خدمات مشاوره نانوفناوری پزشکی

گروه تخصصی ParsOptics بخش مشاوره نانوفناوری پزشکی را به منظور تبیین و ارائه بهینه‌ترین راهکارهای درمان تومورهای سرطانی با هدف عدم آسیب‌رسانی به بافت‌های سالم بدن توسط  شبیه‎سازی روش‌های فوتوترمال تراپی، فوتودینامیک تراپی و مایکروویو تراپی ویژه پزشکان و پژوهشگران این عرصه راه اندازی نموده است.

همانطور که میدانیم، تکثیر غیر عادی سلول و عدم توانایی بدن در رفع این مشکل منجر به ایجاد تومورهای سرطانی می‌شود. این سلول‌های سرطانی می‌توانند از طریق عروق لنفاوی به سایر قسمت‌های بدن منتقل شده و باعث مختل شدن عملکرد اعضاء اصلی بدن و حتی مرگ فرد بیمار شوند. تمام سلول‌های بدن چه سلول‌های طبیعی و چه غیر طبیعی به گرما حساس هستند، بنابراین یک شیوه رایج برای درمان تومورهای سرطانی استفاده از منابع مختلف گرما مثل لیزر ، مایکروویو و امواج فراصوت با شدت بالا HIFU برای تخریب سلول‌های سرطانی می‌باشد. این سلول‌ها در اثر افزایش دما تخریب می‌شوند، این روش درمان به روش هایپرترمی معروف می‌باشد. .هایپرترمی می‌تواند به تنهایی یا به همراه سایر روش‌های استاندارد مانند رادیوتراپی و شیمی درمانی استفاده شود. استفاده از هر یک از منابع گرمایش فوق دارای مزایا و معایب خاص خود می‌باشد. استفاده از لیزر برای درمان سرطان‌هایی نظیر پوست و … نسبت به سایر روش‌ها دارای عوارض کمتر بوده و دوران نقاهت کمتری دارد، بنابراین مورد توجه خاص قرار گرفته است. اساس این فرایند تبادل حرارتی بین پرتو لیزر و ناحیه تومور می‌باشد و در فوتوترمال تراپی یا فوتودینامیک تراپی با لیزر به دلیل جذب پایین نور لیزر در ناحیه تومور، عملا شدت‌های بالای نور لیزر و زمان تابش زیاد مورد نیاز است و همچنین نور جذب نشده وارد نواحی بعدی بدن در مسیر انتشار خود می‌شود که می‌تواند به آن اعضا آسیب قابل توجهی وارد کند.

خوشبختانه پیشرفت‌های اخیر در زمینه نانوفناوری و نانوبیوتکنولوژی دریچه جدیدی را در حوزه درمان غیرتهاجمی تومورهای سرطانی با لیزر گشوده است. نانو مواد دارای میزان جذب بالای نور لیزر در نواحی مرئی و مادون قرمز می‌باشند، بنابراین با وارد کردن نانو مواد سازگار با ساختار زیستی در ناحیه تومور و تابش نور لیزر می‌توان شرایطی را ایجاد کرد که نور لیزر به مقدار زیاد در ناحیه تومور جذب شده و دما در ناحیه تومور افزایش یافته و تومور سرطانی تخریب شود. در اینصورت نیازی به شدت‌های بالای لیزر و زمان‌های بالای تابش وجود ندارد و عملا بخش ناچیزی از شدت لیزر وارد نواحی دیگر بدن می‌شود. در این جا هدف ما فرایند درمان تومور سرطان پوست با لیزر و نانومیله‌های مخصوص در ناحیه تومور که با در نظر گرفتن بافت سالم اطراف تومور همراه است شبیه‌سازی و مورد بررسی قرار می‌گیرد. نکته مهم دیگری که حائز اهمیت است بررسی تغییرات توزیع دما پس از اتمام تابش نور لیزر است که می‌توان پس از شبیه‌سازی به آن دست یافت. دو فرایند غالب رسانش و همرفت عملا می‌توانند باعث انتقال گرما از ناحیه مرکزی تومور شوند و عملا این امر می‌تواند بر روی تخریب سلولی و فرآیند درمان تاثیر قابل توجهی داشته باشد.

فوتوترمال تراپی:

یکی از روش‌های غیر تهاجمی سرطان فوتوترمال تراپی است. در این روش با استفاده از لیزر ناحیه بافت سرطانی را پرتو دهی میکنند و بافت، انرژی نور لیزر را جذب میکند و این امر باعث می‌شود تا دمای بافت افزایش یابد. وقتی دمای بافت بالا می‌رود به دلیل اینکه سلول‌های سرطانی نسبت به سلول‌های سالم به حرارت حساس‌تر هستند، از بین می‌روند. استفاده از لیزر به عنوان منبع تابش به این دلیل است که پرتوی تابشی از لیزر تک‌فام بوده و می‌توان به نحوی طول‌موج آن‌را انتخاب کرد که بیشترین جذب را در بافت داشته باشد.
امروزه با پیشرفت نانوفناوی دریچه‌های جدیدی برای این روش درمانی باز شده است که میزان کارآمدی آن را افزایش داده و باعث شده است تا این روش به یکی از مناسب‌ترین روش های درمان سرطان تبدیل شود.
با تزریق نانوذرات در ناحیه تومور می‌توان میزان جذب انرژی را افزایش داد و همین امر باعث می‌شود که امکان استفاده از لیزرهایی با شدت کمتر مهیا شود. مزیت دیگر استفاده از نانو ذرات هدفمند شدن پرتودهی است؛ به این صورت که می‌توان با انتخاب مناسب طول‌موج برای لیزر فقط ناحیه تومور را گرم کرد و به بافت‌های سالم اطراف آسیب نرساند.
تنظیم طول‌موج تابشی و طیف جذبی نانوذرات باید به گونه‌ای باشد که بافت کمترین جذب را داشته باشد؛ وقتی که که نانو ذرات بیشترین جذب را دارند، فقط ناحیه‌ای افزایش دما پیدا می‌کند که دربرگیرنده نانو ذرات است لذا بافت سالم آسیب نمی‌بیند.

