز شيميايی آن ها بستگی دارد. اين نانوذرات پتانسيل عظيمی براي کاربرد های زيست پزشکی گوناگون دارند که در جدول ۱ خلاصه آن ها مشاهده شد. اين نانوذرات به علت داشتن میدان مغناطيسی بزرگ و همچنين خواص سطحی مناسب هم برای کاربرد های MRI درون بافت زنده و هم در آزمايشگاه مناسب اند. بر حسب اندازه هيدروديناميک، نانوذرات اکسيد آهن به سه دسته تقسيم مي شوند:

۱ –اکسيد آهن سوپرپارامغناطيس بسيار کوچک که قطر هيدروديناميک کمتر از ۵۰ نانومتر دارند. که البته خود به دسته های کوچک تری هم تقسيم مي شوند که از حوصله بحث خارج است.
۲ – اکسيد آهن سوپرپارامغناطيس که قطر هيدروديناميک بزرگ تر از ۵۰ نانومتر دارد.
۳ –ذرات اکسيد آهن ميکرون

نانوذرات اکسيد آهن به عنوان پروب های مولکولی در MRI

هدف گيری مولکول های سطحی سلول ها با اکسيد آهن ممکن است . همچنين رسپتور های خاص همچون Her-2/Neu به کمک نانوذارت آهن به صورت رزونانس مغناطيسی قابل نشان گذاری است . همچنين تشخيص مولکولی پلاک های تصلب شريانی به کمک اين نانوذرات گزارش شده است. پپتيد انتخاب شده با نمايش باکتری خوار روي USPIO پيوند زده شد و نانوسيستم حاصل روي سلول های شريان سياهرگ بطنی اندوتليوم انسانی و سپس با MRI روی موش آزمايش شد. 

نتيجه گيری

کاربرد های پزشکی و زيستی نانومواد (نانوذرات، نانوسيالات مغناطيسي و غيره) در سطح جهانی مورد توجه وسيع هستند. در تمام موارد اندازه، توزيع اندازه و شيمی سطح پارامتر های اساسي در کنترل و بهينه سازي اثر و زيست فعالي مواد هستند. البته نمي توان يک نوع ماده را براي تمام کاربرد هاي زيستي ساخت و گسترش داد و نياز به تحقيق و توسعه فراوان براي تبديل کاربرد هاي بالقوه به فعل احساس مي شود. لازم است پروتکل هايی براي سنتز و اصلاح نانومواد در کاربرد هاي زيستی تدوين شود. توجه به اين نکته ضروری است که دانش اثر نانوذرات بر سلامت انسان بسيار محدود است بنابراين مطالعات نانوسم شناسی روی اثرات نانوساختار های مصنوع بر ارگانيسم های زنده از اهميت بالايی برخوردار است.

ترمیم بافت استخوان با فناوری نانو در البرز

محققان ایرانی موفق به ترمیم بافت استخوانی با نانو بیوسرامیک‌های نوین شدند.

عضو هیأت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی گفت: با همکاری مرکز تحقیقاتی درمانی ناباروری دانشگاه علوم پزشکی یزد به بررسی ترمیم بافت استخوان آسیب دیده در موش صحرایی با بیوسرامیک نانوساختاری بر پایه کلسیم منیزیم سیلیکات (مرونیت) و مقایسه آن با پودر هیدروکسی آپاتیت تجاری پرداختیم که مهم‌ترین کاربرد این طرح در صنایع پزشکی و مهندسی پزشکی خواهد بود.

