Preparation, characterisation, and docking studies of biocompatible nanocarrier for the sustained drug release of an anticancer drug- Etoposide
इस अध्ययन ने एटोपोसाइड के निरंतर वितरण के लिए जैव-अनुकूल (बायोकम्पैटिबल) केसिनेट-सोडियम एल्जिनेट पॉलीइलेक्ट्रोलाइट कॉम्प्लेक्स नैनोकैरियर्स विकसित और अभिलक्षणित किए, जिसमें ड्रग-प्रोटीन इंटरैक्शन की पुष्टि करने के लिए मॉलिक्यूलर डॉकिंग का उपयोग किया गया और दवा की घुलनशीलता और विषाक्तता की सीमाओं को दूर करने के लिए 48 घंटों की अवधि में नियंत्रित रिलीज काइनेटिक्स का प्रदर्शन किया गया।
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कैंसर का उपचार अक्सर उन शक्तिशाली दवाओं पर निर्भर करता है जो तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाओं को मार देती हैं, लेकिन ये दवाएं एक कठिन विरोधाभास का सामना करती हैं: काम करने के लिए, उन्हें ट्यूमर तक पहुँचना होगा, फिर भी सुरक्षित रहने के लिए, उन्हें आसपास के स्वस्थ ऊतकों को नुकसान नहीं पहुँचाना चाहिए। इनमें से कई दवाएं तेल और पानी की तरह होती हैं; वे शरीर के तरल पदार्थों में आसानी से नहीं घुलतीं, जिससे उन्हें सही मात्रा में पहुँचाना कठिन हो जाता है। जब कोई दवा अच्छी तरह से नहीं घुलती है, तो शरीर उसे कुशलतापूर्वक अवशोषित नहीं कर पाता है, और डॉक्टरों को वांछित प्रभाव प्राप्त करने के लिए अक्सर उच्च खुराक देनी पड़ती है, जिससे गंभीर दुष्प्रभावों का खतरा बढ़ जाता है। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने नैनोटेक्नोलॉजी का सहारा लिया है, जिससे सूक्ष्म वाहक (carriers) बनाए गए हैं जो एक दवा को थाम सकते हैं, उसकी रक्षा कर सकते हैं और समय के साथ उसे धीरे-धीरे छोड़ सकते हैं। इन वाहकों को शरीर की रक्षा प्रणालियों से फिसलने वाले और धीरे-धीरे खुलने वाले सूक्ष्म, बायोडिग्रेडेबल लिफाफों के रूप में सोचें, जो यह सुनिश्चित करते हैं कि दवा ठीक वहीं पहुँचे जहाँ उसकी आवश्यकता है, न कि पूरे सिस्टम में एक साथ फैल जाए।
हाल ही में एक अध्ययन में, भारत के अमृता विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एटोपोसाइडइड (etoposide) को ले जाने के लिए डिज़ाइन किए गए इन सूक्ष्म लिफाफों के एक नए प्रकार का अन्वेषण किया, जो फेफड़ों, पेट और अन्य अंगों के कैंसर के इलाज के लिए उपयोग की जाने वाली एक दवा है। एटोपोसाइड प्रभावी है लेकिन खराब घुलनशीलता और विषाक्तता से ग्रस्त है, जिसका अर्थ है कि शरीर इसका सुरक्षित रूप से उपयोग करने में कठिनाई महसूस करता है। टीम ने अपने वाहक को भोजन में पाए जाने वाले दो प्राकृतिक पदार्थों का उपयोग करके बनाने का निर्णय लिया: सोडियम केसिनेट, जो दूध से प्राप्त एक प्रोटीन है, और सोडियम एल्जिनेट, जो भूरी समुद्री घास (brown seaweed) से निकाला गया एक पदार्थ है। इन दोनों सामग्रियों के विपरीत विद्युत आवेश (electrical charges) होते हैं, जो उन्हें स्वाभाविक रूप से एक जटिल संरचना बनाने के लिए एक साथ चिपकने में मदद करते हैं। शोधकर्ताओं ने इन प्रोटीनों और समुद्री घास के अर्क को कैंसर की दवा के साथ मिलाया, जिससे एक 'पॉलीइलेक्ट्रोलाइट कॉम्प्लेक्स' बना, जो एक फैंसी शब्द है एक स्थिर क्लस्टर के लिए जो विद्युत आकर्षण द्वारा जुड़ा होता है। इसके बाद उन्होंने परीक्षण किया कि यह मिश्रण दवा को कितनी अच्छी तरह थाम सकता है और शरीर के वातावरण के संपर्क में आने पर यह कैसा व्यवहार करता है।
उन्होंने जो बनाया था उसे समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (microscopes) के नीचे अपने नैनो-वाहकों को देखा और उनकी रासायनिक संरचना का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि खाली वाहक सतह पर छोटे छिद्रों वाले छिद्रयुक्त स्पंज की तरह दिखते थे। हालाँकि, एक बार दवा डालने के बाद, वे छेद बंद होते हुए प्रतीत हुए, जिससे संकेत मिलता कि दवा इस संरचना के भीतर जम गई थी। रासायनिक विश्लेषण ने पुष्टि की कि दूध के प्रोटीन और समुद्री घास के अर्क ने सही ढंग से बंधन बनाया था, और दवा इस नए मैट्रिक्स के भीतर सुरक्षित रूप से फंसी हुई थी। टीम ने इन कणों के आकार को भी मापा, जिससे पता चला कि वे व्यास में 600 से 800 नैनोमीटर के बीच थे, जो शरीर की प्रणालियों में नेविगेट करने के लिए पर्याप्त छोटा आकार है। उन्होंने कणों की सतह पर विद्युत आवेश की भी जाँच की, जो यह निर्धारित करने में मदद करता है कि वे तरल में कितने स्थिर हैं; परिणामों ने दिखाया कि कण आपस में गुच्छे बने बिना स्थिर रहे।
सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण यह देखना था कि वाहकों से दवा कैसे निकलती है। शोधकर्ताओं ने दवा-युक्त कणों को एक तरल में रखा जो मानव शरीर के भीतर की स्थितियों की नकल करता है और 4-48 घंटों की अवधि में कितनी दवा बाहर निकली, इस पर नज़र रखी। उन्होंने पाया कि दवा एक साथ अचानक बाहर नहीं निकली। इसके बजाय, यह धीरे-धीरे और निरंतर रूप से रिसती रही। विभिन्न गणितीय मॉडलों के साथ रिलीज पैटर्न की तुलना करके, उन्होंने निर्धारित किया कि दवा वाहक से एक निरंतर दर पर बाहर निकल रही है, जो रक्त में दवा का एक स्थिर स्तर बनाए रखने के लिए आदर्श व्यवहार है। अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह रिलीज दो कारकों द्वारा संचालित थी: दवा का सामग्री के माध्यम से गुजरना और पानी को सोखते हुए सामग्री का स्वयं फूलना। इस दोहरी प्रक्रिया ने यह सुनिश्चित किया कि दवा एक अचानक उछाल के बजाय एक नियंत्रित, निरंतर तरीके से जारी की जाए।
दवा इन वाहकों के भीतर इतनी लंबे समय तक क्यों रही, इसे समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने परमाणु स्तर पर एटोपोसाइड अणुओं और दूध के प्रोटीनों के बीच की अंतःक्रिया को देखने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। सिमुलेशन ने दिखाया कि दवा के अणु प्रोटीनों के साथ मजबूत, विशिष्ट बंधन बनाते हैं, जो उन्हें मूल रूप से अपनी जगह पर लॉक कर देते हैं। कंप्यूटर मॉडल ने भविष्यवाणी की कि दवा हाइड्रोजन बॉन्ड (जो कमजोर लेकिन असंख्य संबंध हैं जो वेल्क्रो की तरह कार्य करते हैं) और हाइड्रोफोबिक संपर्कों (जहाँ दवा प्रोटीन के भीतर तैलीय जेबों में बैठ जाती है) की एक श्रृंखला के माध्यम से दूध के प्रोटीन से जुड़ जाएगी। ये अंतःक्रियाएं दवा को सुरक्षित रूप से थामे रखने के लिए पर्याप्त मजबूत थीं, लेकिन इतनी भी मजबूत नहीं थीं कि वह कभी मुक्त न हो सके। कंप्यूटर विश्लेषण ने सुझाव दिया कि दूध का प्रोटीन प्राथमिक घटक है जो दवा को थामे रखता है, जबकि समुद्री घास का अर्क एक संरचनात्मक ढांचे (scaffold) की तरह कार्य करता है जो यह नियंत्रित करता है कि पूरी संरचना कितनी तेजी से फूलती और घुलती है।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि दूध के प्रोटीन और समुद्री घास के अर्क का यह संयोजन एटोपोसाइड को वितरित करने के लिए एक आशाजनक वाहन बनाता है। इस प्रणाली ने सफलतापूर्वक दवा को समाहित किया, उसे स्थिर रखा और उसे धीरे-धीरे छोड़ा, जिससे संभावित रूप से रोगियों को कम दुष्प्रभावों के साथ लंबे समय तक दवा प्राप्त करने में मदद मिल सकती है। हालांकि यह अध्ययन प्रयोगशाला सेटिंग में किया गया था और इसमें जीवित जानवरों या मनुष्यों पर परीक्षण नहीं किया गया था, फिर भी इसके परिणाम भविष्य के कार्यों के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं। टीम ने उल्लेख किया कि वाहक द्वारा दवा को थामने की क्षमता दवा और प्रोटीन के अनुपात पर निर्भर करती है; जब बहुत अधिक दवा डाली गई, तो वाहक संतृप्त (saturated) हो गया, और अतिरिक्त दवा नष्ट हो गई। सही संतुलन पाकर, उन्होंने ऐसी दक्षता हासिल की जहाँ आधे से अधिक दवा सफलतापूर्वक वाहक के भीतर फंस गई। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि सरल, प्राकृतिक सामग्रियों को शरीर में खतरनाक दवाओं को पहुँचाने के तरीके में सुधार करने के लिए परिष्कृत उपकरणों के रूप में इंजीनियर किया जा सकता है।
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