This post is also available in: Persian English
در دهههای اخیر، نانوتکنولوژی بهعنوان یکی از تحولآفرینترین حوزههای علمی و صنعتی، نقش تعیینکنندهای در توسعه روشهای نوین درمانی ایفا کرده است. یکی از چالشهای اصلی در درمانهای دارویی، رساندن مؤثر، ایمن و هدفمند دارو به بافت یا سلول مورد نظر است؛ بهگونهای که ضمن افزایش اثربخشی درمان، عوارض جانبی به حداقل برسد. در این میان، استفاده از گاز کربن دیاکسید (CO₂) بهویژه در شرایط فوقبحرانی، بهعنوان یک ابزار و محیط نوین در طراحی و تولید سامانههای نانویی حمل دارو، توجه گستردهای را به خود جلب کرده است.
کربن دیاکسید که بیشتر بهعنوان یک گاز گلخانهای یا محصول جانبی احتراق شناخته میشود، در حوزههای پیشرفتهای مانند داروسازی، مهندسی مواد و نانوتکنولوژی، کارکردهایی کاملاً متفاوت و ارزشمند پیدا کرده است. ویژگیهایی مانند غیرسمی بودن، غیرقابل اشتعال بودن، فراوانی، قیمت نسبتاً پایین و امکان تنظیم خواص فیزیکی آن با تغییر دما و فشار، باعث شده است CO₂ بهویژه در حالت فوقبحرانی (Supercritical CO₂) به گزینهای جذاب برای فرآیندهای حساس دارویی تبدیل شود.
کربن دیاکسید: از گاز ساده تا ابزار پیشرفته نانوفناوری
کربن دیاکسید در شرایط معمولی یک گاز بیرنگ و بیبو است، اما رفتار ترمودینامیکی آن در فشار و دمای بالا، افقهای جدیدی را در فناوریهای پیشرفته گشوده است. نقطه بحرانی CO₂ در دمای حدود 31.1 درجه سانتیگراد و فشار 73.8 بار قرار دارد. بالاتر از این نقطه، CO₂ وارد فاز فوقبحرانی میشود؛ حالتی که نه کاملاً گاز است و نه مایع، اما ویژگیهایی از هر دو فاز را بهطور همزمان دارد.
در حالت فوقبحرانی، CO₂ دارای چگالی نزدیک به مایع و نفوذپذیری مشابه گاز است. این ترکیب منحصربهفرد باعث میشود که بتواند بهعنوان حلال یا ضدحلال در فرآیندهای نانوساخت مورد استفاده قرار گیرد. همچنین با تنظیم دقیق فشار و دما، میتوان قدرت حلالیت و رفتار انتقال جرم CO₂ را کنترل کرد؛ ویژگیای که در فرآیندهای حساس دارویی اهمیت حیاتی دارد.
نانوتکنولوژی حمل دارو: چرا به رویکردهای جدید نیاز داریم؟
روشهای کلاسیک دارورسانی معمولاً با مشکلاتی نظیر توزیع غیرهدفمند دارو در بدن، تخریب زودهنگام ماده مؤثره، نیاز به دوزهای بالا و بروز عوارض جانبی همراه هستند. نانوتکنولوژی حمل دارو با طراحی نانوذرات، نانوکپسولها و نانولیپوزومها، تلاش میکند دارو را بهصورت کنترلشده و هدفمند به محل مورد نظر برساند.
در این میان، روش تولید نانوحاملها اهمیت زیادی دارد. استفاده از حلالهای آلی سمی، دماهای بالا یا شرایط خشن شیمیایی میتواند باعث تخریب دارو یا باقیماندن ناخالصیهای مضر در محصول نهایی شود. اینجاست که کربن دیاکسید فوقبحرانی بهعنوان یک جایگزین سبز و ایمن مطرح میشود.
نقش کربن دیاکسید فوقبحرانی در تولید نانوحاملهای دارویی
کربن دیاکسید فوقبحرانی میتواند در فرآیندهای مختلفی مانند رسوبدهی ذرات، انکپسولاسیون دارو و اصلاح سطح نانوذرات مورد استفاده قرار گیرد. در این فرآیندها، CO₂ ممکن است نقش حلال، ضدحلال یا عامل انتقال را ایفا کند.
یکی از رایجترین کاربردها، استفاده از CO₂ فوقبحرانی بهعنوان ضدحلال است. در این روش، دارو و پلیمر حامل در یک حلال آلی حل میشوند و سپس CO₂ فوقبحرانی به سیستم تزریق میشود. CO₂ با کاهش قدرت حلالیت حلال آلی، باعث رسوب سریع و یکنواخت نانوذرات میشود. نتیجه این فرآیند، تولید ذراتی با اندازه کنترلشده، توزیع یکنواخت و حداقل باقیمانده حلال است.