«علی حافظی» افزود: بیوسرامیک‌های فسفات کلسیم، به‌ویژه پودرهیدروکسی آپاتیت (HA)، به دلیل شباهت زیاد به ترکیب معدنی موجود دربافت‌های سخت، به‌طورگسترده به‌عنوان ایمپلنت استخوان مورد استفاده قرارمی‌گیرد؛ با این حال، محدودیت‌هایی نظیر مقاومت فشاری و تافنس شکست پایین کاربردهای گسترده‌تر آن را برای ترمیم بافت استخوان محدود کرده است.
وی اضافه کرد: درسال‌های اخیر، مرونیت به دلیل افزایش تکثیر سلولی بیشتر و خواص مکانیکی بهتر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است.
همچنین مطالعات انجام شده نشان داده است که استئوبلاست‌ها (سلول‌های استخوان‌ساز) فعالیت‌ تکثیری بهتری روی مرونیت نسبت به HA از خود نشان می‌دهند.
عضو هیأت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی و محقق این طرح در این باره اظهارکرد: در این کارتحقیقاتی که در ادامه پایان‌نامه دکترای من ومنتج از طرح پژوهشی مشترک با مرکز تحقیقاتی درمانی ناباروری دانشگاه علوم پزشکی یزد بود، ما به دنبال بررسی میزان استخوان‌سازی ترکیبی برپایه کلسیم منیزیم سیلیکات یا همان مرونیت و مقایسه نتایج آن با پودر هیدروکسی آپاتیت که در ترمیم استخوان متداول است، بودیم.
حافظی درمورد مراحل انجام این تحقیقات تصریح کرد: درابتدا مرونیت به روش سل ‌ـ ژل سنتزشد و خواص فیزیکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت؛ سپس با انتخاب ۲۴ موش صحرایی ۳ تا ۴ ماهه با وزن مشخص و تقسیم آنها به ۳ گروه ۸ تایی حفره‌هایی در استخوان ران آنها ایجاد شد.
وی ادامه داد: در ادامه در یک گروه این حفره‌ها با پودرمرونیت و درگروهی دیگر با پودر هیدروکسی آپاتیت پرشد؛ گروه آخرهم بدون این‌که حفره با ماده‌ای پرشود، به‌عنوان گروه کنترل انتخاب شد سپس با گذشت زمان ۲ و ۸ هفته مطالعات هیستولوژیکی روی این گروه‌ها صورت گرفت و به مقایسه نتایج به دست آمده پرداخته شد.
محقق این طرح افزود: نتایج نشان داد که استخوان‌سازی و رگ‌زایی مرونیت درمحدوده گسترده‌ترو با سرعت بیشتری در مقایسه با گروه‌های دیگر ایجاد شد چرا که فعالیت استئوبلاست‌ها روی مرونیت نانوساختار درمقایسه با هیدروکسی آپاتیت میکرونی افزایش قابل ملاحظه‌ای داشت. این محقق ادامه داد: بنابراین با انجام بررسی‌های تکمیلی می‌توان به کاربرد این ماده به‌عنوان جایگزین مناسب استخوان با قابلیت رگ‌زایی و افزایش فعالیت سلولی امیدوار بود. به گفته حافظی، وی و همکارانش در ادامه این طرح به دنبال ساخت داربست‌هایی از کامپوزیت‌های این ماده به همراه پلیمرهای زیست سازگار هستند.

موفقیتی دیگر در مسیر ترمیم بافتهای استخوانی با فناوری نانو

محققان دانشگاه شیراز در پژوهشی آزمایشگاهی، نانوکامپوزیت‌ پروتئینی را تولید کرده‌اند که می‌توان از آن به‌منظور ترمیم بافت‌های استخوانی استفاده کرد.

سادات شجاعی، مجری طرح اظهار کرد: مهندسی بافت علمی است که با به کارگیری روش‌های نوین به تولید بافت‌های بدن به‌منظور ترمیم آسیب‌دیدگی آن‌ها می‌پردازد. بدین صورت که با ساخت داربست‌های سه‌بعدی به شکل بافت‌های مختلف بدن و اعمال سلول‌های قابل رشد درون آن‌ها، زمینه‌ رشد سلول‌ها در محیط بدن را فراهم می‌آورند. ترمیم بافت‌های استخوانی یکی از مهم‌ترین شاخه‌های این علم بشمار می‌رود که تا کنون تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه انجام‌ شده است.

