به‌کارگیری فناوری نانو در صنعت گیاهان دارویی

استفاده از گیاهان دارویی در ایران تاریخچه‌ای دیرینه دارد. امروزه با انجام تحقیقات بنیادی، کاربردی و توسعه تجهیزات آزمایشگاهی مرتبط با فناوری نانو می‌توان فراورده‌های دارویی-گیاهی با تأثیر بهتر علیه بیماری‌ها فراهم نمود و به دنبال آن طول‌عمر، کیفیت و توانایی‌های جسمی بشر را افزایش داد. گیاهان دارویی، از زمان‌های قدیم در نقاط مختلف جهان مانند چین باستان، آفریقا، مصر، آمریکا و هند برای اهداف دارویی استفاده‌شده است و به دلیل دارا بودن عوارض جانبی کمتر در مقایسه با داروهای مدرن، ارزش درمانی بهتری دارند. لذا این دانش سنتی می‌تواند مطابق با استانداردهای روز و به‌کارگیری فناوری‌های نوین چون نانو، جوابگوی نیازمندی‌های بشر با زبان علمی و قابل‌قبول باشد (1).

2: نگاهی به عملکرد گیاهان دارویی با تأثیر فناوری نانو

گیاهان دارویی در ترکیب‌های شیمیایی خود دارای مقدار مشخصی ماده مؤثره هستند که می‌تواند در پیشگیری، تشخیص، کمک به روند درمانی و در مجموع حفظ حالت فیزیولوژیک طبیعی بدن کمک کنند. مطالعه‌های اخیر نتایج سودمند استفاده از گیاهان در درمان و پیش‌گیری بیماری‌هایی همچون دیابت (2)، آترواسکلروزیس (3)، بیماری‌های عصبی (4) و سرطان (5)  را تأیید می‌کند. خاصیت آنتی‌اکسیدانی گیاهان از جمله مکانیسم‌های مهم آن‌ها است که در درمان بسیاری از بیماری‌ها می‌توان از آن استفاده کرد. مصرف گیاهان دارویی و عصاره آن‌ها به‌دلیل قیمت مناسب، عوارض جانبی کم و هم‌چنین فراوانی و در دسترس بودنشان در حال افزایش است. هم‌چنین منشأ طبیعی داروهای گیاهی سبب سازگاری بهتر آن‌ها با ارگانیسم‌های زنده از جمله بدن انسان نسبت به داروهای شیمیایی می‌گردد. استفاده از گیاهان دارویی و عصاره آن‌ها به‌دلیل عوارض جانبی کم در سرتاسر دنیا در حال افزایش است. شیرین‌بیان با نام علمی  Glycyrrhiza glabra  از خانواده فاباسیا[1] است که طول آن به یک متر می‌رسد. ریشه و ساقه‌های زیرزمینی این گیاه مصرف دارویی دارند. بررسی‌های فیتوشیمیایی نشان می‌دهد که گلیسیریزین که یک ترکیب تری‌ترپنوئید است باعث ایجاد طعم شیرین ریشه این گیاه و هم‌چنین ترکیب‌های فلاونوئید مثل لیکریتین و ایزولیکریتین سبب ایجاد رنگ زرد این گیاه می‌شوند که همین ترکیب‌های شیمیایی مثل فلاونوئیدها و ساپونین‌ها باعث ایجاد خواص درمانی همچون خاصیت ضدتوموری، ضدالتهابی، ضدویروسی و آنتی‌اکسیدانی آن می‌گردند (شکل 1).

