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

कैंसर मानव स्वास्थ्य के लिए सबसे निरंतर चुनौतियों में से एक बना हुआ है, यह एक ऐसी बीमारी है जो उन कोशिकाओं द्वारा परिभाषित होती है जो बिना रुके बढ़ती और विभाजित होती रहती हैं। जबकि डॉक्टर लंबे समय से इसे लड़ने के लिए सर्जरी, विकिरण और रासायनिक दवाओं पर निर्भर रहे हैं, ये उपचार अक्सर एक कठिन समस्या के साथ संघर्ष करते हैं: वे स्वस्थ ऊतकों को भी उतना ही नुकसान पहुँचा सकते हैं जितना कि ट्यूमर को। कीमोथेरेपी दवाएं, विशेष रूप से, एक कुंद औजारों की तरह हैं; वे पूरे शरीर में घूमती हैं, हर जगह तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाओं पर हमला करती हैं, जिससे गंभीर दुष्प्रभाव होते हैं और अक्सर ट्यूमर तक पर्याप्त खुराक पहुँचाने में विफल रहती हैं। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने नैनोटेक्नोलॉजी की ओर रुख किया है, जो एक ऐसा क्षेत्र है जो दवा को सीधे वहां ले जाने के लिए सूक्ष्म मशीनें बनाता है जहाँ इसकी आवश्यकता होती है। एक आशाजनक दृष्टिकोण में डेंड्रिमर नामक छोटी, पेड़ जैसी संरचनाओं का उपयोग करना शामिल है, जो अपनी शाखाओं में दवाओं को रख सकती हैं, और उन्हें बायोडिग्रेडेबल (जैव-अपघटनीय) प्लास्टिक से लेपित करना जो कार्गो की रक्षा करता है और शरीर की बाधाओं से फिसलने में मदद करता है। लक्ष्य एक ऐसी वितरण प्रणाली बनाना है जो अपनी दवा को केवल ट्यूमर के विशिष्ट, अम्लीय वातावरण में ही रिलीज करे, जिससे शरीर के बाकी हिस्सों को बचाया जा सके।

एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से लिवर कैंसर के लिए ऐसा सिस्टम बनाने का लक्ष्य रखा, जो एक ऐसी बीमारी है जो दुनिया भर में लाखों मौतों का कारण बनती है। उन्होंने HepG2 सेल लाइन पर ध्यान केंद्रित किया, जो मानव लिवर कैंसर का एक सामान्य मॉडल है, और दो सामग्रियों को मिलाकर एक नए प्रकार का नैनोकरियर डिजाइन किया: एक जनरेशन 4 पॉलीअमाइडोएमीन डेंड्रिमर और एक बायोडिग्रेडेबल पॉलीमर जिसे PLGA के रूप में जाना जाता है। डेंड्रिमर एक मचान (स्कैफोल्ड) के रूप में कार्य करता है जिसमें दवा को रखने के लिए कई शाखाएं होती हैं, जबकि PLGA कोटिंग एक सुरक्षात्मक कवच के रूप में कार्य करती है जो विषाक्तता को कम करती है और कण को रक्तप्रवाह में आगे बढ़ने में मदद करती है। टीम ने इस वाहक में दो अलग-अलग कैंसर-विरोधी एजेंट लोड किए: सोराफेनिब (sorafenib), एक दवा जो ट्यूमर विकास संकेतों को रोकती है, और करक्यूमिन (curcumin), एक प्राकृतिक यौगिक जिसमें एंटीऑक्सीडेंट गुण होते हैं जो कैंसर कोशिकाओं को मारने में मदद कर सकता है। प्रयोगशाला सेटिंग में इस संयोजन का परीक्षण करके, शोधकर्ताओं का उद्देश्य यह देखना था कि क्या दोनों दवाओं को इस छोटे से पैकेज में एक साथ वितरित करना अकेले दवाओं को देने की तुलना में अधिक प्रभावी और सुरक्षित होगा।