وی با اشاره به گام‌های مهم برداشته شده به‌سوی استفاده از مهندسی بافت جهت درمان آسیب‌های شدید اسکلتی به‌ صورت کلینیکی گفت: هدف از انجام این طرح، تولید و معرفی یک داربست استخوانی است که عملکرد آن از نقطه نظرهای خواص مکانیکی، زیست سازگاری، زیست فعالی و قابلیت بازسازی استخوان نسبت به نمونه‌های مشابه بهبود یافته است.

مجری طرح در رابطه با خصوصیات برتر این داربست استخوانی نانوکامپوزیتی افزود: ساختار جدید معرفی شده در طرح حاضر، قابلیت این را دارد که تعداد بسیار بیشتری از سلول‌های استخوانی را در حجم کم جای دهد. به‌علاوه که خواص مکانیکی داربست‌های سنتی را نیز داراست. بر همین اساس، از کارایی بیشتری برای بازتولید بافت طبیعی استخوان برخوردار است.

وی با تاکید بر این‌که برخی از خواص مکانیکی و زیستی این نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با نمونه‌های مشابه بهینه شده است، تصریح کرد: هیدروژل‌های پروتئینی به دلیل خواص مکانیکی بسیار ضعیف عموماً تنها برای ترمیم بافت‌های نرم مورد توجه هستند. با این حال این مواد خواص بی‌نظیری از قبیل برهمکنش عالی با سلول‌ها و توانایی کپسوله کردن تعداد بسیار زیادی سلول را در حجم کم دارا هستند. نتیجه‌ حاصل از این طرح یک داربست سه‌بعدی نانوکامپوزیتی متشکل از نانوذرات استخوانی، هیدروژل پروتئینی و نانوالیاف پلیمری است. در واقع نانوالیاف کامپوزیتی پلیمری نقش استحکام‌بخشی مکانیکی را ایفا کرده و هیدروژل پروتئینی خواص زیستی داربست را تأمین می‌کند.

دکتر سادات شجاعی درباره روند دستیابی به اهداف مورد نظر این پژوهش گفت: ابتدا نانوذرات استخوانی (هیدروکسی آپاتیت) با قابلیت زیست سازگاری و زیست فعالی بالا با روشی بهینه سنتز شدند تا بتوان از آن‌ها برای ساخت داربستی زیست فعال استفاده کرد. در ادامه یک هیدروژل پروتئینی با روش‌های شیمیایی خاص اصلاح شد، تا قابلیت ایجاد پیوندهای عرضی در مولکول‌های پروتئین ایجاد شود. همچنین برای شبیه‌سازی هر چه بیشتر داربست استخوانی به ECM طبیعی انسان، با به‌کارگیری روش الکتروریسی، یک لایه نانوکامپوزیتی الکتروریس شده از یک پلی‌استر و نانوذرات استخوانی تهیه شد. در نهایت یک قطعه‌ سه‌بعدی پیچیده‌ متشکل از هیدروژل پروتئینی اصلاح شده، نانوذرات استخوانی و لایه‌ نانوکامپوزیتی الکتروریس شده تولید شد و آزمون‌های مربوطه جهت ارزیابی عملکرد این قطعه صورت گرفت.

مجری طرح خاطرنشان کرد: بر اساس نتایج تحلیل‌های سلولی، سلول‌های استخوانی به مرور زمان تشکیل یک شبکه سه‌بعدی را در سرتاسر ساختار کامپوزیتی می‌دهند که نتیجه‌ مستقیم آن تسریع در روند بهبود استخوان آسیب دیده خواهد بود. به‌علاوه، به دلیل حضور نانوذرات زیست فعال توزیع شده در لایه‌های داربست، ایجاد جوانه‌های استخوانی در زمانی کوتاه میسر شده است.