شکل 1: گیاه شیرین‌بیان با نام علمی Glycyrrhiza glabra 

هم‌چنین مطالعه‌های زیادی تأثیر شیرین‌بیان و عصاره آن را بر سلول‌های دستگاه‌تنفسی و بهبود بیماری‌های دستگاه‌تنفسی تأیید می‌کند. اما استفاده از آن با روش‌های سنتی با چالش‌هایی همانند اثرگذاری بر بافت غیرهدف و یا اثرگذاری کم بر بافت هدف و هم‌چنین اکسید شدن برخی مواد مؤثر موجود در عصاره و یا اسانس گیاه روبه‌رو است. همین امر نیاز به استفاده از نانوحامل‌های‌دارویی نظیر لیپوزوم و نیوزوم را روشن می‌سازد که بتواند این دشواری‌ها را رفع و استفاده از داروهای گیاه را تسهیل بخشد و باعث اثرگذاری بهتر و بهبود عملکرد درمانی گیاهان دارویی شود. در مثالی دیگر، زردچوبه (کورکومین) به عنوان ماده‌موثره مکمل گیاهی کورکدن در کشورهای مختلف کاربرد درمانی متنوعی دارد و استفاده از آن بسیار محبوب و رایج است. اما به دلیل حلالیت پایین، میزان تاثیرگزاری کمی دارد. برای استفاده بهینه از این دارو، کورکومین را به شکل نانو تبدیل نموده تا با استفاده از مزایای نانوحامل‌ها میزان پایداری و یا درواقع تاثیرگزاری آن افزایش‌یابد (شکل 2) (6).

شکل 2: مکمل گیاهی کورکدن

3: نقش نانو در رفع چالش‌های کنونی صنعت داروهای گیاهی

بیشتر داروها با منشأ گیاهی دارای ویژگی نامحلول هستند که منجر به کاهش پایداری مؤثر در بدن (فراهمی‌زیستی پایین‌تر) و افزایش ترشحات سیستمیک می‌شود که نیاز به تجویز مکرر یا دوز بالاتر دارد که دارو را به عنوان کاندیدای ضعیف برای استفاده درمانی تبدیل می‌کند. اگرچه گیاهان دارویی اثرات فارماکولوژیک بسیار زیادی در برابر بسیاری از بیماری‌ها دارند، اما به دلیل عملکرد سینتیکی کمتر آن‌ها مانند جذب کم، ناتوانی در عبور از غشای لیپیدی، اندازه و وزن مولکولی بالا، جذب ضعیف داشته که نهایتاً منجر به کاهش فراهمی‌زیستی و اثربخشی در سیستم بیولوژیکی می‌شود. بنابراین، برخی از عصاره‌ها به دلیل ممانعت‌های ذکرشده از نظر بالینی استفاده نمی‌شوند. بسیاری از ترکیبات داروهای گیاهی قبل از رسیدن به خون، در pH بسیار اسیدی معده تجزیه می‌شوند و سایر ترکیبات ممکن است توسط کبد متابولیزه شوند. درنتیجه، مقدار بهینه داروهای گیاهی برای اثربخشی دارو ممکن است به خون نرسد. اگر دارو در حداقل مقدارموثر به مکان موردنظر نرسد، اثر درمانی نخواهد داشت. بنابراین رویکردهای متعددی برای غلبه بر محدودیت‌های عمده داروهای گیاهی موردبررسی قرارگرفته‌اند (7).

داروهای گیاهی هزاران ماده تشکیل‌دهنده دارند که همه به‌طور هم‌زمان در برابر بیماری‌ها مؤثر هستند.  درواقع گیاهان دارویی به یک روش بهینه برای رساندن اجزای سازنده و به روشی پایدار جهت افزایش میزان سازگاری بیمار و جلوگیری از تجویز مکرر نیاز دارند. سیستمی که بتواند شرایطی نظیر کاهش دوزموثر، جذب بیشتر، عوارض کم‌خطر و قابل‌کنترل را فراهم کند (8). در اینجا می‌توان به نیاز حیاتی فناوری نانو در این صنعت پی برد.