पहला कदम यह पुष्टि करना था कि नैनोकरियर को सही ढंग से बनाया गया है। विभिन्न विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग करते हुए, टीम ने अपने निर्माण के रासायनिक बंधों और भौतिक आकार की जांच की। उन्होंने पाया कि दोनों सामग्रियां सफलतापूर्वक एक साथ जुड़ गई थीं और दवाएं संरचना के भीतर सुरक्षित रूप से रखी गई थीं। परिणामी कण लगभग गोलाकार थे और जिनका व्यास लगभग 231 नैनोमीटर था, एक ऐसा आकार जो रक्त वाहिकाओं के माध्यम से यात्रा करने के लिए पर्याप्त छोटा है लेकिन इतना बड़ा है कि गुर्दे द्वारा बहुत जल्दी फिल्टर न किया जा सके। जब शोधकर्ताओं ने एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे कणों को देखा, तो वे 100 से 250 नैनोमीटर के बीच के गोलाकार आकार के दिखाई दिए, जिससे पुष्टि हुई कि मिश्रण समान और स्थिर था। उन्होंने यह भी मापा कि वाहक कितना दवा रख सकता है, जिससे पता चला कि इसने वजन के अनुसार लगभग 5.7 प्रतिशत सोराफेनिब और 4.4 प्रतिशत करक्यूमिन को सफलतापूर्वक लोड किया, जो इस आकार के वितरण प्रणाली के लिए एक आशाजनक मात्रा है।

इस नए सिस्टम की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि यह अपनी दवा को कैसे रिलीज करता है। मानव शरीर में, सामान्य रक्त का pH स्तर तटस्थ होता है, जबकि ट्यूमर के अंदर का वातावरण कैंसर कोशिकाओं के तीव्र विकास और चयापचय के कारण अधिक अम्लीय होता है। शोधकर्ताओं ने अपने नैनोकरियर का परीक्षण विभिन्न स्थितियों की नकल करने वाले समाधानों में किया। एक तटस्थ वातावरण में, जो स्वस्थ रक्त के समान है, दवाएं बहुत धीरे-धीरे रिलीज हुईं, जिसमें पहले दो घंटों में केवल एक छोटा सा हिस्सा बाहर निकला। हालांकि, जब वातावरण अम्लीय हो गया, जो ट्यूमर के अंदर की स्थिति की नकल करता है, तो रिलीज की दर समय के साथ काफी बढ़ गई। जबकि अम्लीय स्थितियों में भी पहले दो घंटों के भीतर केवल 7.8% सोराफेनib और 5.7% करक्यूमिन ही रिलीज हुए थे, जैसे-जैसे समय बीता रिलीज की दर तेज होती गई, pH 5.0 पर सोराफेनिब के लिए 50% से अधिक और करक्यूमिन के लिए लगभग 59% तक पहुँच गई, जो एक स्पष्ट pH-संवेदनशील प्रतिक्रिया को प्रदर्शित करता है जहाँ वाहक दवा छोड़ने के लिए खुल जाता है जब वह कैंसर के अम्लीय सूक्ष्म वातावरण में पहुँचता है।

नैनोकरियर का असली परीक्षण तब आया जब शोधकर्ताओं ने लिवर कैंसर कोशिकाओं को इसके संपर्क में लाया। उन्होंने खाली वाहक, केवल एक दवा वाले वाहक, दोनों दवाओं वाले वाहक और अकेले दवाओं के प्रभावों की तुलना की। परिणामों ने एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया: खाली वाहक सुरक्षित था और उसने कोशिकाओं को कोई नुकसान नहीं पहुँचाया। सिंगल-ड्रग वाहक प्रभावी थे, लेकिन दोनों दवाओं को धारण करने वाला वाहक सबसे शक्तिशाली था। 24 घंटे तक कैंसर कोशिकाओं को ड्यूल-ड्रग वाहक के साथ उपचारित करने के बाद, जीवित कोशिकाओं की संख्या गिरकर लगभग 21 प्रतिशत हो गई। जब उपचार 48 और 72 घंटों तक जारी रहा, तो कैंसर कोशिकाओं की उत्तरजीविता दर और भी गिरकर क्रमशः 9.4 प्रतिशत और 4.3 प्रतिशत हो गई। इसके विपरीत, जब उन्हीं कोशिकाओं को नैनोकरियर के बिना शुद्ध दवाओं से उपचारित किया गया, तो कई अधिक कोशिकाएं जीवित रहीं, जो यह दर्शाता है कि वितरण प्रणाली ने दवाओं को कैंसर को मारने में बहुत अधिक प्रभावी बना दिया। महत्वपूर्ण रूप से, जब शोधकर्ताओं ने सामान्य मानव कोशिकाओं पर उसी नैनोकरियर का परीक्षण किया, तो वे कोशिकाएं काफी हद तक स्वस्थ रहीं, उत्तरजीविता दर 78 प्रतिशत से ऊपर रही, जो सुझाव देती है कि यह दृष्टिकोण आमतौर पर कीमोथेरेपी द्वारा होने वाले नुकसान से स्वस्थ ऊतकों को बचा सकता है।