انواع نانوحاملهای دارویی مبتنی بر CO₂
نانوتکنولوژی حمل دارو طیف گستردهای از ساختارها را در بر میگیرد که بسیاری از آنها میتوانند با کمک CO₂ تولید یا بهینهسازی شوند. از جمله این نانوحاملها میتوان به نانوذرات پلیمری، نانولیپیدها، نانوکپسولها و نانوژلها اشاره کرد.
در نانوذرات پلیمری، CO₂ فوقبحرانی امکان تولید ذرات با اندازه کمتر از 200 نانومتر را فراهم میکند که برای عبور از سدهای زیستی مانند سد خونی-مغزی اهمیت دارد. در نانولیپیدها، استفاده از CO₂ میتواند پایداری ساختار لیپیدی و ظرفیت بارگذاری دارو را افزایش دهد.
جدول مقایسهای: روشهای متداول تولید نانوحامل دارویی در برابر روش مبتنی بر CO₂
| ویژگیها | روشهای سنتی با حلال آلی | روش مبتنی بر CO₂ فوقبحرانی |
| ایمنی زیستمحیطی | پایین تا متوسط | بالا (فناوری سبز) |
| باقیمانده حلال | محتمل و مشکلساز | بسیار کم یا نزدیک به صفر |
| کنترل اندازه ذرات | محدود | بسیار دقیق |
| دمای فرآیند | اغلب بالا | نزدیک به دمای محیط |
| مناسب برای داروهای حساس | محدود | بسیار مناسب |
مزایای استفاده از کربن دیاکسید در دارورسانی نانویی
از مهمترین مزایای استفاده از CO₂ میتوان به کاهش مصرف حلالهای سمی، حفظ ساختار شیمیایی دارو، افزایش بازده بارگذاری و امکان مقیاسپذیری صنعتی اشاره کرد. این ویژگیها بهویژه برای شرکتهایی که در حوزه تأمین و فروش گازهای صنعتی و میعانات گازی فعالیت میکنند، فرصتهای جدیدی برای ورود به زنجیره ارزش صنایع دارویی و زیستفناوری ایجاد میکند.
چالشها و محدودیتها
با وجود مزایای فراوان، استفاده از کربن دیاکسید فوقبحرانی بدون چالش نیست. نیاز به تجهیزات فشار بالا، سرمایهگذاری اولیه قابل توجه و پیچیدگی کنترل فرآیند از جمله موانع توسعه صنعتی این فناوری هستند. همچنین همه داروها حلالیت یا سازگاری مناسبی با CO₂ ندارند و این موضوع نیازمند طراحی فرآیندهای اختصاصی است.
چشمانداز صنعتی و تجاری
با افزایش تقاضا برای داروهای هدفمند و شخصیسازیشده، انتظار میرود نقش نانوتکنولوژی حمل دارو در سالهای آینده پررنگتر شود. در این مسیر، کربن دیاکسید بهعنوان یک گاز صنعتی با ارزش افزوده بالا، میتواند جایگاه ویژهای در توسعه فناوریهای دارویی پیشرفته پیدا کند.
کاربرد کربن دیاکسید در دارورسانی نانویی پیشرفته
در سالهای اخیر، تمرکز پژوهشها از مرحله آزمایشگاهی به سمت کاربردهای بالینی نانوتکنولوژی حمل دارو سوق پیدا کرده است. در این میان، کربن دیاکسید فوقبحرانی نقش کلیدی در توسعه سامانههایی ایفا میکند که امکان رهایش کنترلشده دارو، افزایش دسترسی زیستی و کاهش سمیت سیستمیک را فراهم میسازند. یکی از مهمترین مزایای استفاده از CO₂ در این حوزه، توانایی تولید نانوذرات با ساختار یکنواخت و تکرارپذیر است؛ عاملی که برای اخذ مجوزهای دارویی و تولید صنعتی اهمیت بالایی دارد.
در سامانههای دارورسانی مدرن، نانوحاملها بهگونهای طراحی میشوند که دارو را در پاسخ به محرکهای خاصی مانند pH، دما یا حضور آنزیمها آزاد کنند. استفاده از CO₂ در فرآیند تولید این نانوحاملها باعث میشود که ساختار فیزیکی و شیمیایی حامل با دقت بالایی تنظیم شود. این دقت کنترلی، بهویژه در داروهایی که پنجره درمانی باریکی دارند، نقش تعیینکنندهای در موفقیت درمان ایفا میکند.
نقش CO₂ در نانوحمل داروهای ضدسرطان
در درمان سرطان، یکی از چالشهای اصلی، رساندن داروی ضدسرطان به تومور بدون آسیب رساندن به بافتهای سالم است. نانوذرات پلیمری و لیپیدی تولیدشده با کمک کربن دیاکسید فوقبحرانی، امکان بارگذاری داروهای شیمیدرمانی با کارایی بالا را فراهم میکنند. این نانوذرات میتوانند بهصورت غیرفعال (از طریق اثر نفوذ و ماندگاری افزایشیافته در تومور) یا فعال (با اتصال لیگاندهای هدفگیرنده) به بافت سرطانی هدایت شوند.