نتایج این تحقیقات که حاصل تلاش‌های دکتر مهدی سادات شجاعی، عضو هیأت علمی دانشگاه شیراز و دکتر محمدتقی خراسانی و دکتر احمد جمشیدی از اعضای هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر است، در مجله‌ Chemical Engineering منتشر شده است.

در دانشگاه علوم پزشکی تهران؛

استخوان آسیب دیده با فناوری نانو ترمیم می شود

محققان دانشگاه علوم پزشکی تهران با همکاری پژوهشگران دانشگاه صنعتی بابل موفق به ساخت نانوکامپوزیت هایی شدند که می تواند استخوان آسیب دیده را ترمیم کند.

به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو،بازسازی بافت استخوان معیوب و عوارض مربوط به عمل جراحی همچون عفونت محل شکستگی، از نگرانی‌های عمده در جراحی ارتوپدی است. از این رو، توسعه‌کامپوزیت‌های ضدباکتریایی به منظور بهبود فرایند استخوان‌سازی اهمیت بالایی دارد.  

دکتر شیما توکل، یکی از مجریان طرح «طراحی و ساخت نانو کامپوزیت هایضد باکتری برای ترمیم استخوان» گفت:در این مطالعه دو گونه‌ نانوکامپوزیت مختلف به منظور ترمیم استخوان و کاهش عفونت در محل ضایعه طراحی شدند. مواد استفاده شده در این کامپوزیت‌ها در مقادیر معین، کاملاغیرسمی و سازگار با بدن هستند واز طرفی قیمت تمام شده‌نانوکامپوزیت هم پایین و مقرون به صرفه است.

وی ادامه داد:در این طرح نانوکامپوزیت هیدروکسی آپاتیت-کیتوسان حاوی نانوذرات نقره و سیلیسیوم توسط یک روش هیبریدیزاسیون مولکولی آماده شد.

به گفته وی، هدف از این کار نشان دادن اثر اندازه، زبری سطح و ساختار شیمیایی نانوکامپوزیت‌های ذکر شده در سمیت سلولی و فعالیت ضدباکتری بر سلول‌های استخوان‌ساز (استئوبلاست) انسان و باکتری اشرشیاکولی بود.

وی افزود: نتایج نشان داده که نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات نقره نسبت به نانوکامپوزیت حاوی سیلیسیوم، درصد زنده بودن سلول و فعالیت ضدباکتری بالاتری را القا می‌کنند.

به گفته‌ توکل، ادغام نانوذرات نقره با نانوکامپوزیت، مانع از انتشار سریع یون‌های نقره شده و پتانسیل ایجاد سمیت در سلول‌ها را محدود می‌کند. در نتیجه، توان بازسازی بالای استخوان نانوکامپوزیت نقره و زیست سازگاری خوب و همچنین فعالیت ضدباکتری مناسب، آن را به گزینه‌مناسبی به عنوان پرکننده در محل شکستگی استخوان آسیب دیده تبدیل می‌ کند.

وی خاطرنشان کرد: با تکمیل مطالعات در استفاده از این نتایج و تولید انبوه این ماده، می‌توان از طریق جلوگیری از مشکلات مربوط به عفونت استخوانی و تسریع روند ترمیم استخوان، به کاهش هزینه‌های وارد شده بر سیستم سلامت کشور کمک کرد.

توکل نحوه‌ساخت و بررسی این نانوکامپوزیت‌ها گفت: در این مطالعه، نانوذرات نقره و یا پلی دی میتیل سیلوکسان به ترکیب بهینه‌کیتوسان- نانوهیدروکسی آپاتیت اضافه شد و اجازه داده شد تا ترکیب کامپوزیتی بصورت درجا ساخته شود. اندازه ذرات، زبری سطح، تولید اکسیژن واکنش پذیر و زیست فعالی نانوکامپوزیت‌ها توسط پراش اشعه X، میکروسکوپ نیروی اتمی، روش DPPH و طیف سنجی مرئی UV-SEM، مورد مطالعه قرار گرفت.

