PAMAM-PLGA nanocarrier as potential co-delivery system against liver cancer: in vitro studies

لا يزال السرطان يمثل أحد التحديات المستمرة لصحة الإنسان، وهو مرض يتسم بخلايا تنمو وتنقسم دون توقف. وبينما اعتمد الأطباء لفترة طويلة على الجراحة، والإشعاع، والأدوية الكيميائية لمحاربته، إلا أن هذه العلاجات غالباً ما تعاني من مشكلة صعبة: وهي أنها قد تضر بالأنسجة السليمة بقدر ما تضر بالورم. فالأدوية الكيميائية، على وجه الخصوص، تشبه الأدوات غير الدقيقة؛ فهي تدور في جميع أنحاء الجسم، وتهاجم الخلايا سريعة الانقسام في كل مكان، مما يؤدي إلى آثار جانبية شديدة وغالباً ما تفشل في إيصال جرعة عالية بما يكفي إلى الورم نفسه. ولحل هذه المشكلة، توجه العلماء إلى تقنية النانو، وهو مجال يبني آلات مجهرية لحمل الدواء مباشرة إلى حيث تشتد الحاجة إليه. ويتضمن أحد النهج الواعدة استخدام هياكل متناهية الصغر تشبه الأشجار تسمى "الدندريمرات" (dendrimers)، والتي يمكنها حمل الأدوية في أغصانها، وتغليفها ببلاستيك قابل للتحلل الحيوي يحمي الحمولة ويساعدها على التسلل عبر دفاعات الجسم. والهدف هو إنشاء نظام لتوصيل الدواء لا يطلق علاجه إلا عندما يصل إلى البيئة الحمضية المحددة للورم، مما يحمي بقية الجسم.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لبناء مثل هذا النظام خصيصاً لسرطان الكبد، وهو مرض يتسبب في مئات الآلاف من الوفيات في جميع أنحاء العالم. وقد ركزوا على خط خلايا HepG2، وهو نموذج شائع لسرطان الكبد البشري، وصمموا نوعاً جديداً من الناقلات النانوية عبر الجمع بين مادتين: دندريمر "بولي أميدو أمين" من الجيل الرابع وبوليمر قابل للتحلل الحيوي يُعرف باسم PLGA. يعمل الدندريمر كإطار عمل ذي فروع عديدة لحمل الدواء، بينما يعمل غلاف PLGA كغلاف واقٍ يقلل من السمية ويساعد الجسيم على التحرك عبر مجرى الدم. وقد قام الفريق بتحميل هذا الناقل بمادتين مختلفتين لمكافحة السرطان: "سورافينيب" (sorafenib)، وهو دواء يوقف إشارات نمو الورم، و"الكركمين" (curcumin)، وهو مركب طبيعي ذو خصائص مضادة للأكسدة يمكنه المساعدة في قتل الخلايا السرطانية. ومن خلال اختبار هذا المزيج في بيئة مختبرية، هدف الباحثون إلى معرفة ما إذا كان توصيل كلا الدوائين معاً في هذه العبوة الصغيرة سيكون أكثر فعالية وأماناً من إعطاء الأدوية وحدها.

كانت الخطوة الأولى هي التأكد من بناء الناقل النانوي بشكل صحيح. وباستخدام أدوات تحليلية متنوعة، فحص الفريق الروابط الكيميائية والشكل الفيزيائي لابتكارهم. ووجدوا أن المادتين قد اندمجتا بنجاح وأن الأدوية محتجزة بأمان داخل الهيكل. وكانت الجسيمات الناتجة كروية الشكل تقريباً ويبلغ قطرها حوالي 231 نانومتر، وهو حجم صغير بما يكفي للسفر عبر الأوعية الدموية ولكن كبير بما يكفي لتجنب ترشيحها بسرعة من قبل الكلى. وعندما نظر الباحثون إلى الجسيمات تحت مجهر إلكتروني قوي، ظهرت كأشكال كروية تتراوح بين 100 و250 نانومتر، مما أكد أن الخليط كان متجانساً ومستقراً. كما قاموا بقياس كمية الدواء التي يمكن للناقل استيعابها، ووجدوا أنه نجح في تحميل حوالي 5.7 بالمائة من السورافينيب و4.4 بالمائة من الكركمين من حيث الوزن، وهي كمية واعدة لنظام توصيل بهذا الحجم.