فوتودینامیک تراپی:

به دلیل عوارض زیاد شیمی درمانی، محققان همواره به دنبال روشی برای محدود کردن ناحیه تاثیر دارو به تومورهای سرطانی هستند. یکی از روش‌های درمان غیرتهاجمی سرطان، فوتودینامیک تراپی است که بسیار کارآمد تر از شیمی درمانی و روش‌های تهاجمی مانند عمل جراحی است.
فرآیند این روش به صورت است که داروی حساس به نور و تابش وارد بدن می‌شود و سپس ناحیه سرطانی توسط لیزر پرتودهی می‌شود؛ این امر باعث می‌شود تا دارو فقط در این ناحیه تومور فعال شده و با به وجود آوردن رادیکال آزاد باعث از بین رفتن سلول‌های سرطانی می‌شود.
پرتودهی باعث افزایش دما در ناحیه تومور شده و این افزایش دما به رگ‌ها در این ناحیه آسیب میزند که باعث می‌شود مواد مورد نیاز به سلول‌های سرطانی نرسیده و تومور کوچک شده یا از بین رود. در این روش به دلیل اینکه داروی تزریق شده در سایر نقاط بدن فعال نیست شاهد عوارضی مانند آنچه در شیمی درمانی وجود دارد، نیستیم.

مایکروویو تراپی:

درمان سرطان کبد یک مشکل اساسی درحوزه پزشکی به شمار می‌رود؛ این نوع سرطان سالانه باعث مرگ بیش از یک میلیون نفر در سراسر جهان می‌شود . هرچند که سرطان کبد با عمل جراحی و برداشتن بافت توومر بدخیم قابل درمان است، اما در حدود ۹۰٪ از بیماران با این روش قابل درمان نیستند که علت آن عواملی همچون ذخیره ناکافی کبدی و نزدیکی تومور به عروق خونی می‌باشد . پیشرفت‌های اخیر در زمینه نانو بیوتکنولوژی، باعث به وجود آمدن زمینه مناسب و در حال توسعه برای استفاده از روش هایپرترمی مصنوعی در درمان سرطان شده است. این روش‌ها باعث مرگ سلول سرطانی از طریق فرآیند آپوپتوزیس شده و در طی فرآیند درمان هیچ آسیبی به بافت وارد نمی‌شود. روش‌های مختلفی برای گرما دادن به تومور و از بین بردن آن مورد استفاده قرار می‌گیرد که به عنوان مثال می‌توان به درمان حرارتی با فرکانس‌های رادیویی امواج مافوق صوت متمرکز و نیز امواج مایکروویو اشاره کرد. در تولید امواج مایکروویو قدرت مانور زیادی وجود دارد، همچنین در طی فرآیند استفاده از مایکروویو برای گرم کردن تومور آسیب کمتری به بافت سالم می‌رسد، بنابراین امروزه این شیوه درمانی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همچنین به منظور افزایش بهره‌وری و افزایش حرارت از نانومواد استفاده می‌شود.

در روش کندگی کبدی با امواج مایکروویو (MWA) از یک آنتن مایکروویو درحین عمل جراحی استفاده می‌شود روش درمان MWA در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است و کارهای شبیه‌سازی و تجربی در این زمینه در حال انجام است. در این جا هدف ما درمان سرطان کبد با استفاده از روش کندگی MWA بینابینی و با آنتن MCA شیاردار می‌باشد. در شبیه‌سازی یک آنتن مایکروموج نازک در داخل تومور وارد شده و جذب امواج مایکروویو بوسیله تومور منجر به ایجاد ناحیه لخته‌شده و موجب از بین رفتن تومور سرطانی می‌شود. به منظور شبیه‌سازی از مدل‌های ریاضی و معادلات ماکسول برای توصیف انتشار امواج الکترومغناطیسی، برهمکنش امواج الکترومغناطیسی آنتن در بافت، انتشار گرما با معادلات بیوگرمایی و تخریب سلولی استفاده می‌شود.

شبیه‌سازی روش‌های درمانی:

استفاده از روش های فوتوترمال تراپی و فتودینامیک تراپی نیازمند مشخص کردن دقیق و بهینه پارامترهایی نظیر میزان دوز نانودارو و نانوذرات، طول‌موج لیزر تابشی، مدت زمان و شدت یرتودهی، خواص اپتیکی نانوذرات و … است که موجب موثر شدن درمان شود. 
برای مشخص کردن این پارامتر ها نمی‌توان روی انسان ها آزمایش انجام داد. پس شبیه‌سازی برای این کار بسیار مفید واقع خواهد شد و به راحتی و با کمترین هزینه می‌توان روند درمان را کاملا بررسی کرد.
ما با شبیه‌سازی بافت بدن به صورت سه بعدی این امکان را برای پزشکان، پژوهشگران و مراکز خدمات درمانی فراهم می‌آوریم تا میزان آسیب به بافت، تغییرات دمایی در بافت و سایر پارامترهای لازم در درمان سرطان با روش‌های فوق به دقت اندازه‌گیری و تعیین شود؛ لذا ما بهینه‌ترین شرایط را برای درمان سرطان پیش‌بینی و ارائه خواهیم کرد.