وی عنوان کرد: آزمون شمارش کلنی‌های باکتریایی، آزمون MTT و آزادسازی لاکتات دهیدروژناز (LDH) نیز به عنوان آزمایش فعالیت ضد باکتری و زیست سازگاری انجام شد.

بر اساس اعلام ستاد نانو، مطالعات نشان داده‌اند که درکنار خاصیت ضد باکتریایی نانونقره، نانونقره خاصیت ترمیم کنندگی استخوان را نیز دارد. همچنین این نانوکامپوزیت اگرچه خاصیت ضدباکتریایی خوبی نشان می‌دهد، اما بر روی سلول‌های یوکاریوت(مثل سلول پستانداران و جانورانی بغیر از باکتری و ...) اثرات صدمه زننده‌ای ندارد. در نتیجه می‌توان چنین فرض کرد که این نانوکامپوزیت می‌تواند منجر به ترمیم استخوان و جلوگیری از عفونت در محل ضایعه‌استخوانی شود. البته برای بررسی این فرضیه باید مطالعات بیشتری صورت بپذیرد.

این نانوکامپوزیت زیست سازگار و حاوی نانوذرات ضد باکتری است و در بررسی‌های آزمایشگاهی قادر به جلوگیری از رشد باکتری و بخش دیگر نانوکامپوزیتی آن قادر به بازسازی استخوان در محل آسیب دیده بوده است.  

این مطالعات حاصل تلاش‌های دکتر شیما توکل، دکتر سید مهدی رضایت، دکتر محسن جهانشاهی- عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی بابل و مهندس محمدرضا نیک پور است. نتایج این کار در مجله

‌ Journal of Nanoparticle Research)جلد ۱۶، شماره ۱، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱-۲۶۲۲ تا ۱۳-۲۶۲۲) به چاپ رسیده است.

دستاورد محققان کشور در ترمیم استخوان با نانو داربست مرجانی

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از ترکیب مرجان دریایی در بستر پلیمری نانولیفی داربست‌­هایی را عرضه کردند که قادر است در کمتر از 3 ماه بافت یکپارچه استخوانی را تولید کند.

فاطمه حجازی محقق طرح با بیان این که در این تحقیقات داربست‌های نانولیفی برای ترمیم بافت استخوان تولید کردیم، گفت: داربست‌های نانو لیفی به دلیل شباهت ساختاری به ماتریس برون سلولی طبیعی بدن، بسیار مناسب برای رشد و تکثیر سلول‌ها است.

وی با بیان این که در صورت طراحی سه­بعدی این داربست‌های نانولیفی سلول‌ها می­‌توانند در یک محیط سه بعدی رشد کرده و عملکردهای طبیعی خود را بیان کنند، اظهار کرد: از این رو در این مطالعات ما از ساختارهای سه بعدی نانو لیفی بهره بردیم تا با ترغیب سلول‌ها به رشد، تکثیر و تمایزات استئوژنیک، بازسازی بافت استخوان را ارتقاء بخشیده و ترمیم آسیب استخوانی را تسریع بخشیم.

محقق طرح با تاکید بر این که در این پروژه از روش الکتروریسی اصلاح شده استفاده کردیم، خاطرنشان کرد: با استفاده از این روش توانستیم داربست‌های نانو لیفی سه بعدی و ضخیم تولید کنیم تا امکان استفاده از آنها برای هر نوع آسیبی با هر ابعادی فراهم شود.

وی از کاربرد مرجان دریایی در این داربست­ها برای اولین بار خبر داد و یادآور شد: در کنار فاز پلیمری داربست از مرجان دریایی استفاده شد؛ چرا که مرجان‌ها به دلیل ساختار ویژه خود خواص استخوان سازی شدیدی در داربست ایجاد می‌­کند که این امر به بازسازی استخوان آسیب دیده کمک می­‌کند.