وتتمثل الميزة الحاسمة لهذا النظام الجديد في كيفية إطلاق دوائه. ففي جسم الإنسان، يكون مستوى الأس الهيدروجيني (pH) في الدم الطبيعي متعادلاً، بينما تكون البيئة داخل الورم أكثر حمضية بسبب النمو السريع والتمثيل الغذائي للخلايا السرطانية. وقد اختبر الباحثون الناقل النانوي الخاص بهم في محاليل تحاكي هذه الظروف المختلفة. في البيئة المتعادلة، المشابهة للدم الصحي، تم إطلاق الأدوية ببطء شديد، حيث أفلت جزء صغير فقط في أول ساعتين. ومع ذلك، عندما أصبحت البيئة حمضية، محاكيةً ما بداخل الورم، زاد معدل الإطلاق بشكل ملحوظ بمرونة مع مرور الوقت. وبينما تم إطلاق حوالي 7.8% من السورافينيب و5.7% من الكركمين خلال أول ساعتين حتى في الظروف الحمضية، إلا أن الإطلاق تسارع مع مرور الوقت، ليصل إلى أكثر من 50% للسورافينيب و59% تقريباً للكركمين عند درجة حموضة 5.0 ضمن نفس النافذة الزمنية المكونة لساعتين المذكورة في ملخص اتجاه الدراسة، أو بدقة أكثر، أشارت الدراسة إلى أن الإطلاق وصل إلى 51.6% للسورافينيب و58.9% للكركمين عند درجة حموضة 5.0، مما أظهر استجابة واضحة للحساسية تجاه الأس الهيدروجيني حيث ينفتح الناقل لإطلاق الدواء بمجرد وصوله إلى البيئة المجهرية الحمضية للسرطان.

جاء الاختبار الحقيقي للناقل النانوي عندما عرض الباحثون خلايا سرطان الكبد عليه. وقارنوا بين تأثير الناقل الفارغ، والناقل الذي يحتوي على دواء واحد فقط، والناقل الذي يحتوي على كلا الدوائين، والأدوية المعطاة وحدها. وأظهرت النتائج نمطاً واضحاً: كان الناقل الفارغ آمناً ولم يلحق الضرر بالخلايا. وكانت الناقلات ذات الدواء الواحد فعالة، لكن الناقل الذي يحمل كلا الدوائين كان الأكثر قوة. فبعد علاج الخلايا السرطانية بالناقل مزدوج الدواء لمدة 24 ساعة، انخفض عدد الخلايا الحية إلى حوالي 21 بالمائة. وعندما استمر العلاج لمدة 48 و72 ساعة، انخفض معدل بقاء الخلايا السرطانية أكثر، ليصل إلى 9.4 بالمائة و4.3 بالمائة على التوالي. وفي المقابل، عندما عولجت نفس الخلايا بالأدوية النقية بدون الناقل النانوي، نجت خلايا أكثر بكثير، مما يشير إلى أن نظام التوصيل جعل الأدوية أكثر فعالية في قتل السرطان. ومن المهم ملاحظة أنه عندما اختبر الباحثون نفس الناقل النانوي على خلايا بشرية طبيعية، ظلت تلك الخلايا سليمة إلى حد كبير، حيث ظلت معدلات البقاء فوق 78 بالمائة، مما يشير إلى أن هذا النهج يمكن أن يحمي الأنسجة السليمة من الضرر الذي تسببه العلاجات الكيميائية عادةً.

لفهم كيفية قتل الناقل النانوي للخلايا السرطانية، نظر الفريق إلى النشاط الجيني داخل الخلايا. وقاموا بقياس مستويات جينات محددة تتحكم في موت الخلايا، والمعروفة باسم "الموت الخلوي المبرمج" (apoptosis). ووجدت الدراسة أن الناقل النانوي مزدوج الدواء تسبب في زيادة هائلة في نشاط الجينات التي تحفز موت الخلايا، مثل Caspase9 وP53 وBax. وارتفع نشاط هذه الجينات بمقدار سبعة أضعاف تقريباً مقارلة بالخلايا غير المعالجة. وفي الوقت نفسه، قلل الناقل النانوي بشكل كبير من نشاط Bcl2، وهو جين يعمل كدرع لمنع موت الخلايا. ويؤكد هذا التحول في النشاط الجيني أن الناقل النانوي لا يكتفي فقط بإيقاف نمو الخلايا السرطانية، بل يجبرها بنشاط على تدمير نفسها. ويبدو أن الجمع بين الدوائين معاً يعمل بشكل أفضل من كل دواء على حدة، مما يخلق إشارة أقوى لموت الخلايا السرطانية بينما يترك الخلايا الطبيعية دون مساس إلى حد كبير.

يُظهر هذا البحث أن الناقل النانوي المصنوع من بوليمرات PAMAM وPLGA يمكنه بنجاح حمل دواءين مختلفين لعلاج سرطان الكبد في بيئة مختبرية. وقد أثبت النظام قدرته على حماية الأدوية، وإطلاقها تحديداً في الظروف الحمضية، وتحفيز استجابة موت قوية في الخلايا السرطانية مع البقاء آمناً للخلايا الطبيعية. وتشير الدراسة إلى أن نهج التوصيل المزدوج هذا يمكن أن يكون استراتيجية قيمة لتحسين علاج سرطان الكبد، مما يوفر طريقة لزيادة فعالية الأدوية الموجودة مع تقليل آثارها الجانبية. وبينما تقتصر هذه النتائج على التجارب المختبرية ولم تُختبر بعد في الكائنات الحية، إلا أنها توفر أساساً قوياً للتطوير المستقبلي للعلاجات المستهدفة التي يمكن أن تقدم يوماً ما خياراً أكثر دقة وأقل سمية للمرضى الذين يواجهون سرطان الكبد.