टीम ने यह समझने के लिए कि नैनोकरियर कैंसर कोशिकाओं को कैसे मारता है, कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक गतिविधि की जांच की। उन्होंने कोशिका मृत्यु (एपॉप्टोसिस) को नियंत्रित करने वाले विशिष्ट जीन के स्तर को मापा। अध्ययन में पाया गया कि ड्यूल-ड्रग नैनोकरियर ने कोशिका मृत्यु को ट्रिगर करने वाले जीनों, जैसे कि Caspase9, P53 और Bax की गतिविधि में भारी वृद्धि की। इन जीनों की गतिविधि अनुपचारित कोशिकाओं की तुलना में लगभग सात गुना बढ़ गई। साथ ही, नैनोकरियर ने Bcl2 की गतिविधि को काफी कम कर दिया, जो एक ऐसा जीन है जो कोशिकाओं को मरने से बचाने के लिए ढाल के रूप में कार्य करता है। आनुवंशिक गतिविधि में यह बदलाव पुष्टि करता है कि नैनोकरियर न केवल कैंसर कोशिकाओं के बढ़ने को रोक रहा है, बल्कि सक्रिय रूप से उन्हें आत्मघाती (सेल्फ-डिस्ट्रक्ट) होने के लिए मजबूर कर रहा है। एक साथ वितरित की गई दोनों दवाओं का संयोजन अकेले किसी भी दवा की तुलना में बेहतर काम करता प्रतीत होता है, जो कैंसर कोशिकाओं के लिए मृत्यु का एक मजबूत संकेत बनाता है जबकि सामान्य कोशिकाओं को अछूता छोड़ देता है।

यह शोध प्रदर्शित करता है कि PAMAM और PLGA पॉलिमर से बना एक नैनोकरियर प्रयोगशाला सेटिंग में लिवर कैंसर कोशिकाओं तक दो अलग-अलग कैंसर दवाओं को सफलतापूर्वक ले जा सकता है। यह प्रणाली दवाओं की रक्षा करने, विशेष रूप से अम्लीय स्थितियों में उन्हें रिलीज करने और सामान्य कोशिकाओं के लिए सुरक्षित रहते हुए कैंसर कोशिकाओं में तीव्र मृत्यु प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम सिद्ध हुई। अध्ययन सुझाव देता है कि यह सह-वितरण (को-डिलीवरी) दृष्टिकोण लिवर कैंसर के उपचार में सुधार के लिए एक मूल्यवान रणनीति हो सकती है, जो मौजूदा दवाओं की प्रभावशीलता बढ़ाने के साथ-साथ उनके दुष्प्रभावों को कम करने का एक तरीका प्रदान करती है। हालांकि ये निष्कर्ष प्रयोगशाला प्रयोगों तक सीमित हैं और अभी तक जीवित जीवों में परीक्षण नहीं किए गए हैं, फिर भी वे लक्षित उपचारों के भविष्य के विकास के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं जो एक दिन लिवर कैंसर का सामना कर रहे रोगियों के लिए अधिक सटीक और कम विषैला विकल्प दे सकते हैं।