حجازی با تاکید بر این که در این طرح از مزایای ساختارهای پلیمری نانولیفی همراه با خواص استئوژنیک مرجان دریایی برای ترمیم نقص­های استخوانی بهره جستیم، توضیح داد: استفاده در زمینه­‌های پزشکی و به میزان بسیار کم از مرجان‌های دریایی خلیج فارس دریچه جدیدی در استفاده بهینه از این منبع ملی می­‌گشاید.

این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر اضافه کرد: داربست­‌های تهیه شده از خواص مکانیکی بالایی برخوردارند و تا زمان ترمیم بافت استخوان قادر به تحمل بارهای وارده هستند.

وی ادامه داد: مطالعات سلولی برون تنی (In Vitro) نشان دادند که این داربست‌ها هیچ سمیتی برای بدن ایجاد نکرده و بستر مناسبی برای رشد و تکثیر و تمایز سلول‌ها بودند. به علاوه، مطالعات درون تنی (In Vivo) از حضور این داربست­ها در نقیصه جمجمه‌­ای مدل حیوانی موش صحرایی حاکی از شکل­‌گیری بافت کامل و یکپارچه استخوان در کمتر از 3 ماه بود.

كاهش ۵۰ درصدی زمان ترميم بافتهای استخوانی با فناوری نانو

محقق دانشگاه امیرکبیر موفق به ساخت سامانه نانوکامپوزیتی به منظور رهایش کنترل شده داروی پوکی استخوان، کاهش عوارض دارویی و كاهش ۵۰ درصدی زمان بهبود و ترميم بافتهای آسيب ديده استخوانی شد.

سید محسن رضوی نیا، دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر از سال۱۳۹۰کار بر روی ساخت سامانه نانوکامپوزیتی LDH/Gelatin (هیدروکسید دو گانه لایه ای / ژلاتین) را آغاز کرد تا از طریق آن به فرآیند رهاسازی کنترل شده داروی آلدرونیک اسید برای تسریع در درمان بافت استخوانهای آسیب دیده و پوکی استخوان دسترسی پیدا كند.

وی با بیان اینكه سامانه دارو رسان به بافتهای آسیب دیده استخوانی در این طرحبه صورت ایمپلنت (كاشتنی) ساخته شده است، افزود:ماده LDH در دنیا ساخته می شود اما خصوصیات ماده ای كهتولید كردیم، منحصر به فرد است و با روش سنتزی جدیدی برایاولین بار در دنیا بع نتیجه رسیده است.

وی با بیان اینکه ماده پایه حامل این سامانه كه هیدروكسید دوگانه لایه ای است و كاربردهای متعددی دارد،گفت: به این ترتیبآنیونی که بین لایه ها قرار گرفته را با استفاده از تكنیكهای خاص،از میان لایه های ساختاری ماده خارج و دارو را جایگزین آن كرده ایم.

رضوی نیا ادامه داد: لایه های ماده حامل در این سامانه دارو رسان، در شرایط اسیدی از هم باز می شود و آنیون بین آنها آزاد خواهد شد که ما از همین خاصیتدر pH  و دمای خاصاستفاده كردیم تا دارو در محلی كه مدنظر ماست آزاد شود. بنابراین زمان رهایش و تخریب این سامانه كاملا تحت كنترل ما خواهد بود.

وی خاطرنشان كرد: خاصیت دیگر این ماده موجب می شود كه به محض قرار گرفتن در محیط بازی، آنیون موجود در اطراف را جذب كرده و به ساختار اولیه برگردد از این رو دیگر بافتهای سالم بدن را تحت تاثیر قرار نمی دهد.

وی هدف نهایی از طرح تحقیقاتی خود را كاهش مضرات و اثرات جانبی داروهای ضد سرطانی عنوان كرد و گفت: در حال حاضر داروهای ضد سرطان و به ویژه شیوه های شیمی درمانی به گونه ای است كه تمام سیستم بدن را تحت تاثیر قرار می دهد و علاوه بر نقاط سرطانی، بافت های سالم بدن را نیز متاثر می سازد كه عوارض جانبی زیادی برای بیماران به دنبال دارد.