یکی از برجسته‌ترین راهبردها در این حوزه، طراحی سیستم‌های دارورسانی جدید (NDDS) برای ترکیبات گیاهی است. روش‌های جدید نه‌تنها تجویز مکرر دارو را کاهش می‌دهند، بلکه با کاهش سمیّت و افزایش فراهمی‌زیستی به افزایش ارزش درمانی دارو کمک می‌کنند. یکی از این رویکردهای جدید برای NDDS، فناوری نانو است. سیستم‌های دارورسانی در اندازه نانو، آینده بالقوه‌ای برای افزایش فعالیت و غلبه بر مشکلات مرتبط با داروهای گیاهی دارند. ازاین‌رو، ادغام نانوحامل‌ها به عنوان یک سیستم دارورسانی جدید در سیستم طب‌سنتی برای مقابله با بیماری‌های مزمن مانند آسم، دیابت، سرطان و غیره ضروری است. عصاره‌های گیاهی در سیستم‌های فرمولاسیون جدید دارای مزایای ویژه‌ای شامل بهبود نفوذپذیری، حلالیت، فراهمی‌زیستی، عملکرد درمانی، افزایش تخصیص در بافت‌ها، محافظت در برابر مواد فیزیکی، تخریب شیمیایی و تحویل مداوم و پایداری است که می‌تواند بر معایب آن مانند دوز زیاد و جذب کمتر غلبه کند و توجه شرکت‌های بزرگ دارویی را به خود جلب کند. بنابراین نانوحامل‌ها برای داروهای گیاهی کاربرد بسزایی دارند تا با دور زدن تمام موانع مانند pH اسیدی معده، متابولیسم کبد و افزایش گردش طولانی‌مدت دارو در خون به‌دلیل اندازه کوچک، مقدار بهینه دارو را به محل اثر خود منتقل کنند. برای بهبود خواص فیزیکوشیمیایی و افزایش کارایی نانوحامل‌ها، مکانیسم‌های مختلفی پیشنهادشده است. استفاده ترکیبی از فناوری نانو و شیوه‌های آزادسازی دارویی کنترل‌شده می‌تواند سرعت رهاسازی دارو از نانوذرات را تعدیل کند. علاوه‌براین، اصلاح سطح نانوحامل‌ها با هدف قرار دادن مکان خاص (مانند تومور)، تحویل هدفمند داروهای گیاهی را به محل خاص خود ممکن می‌سازد و از این‌رو کارایی آن‌ها را افزایش داده و سمیّت سیستمیک را کاهش می‌دهد. امروزه سیستم‌های مختلف مبتنی بر فناوری نانو مانند نانوذرات پلیمری، نانوذرات لیپیدی جامد، نانوذرات مغناطیسی، نانوذرات فلزی و معدنی، میسل‌های پلیمری، فسفولیپیدها، نانولیپوزوم‌های کلوئیدی، دندریمرها، نانوذرات چارچوب‌فلزی-آلی (MOF) و میسل‌های پایدار برای حمل داروهای گیاهی درحال بررسی هستند (9- 10).

4: استفاده از نانوداروهای گیاهی در درمان سرطان

عوامل دارویی فعال با منشأ گیاهی به عنوان جایگزین یا کمکی برای عوامل شیمی‌درمانی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. فعالیت دارویی امیدوارکننده برای بسیاری از مواد گیاهی شامل ضدنئوپلاستیک، ضدالتهاب، محافظ کبد، قلب و غیره است. زردچوبه، گیاه جینکو، صبرزرد و غیره جزو گیاهانی هستند که با سرطان مقابله می‌کنند. از این گیاهان در داروهای شیمی‌درمانی و داروهای قدیمی استفاده می‌شود (شکل 3).

شکل 3: زردچوبه، گیاه جینکو، صبرزرد سه گیاه مهم در درمان سرطان (از سمت چپ به راست)

براساس مطالعات ذکرشده، می‌توان آینده امیدوارکننده‌ای را در درمان سرطان با استفاده از نانوداروهای گیاهی انتظار داشت. با این‌حال، برخی از مسائل مهم باید در نظرگرفته‌شود. استفاده از عصاره‌های گیاهی در مقایسه با ترکیبات گیاهی خالص‌شده، کم کارآمد به نظرمی‌رسد. وجود اجزای مخلوط ممکن است منجر به اثرات جانبی ناخواسته شود و همچنین بر روی قدرت‌درمانی ماده اصلی تأثیر گذارد. همچنین، اثر ضدسرطانی گیاه باید براساس IC50   برای سلول سرطانی ارزیابی‌شود (11).

5: استفاده از فناوری نانو در تولید گیاهان دارویی

امروزه تولید گیاهان دارویی، دغدغه بسیاری از کشورها محسوب می‌شود چرا که تغییرات آب‌وهوایی، افزایش جمعیت، کاهش زمین‌های حاصل‌خیز و کاهش منابع‌آبی مسائلی است که بر تولید محصولات اثرگذاشته‌است. البته با استفاده از کشاورزی هوشمند و مدرن تا حدودی کشاورزان توانسته‌اند بر چنین مشکلاتی غلبه کنند و سبب افزایش تولید محصولات مزرعه خود شوند. نانوکودها خصوصیات منحصربه‌فردی را دارا  می‌باشند و می‌توانند برای گیاهان موثر باشند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های نانوکودها توانایی واردشدن آن‌ها به گیاهان است. درواقع نانوکودها با استفاده از اندازه کوچکی که دارند براحتی درون گیاهان وارد می‌شوند و در آن‌جا موادمغذی را رها می‌کنند. هم‌چنین این نانوذرات بسیار در آب محلول هستند و این ویژگی باعث می‌شود تا موادمغذی به خوبی در خاک پخش شود و بیش‌تر در معرض گیاهان قرار گیرد. در کودهای صنعتی و شیمیایی چنین ویژگی مشاهده نمی‌شود و این کودها حلالیت بسیار پایینی در آب دارند.