فرآیندهای مبتنی بر CO₂ این امکان را میدهند که داروهای حساس به حرارت یا نور، بدون تخریب ساختار مولکولی، درون نانوحاملها قرار گیرند. مطالعات نشان دادهاند که داروهای ضدسرطان بارگذاریشده با این روش، پایداری بالاتر و پروفایل رهایش کنترلشدهتری نسبت به روشهای سنتی دارند؛ موضوعی که میتواند دوز مصرفی را کاهش داده و عوارض جانبی را بهطور محسوسی کم کند.
کاربرد در زیستداروها و داروهای پروتئینی
زیستداروها مانند پروتئینها، پپتیدها و RNAها بهشدت به شرایط محیطی حساس هستند. استفاده از حلالهای آلی یا دماهای بالا در فرآیند تولید، میتواند باعث دناتوره شدن این مولکولها شود. کربن دیاکسید فوقبحرانی با فراهم کردن شرایط ملایم فرآیندی، گزینهای مناسب برای تولید نانوحاملهای سازگار با زیستداروها بهشمار میرود.
در این کاربردها، CO₂ نهتنها نقش محیط فرآیندی را ایفا میکند، بلکه میتواند در تنظیم ریزساختار نانوحامل نیز مؤثر باشد. نتیجه این فرآیند، افزایش پایداری زیستدارو و بهبود قابلیت ذخیرهسازی و حملونقل آن است؛ موضوعی که از منظر زنجیره تأمین دارویی اهمیت زیادی دارد.
ملاحظات صنعتی و مقیاسپذیری
یکی از دغدغههای اصلی در انتقال فناوریهای نانویی از آزمایشگاه به صنعت، مقیاسپذیری فرآیند است. فناوریهای مبتنی بر کربن دیاکسید فوقبحرانی، به دلیل ماهیت پیوسته و قابلیت کنترل دقیق پارامترها، پتانسیل بالایی برای تولید در مقیاس صنعتی دارند. بسیاری از تجهیزات مورد استفاده در این فرآیندها، مشابه تجهیزات رایج در صنایع گاز و پتروشیمی هستند؛ موضوعی که میتواند هزینه یادگیری و سرمایهگذاری را کاهش دهد.
برای شرکتهای فعال در حوزه فروش میعانات گازی و گازهای صنعتی، این همپوشانی فناورانه یک فرصت استراتژیک محسوب میشود. تأمین CO₂ با خلوص بالا، طراحی سیستمهای فشار بالا و ارائه راهکارهای مهندسی فرآیند، میتواند بخشی از سبد خدمات این شرکتها در همکاری با صنایع دارویی و زیستفناوری باشد.
کاربرد کربن دیاکسید در نانوتکنولوژی حمل دارو، نمونهای روشن از تغییر نقش گازهای صنعتی از مواد مصرفی ساده به عناصر کلیدی در فناوریهای پیشرفته است. CO₂ فوقبحرانی با فراهم کردن بستری ایمن، سبز و قابلکنترل، امکان توسعه نسل جدیدی از سامانههای دارورسانی را فراهم کرده است که هم از نظر علمی و هم از نظر صنعتی، افقهای تازهای پیش رو دارند.
با توجه به رشد بازار داروهای هدفمند و افزایش توجه به فرآیندهای پایدار، انتظار میرود استفاده از کربن دیاکسید در این حوزه در سالهای آینده گسترش یابد. برای شرکتهای فعال در زنجیره تأمین گازهای صنعتی، ورود آگاهانه و هدفمند به این عرصه میتواند نهتنها ارزش افزوده اقتصادی ایجاد کند، بلکه جایگاه آنها را بهعنوان بازیگران نوآور در صنایع پیشرفته تثبیت نماید.
————————————————–
منابع
• Cooper, A. I. (2003). Polymer synthesis and processing using supercritical carbon dioxide. Journal of Materials Chemistry, 13(5), 107–120.
• Reverchon, E., & Adami, R. (2006). Nanomaterials and supercritical fluids. Journal of Supercritical Fluids, 37(1), 1–22.
• Knez, Ž., Markočič, E., Leitgeb, M., Primožič, M., Hrncic, M. K., & Škerget, M. (2014). Industrial applications of supercritical fluids: A review. Energy, 77, 235–243.
• Kazarian, S. G. (2000). Polymer processing with supercritical fluids. Polymer Science Series C, 42(1), 78–101.
• Torchilin, V. P. (2014). Multifunctional, stimuli-sensitive nanoparticulate systems for drug delivery. Nature Reviews Drug Discovery, 13(11), 813–827.