رضوی نیا كاهش عوارض مصرف دارو را از مزایای سامانه دارو رسان ذكر كرد و افزود: ماده LDH تولید شده كاملا زیست سازگار است و با استخوان سازگاری دارد. همچنین این ماده موجب افزایش و تسریع در رشد و بازسازی بافتهای استخوانی می شود.

وی درباره نقش این دارو رسان نانو كامپوزیتی در كاهش عوارض مصرف داروهای ضد سرطان گفت: هنگام مصرف داروهای ضد سرطان، در روزهای اولیه مقدار زیادی از دارو در بدن بیمار آزاد می شود كه مطلوب ما نیست و باید به تدریج به دوز خاصی برسد و در محدوده معینی عمل كند.

وی ادامه داد: با كاشتن این سامانه دارو رسان در موضع سرطانی، علاوه بر کاهش مصرف دارو می توان رهایش آن را كنترل كرد كه در چه مدت زمانی، چه مقدار دارو آزاد شود.

وی با بیان اینكه سامانه دارو رسان نانوكامپوزیتی، مراحل تست آزمایشگاهی و تست حیوانی بر روی موش و خرگوش را با موفقیت پشت سر گذرانده است، گفت: تست انسانی در مرحله بعدی قرار دارد تا برای مبتلایان به پوكی یا شكستگی استخوان و همچنین سرطان استخوان مورد استفاده قرار گیرد.

رضوی نیا تصریح كرد: با توجه به ویژگی زیست تخریب پذیری و امكان كنترل كامل این ماده، بعد از انجام ماموریت می توان بدون آسیب به بافت بدن، آن را تخریب كرد در صورتیکه هیچ زیانی به بیمار نرسد.