6: استفاده از فناوری نانو در ردیابی سریع عوامل بیماری‌زا در گیاهان دارویی

نانوحسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که با کمک آن‌ها می‌توان در همان مراحل ابتدایی، بیماری را شناسایی و درنتیجه برای کنترل آن اقدام نمود. نانوحسگرها شامل ترکیبات زیستی همچون یک سلول، آنزیم و یا آنتی‌بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند تغییرات ایجادشده در محیط اطراف خود را گزارش‌کنند. درصورت تجمع زیاد عامل بیماری در اطراف این حسگرها سیگنال‌های قوی فرستاده‌شده و وجود آلاینده‌ها در مدت چند دقیقه قابل‌تشخیص است. این درحالی است که تشخیص بیماری با استفاده از روش‌های رایج به حداقل 48 ساعت زمان نیازدارد. این نانوحسگرها می‌توانند در سراسر کشتزار پخش شده و شرایط خاک و رویش محصول را نیز کنترل و تنظیم کنند. بطورکلی کشاورزی دقیق را می‌توان یک نوع نگرش جدید در مدیریت مزرعه دانست. امروزه با استفاده از نانوحسگرها مشخص می‌شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذائی و سم نیاز دارد و بدین‌وسیله از آلودگی محیط‌زیست جلوگیری‌کرده، سلامت محصولات را تضمین و افزایش بازده اقتصادی را ممکن می‌سازد. بعبارتی نانوحسگرها می‌توانند با کنترل دقیق و گزارش‌دهی به‌موقع نیازهای گیاهان دارویی به مرکز پردازش اطلاعات، سیستم نگهداری محصولات دارویی را یاری نمایند.

7: چشم‌اندازی به تجارت جهانی گیاهان دارویی

تجـارت‌جهانـی گیاهان دارویی در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته‌است. کشـور ایـران بـا دارا بودن حـدود 2300 گونـه گیـاه‌دارویی که 1728 عـدد از آن‌ها بومی ایران هسـتند دارای ظرفیـت انحصاری در ایـن زمینـه می‌باشـد. برداشـت گیاهان دارویی از منابـع‌طبیعـی با تخریب محیط‌زیسـت شـکننده کشـور همـراه بوده و توسـعه کشـت در مزرعـه بـا معضـل کمبـود آب و تغییـرات شـدید میـزان موادموثـر در اثر تنش‌های زیسـتی و غیرزیسـتی همراه اسـت.

از جمله گیاهان دارویی پرکاربرد می‌توان به گیاه خرفه اشاره‌کرد. امروزه با به‌کارگیری نانوذرات اکسیدآهن در این گیاه، فعالیت آنتی‌اکسیدانی این گیاه دارویی افزایش‌یافته‌است. گیاه خرفه به‌عنوان یک گیاه‌دارویی مهم و با ارزش، دارای ترکیب‌های شیمیایی مهمی نظیر پتاسیم، مس، کلسیم، آهن، فسفر، منگنز، سلنیوم، کربوهیدرات، ساختارهای پروتئینی، ترکیبات آنتی‌اکسیدان، اسیدهای چرب غیراشباع و قندهایی نظیر پکتین است. این گیاه منبعی غنی از متابولیت‌های ثانویه سودمندی نظیر دوپامین، امگا-3 و انتقال‌دهنده‌های عصبی ازجمله نورآدرنالین به‌حساب می‌آید.

علاوه‌براین در گیاه پرمصرف زعفران، استفاده از نانوامولسیون برای ارتقاء سطح کیفی، همچون حفظ کیفیت (طعم، رنگ، بو و مزه)، کاهش مصرف میزان زعفران در واحد حجم و ارتقاء راندمان محصول تولیدشده از جمله کاربردهای نانوفناوری در صنعت زعفران می‌باشد.