تکنیک جدید ساخت داربست متخلخل جهت ترمیم بافت استخوان

نوعی داربست متخلخل از جنس ژلاتین/نانو هیدروکسی آپاتیت جهت ترمیم بافت استخوان به دست پژوهشگران ایرانی ‏طراحی و ساخته شد. تکنیک ترکیبی ساخت داربست استفاده شده در این تحقیقات منجر به به‌دست آوردن نوعی ساختار ‏متخلخل مناسب برای داربست بافت استخوان می‌شود.‏ این تحقیق در محدوده دانش مهندسی بافت که هدف آن بازسازی و ترمیم بافت‌های از دست رفته است، تعریف شده بود. ‏هر سیستم مهندسی بافت شامل سه جزء اصلی داربست، سلول و فاکتور رشد است. در این پروژه، هدف طراحی و ساخت نوعی ‏داربست مناسب جهت ترمیم بافت استخوان از جنس ژلاتین و نانوذرات هیدروکسی آپاتیت بوده است.‏ در ساخت این داربست از نانوذرات هیدروکسی آپاتیت در زمینه ژلاتین استفاده شده است. استفاده از این نانوذرات به دلیل سطح آزاد ویژه ‏بسیار بالایی که از ذرات نانو سراغ داریم از چند جهت باعث بهبود خصوصیات داربست مربوطه می‌گردد. از نظر مهندسی کامپوزیت تقویت ‏شونده با نانوذرات یاد شده، پتانسیل تقویت کنندگی داشته و با توجه به خصوصیات بیولوژیکی شناخته شده از هیدروکسی آپاتیت در زمینه ‏قابلیت هدایت و رشد استخوان، کاهش سایز ذرات تا ابعاد نانو باعث افزایش این خاصیت از این ماده در ساختار نانوکامپوزیتی داربست مذکور ‏می‌شود.‏ دکتر محمود اعظمی، استادیار گروه مهندسی بافت دانشکده فناوری‌های نوین پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران، مراحل این تحقیقات را ‏این گونه شرح داد: «در مرحله اول به طراحی و ساخت داربست مناسب پرداخته شد. در این قسمت با بهره‌گیری از ترکیب روش‌های ‏ریخته‌گری حلال و فریزدراینگ و نهایتاً لایه چینی نوعی داربست متخلخل با ساختار مناسب جهت رشد استخوان تهیه گردید و سپس با ‏آزمون‌های غیر بیولوژیکی و با استفاده از روش‌های متداول مشخصه‌یابی مواد داربست ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی ‏خصوصیات بیولوژیکی نظیر زیست سازگاری داربست ساخته شده و همچنین پتانسیل آن در القای رشد و تکثیر سلول‌های استخوانی آزمون‌های ‏بیولوژیکی برون تن (‏in vitro‏) انجام گردید. آزمون‌های درون تن نیز در مدل حیوانی موش و در ناحیه کالواریا به منظور بررسی قابلیت ترمیم ‏بافت استخوان بواسطه حضور این داربست در محل ضایعه مورد بررسی قرار گرفت.»‏ تکنیک ترکیبی ساخت داربست استفاده شده در این تحقیقات منجر به به‌دست آوردن نوعی ساختار متخلخل مناسب برای ‏داربست می‌گردد. به گفته اعظمی بعد از این مقاله تحقیقات بیشتر در راستای سنجش درون تن محصول ساخته در مدل‌های ‏حیوانی بزرگتر نظیر خرگوش انجام شده است و در صورت امکان باید بر روی مدل‌های حیوانی بزرگتر یا انسان مورد بررسی قرار ‏گیرد. در صورت تایید این محصول در این آزمایشات و آزمایشات پیشرفته‌تر، این محصول ارائه شده در این تحقیقات قابلیت ‏ترمیم استخوان‌های کوچک از دست رفته ناشی از بیماری، تصادف و... در انسان را خواهد داشت.‏ این کار تحقیقاتی تاکنون منجر به سه مقاله علمی در مجلات معتبر و ثبت اختراع در داخل کشور شده است. یکی از ‏نتایج اخیر این کار تحقیقاتی که به دست دکتر محمود اعظمی و همکاران وی صورت گرفته است، درمجله
Journal of biomaterials science ,polymer edition‎‏ (ژوئن 2012) منتشر شده است. ‏

این خبر در نشریه ماهنامه فناوری نانو شماره 193در تاریخ 1392/08/15 به چاپ رسیده است.

خلاصه:
فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.
اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

مقدمه :
فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحکم‌تر و سبک‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شرکت‌هاي زيادي نانوذرات را به شکل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند که کاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راکت‌هاي تنيس، عينک‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلک، پنجره‌هاي خود تميزکن و صفحات خورشيدي دارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت کاركنان و مصرف کننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي که فرآيند رشد و واکنش‌هاي شيميايي کاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يک مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بهمزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي کار کردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحکم‌تر و سبک‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شرکت‌هاي زيادي نانوذرات را به شکل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند که کاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راکت‌هاي تنيس، عينک‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلک، پنجره‌هاي خود تميزکن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شرکت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي که چنين علاقه‌مندي را به خود جلب کرده است، عموما کمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذکر است که موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يک سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يک ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با کاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يک ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي که اين نسبت براي يک ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با کاهش اندازه ذرات به يک دهم نانومتر يا کمتر، اثرات کوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امکان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي کاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با کاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الکتريکي، رنگ، استحکام و نقطه ذوب ماده (که معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير کند.
در حال حاضر نانوذراتي که به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مکانيکي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت کاركنان و مصرف کننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي که فرآيند رشد و واکنش‌هاي شيميايي کاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يک مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممکن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

تنفس نانوذرات:
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.
3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.

سيليكوسيس و آزبستوسيس:
با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.

آلودگي ذره‌اي هوا:
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.

خلاصه و چشم‌انداز بحث:
در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.