مثالی دیگر، سنتز نانوحامل لیپونیوزوم حاوی عصاره زنجبیل می باشد. تحقیقات نشان‌می‌دهد، نانوذرات ساماریوم سنتزشده به کمک عصاره زنجبیل می‌تواند به‌عنوان دارویی جدید در درمان سرطان کولورکتال در آینده‌ای نزدیک استفاده‌شود (12).

در شرکت فناوری نانودارو البرز تولید نانوداروی گیاهی کورکدن با موفقیت صورت گرفته است که با خاصیت آنتی اکسیدانی بالای خود در بهبود عملکرد کبد نقش بسزایی داشته و نتایج امیدوارکننده‌ای در پیشگیری از سرطان و کاهش عوارض شیمی‌درمانی و پرتودرمانی نشان داده است.

شرکت آمریکایی آمژن[2] از سال 1980 میلادی کار خود را در راستای کشف و توسعه داروهای ضدسرطان شروع کرد. اخیرا این شرکت با به‌کارگیری فناوری نانو موفق به تولید داروی ضدسرطان با نام نئولاستا[3] شده است که محرک تولید گلبول‌های سفید می‌باشد.

شرکت کانادایی باچ هلث[4] نیز اخیرا دو داروی ویزودین[5] و ماسوژن[6] با به‌کارگیری فناوری نانو به بازار عرضه نموده است که بترتیب در کاهش رگ‌های غیرطبیعی چشم و افزایش قدرت بینایی در سنین بالا موثر می‌باشند.

شرکت دارویی راچ[7] در سوییس نیز با به‌کارگیری فناوری نانو موفق به عرضه دو دارو بنام‌های پژاسیس[8] و میرسرا[9] شده است که بتریتب در درمان هپاتیت و کم خونی بسیار موثر بوده است.

8: بحث و نتیجه‌گیری

طب‌سنتی و استفاده آن از ابتدای تاریخ موردتوجه انسان‌ها بوده‌است. در بسیاری از کشورها و ملیت‌ها با فرهنگ‌های مختلف استفاده از گیاهان برای درمان بسیاری از بیماری‌ها و افزایش سلامت جامعه رایج است. امروزه خواص درمانی مناسب و اثرهای زیان‌بار کم داروهای گیاهی، مصرف آن‌ها را در سرتاسر دنیا افزایش‌داده اما استفاده آن‌ها به‌شکل سابق با مشکلاتی همانند اثرگذاری بر بافت غیرهدف و یا اثرگذاری کم بر بافت‌هدف و هم‌چنین اکسید شدن برخی مواد مؤثر موجود در عصاره و یا اسانس گیاه روبه‌رو است که همین امر نیاز به استفاده از فناوری نانو را ضروری می‌سازد که بتواند این دشواری‌ها را رفع و استفاده از داروهای گیاه را تسهیل بخشد و باعث اثرگذاری بهتر و بهبود عملکرد درمانی گیاهان دارویی شود.

=========================

منابع

[1] Van Wyk B-E, Wink M. Medicinal plants of the world: CABI; 2018.

[2] Batiha GE-S, Beshbishy AM, El-Mleeh A, Abdel-Daim MM, Devkota HP. Traditional uses, bioactive chemical constituents, and pharmacological and toxicological activities of Glycyrrhiza glabra L. (Fabaceae). Biomolecules. 2020; 10:3.

[3] Zaigham M, Hamiduddin M, Ikram M. Aslussoos (Glycyrrhiza glabra Linn): A root with immense pharmaceutical potential and its utilization in Unani system of medicine. International J. Herbal Medicine. 2019; 7 (5):27.

[4] Pastorino G, Cornara L, Soares S, Rodrigues F, Oliveira MBP. Liquorice (Glycyrrhiza glabra): A phytochemical and pharmacological review. Phytotherapy research. 2018; 32(12):2323.

[5] Gioti K, Papachristodoulou A, Benaki D, Beloukas A, Vontzalidou A, Aligiannis N, et al. Glycyrrhiza glabra-Enhanced Extract and Adriamycin Antiproliferative Effect on PC-3 Prostate Cancer Cells. Nutrition and cancer. 2020; 72 (2):320.

[6] Nastić N, Švarc-Gajić J, Delerue-Matos C, Barroso MF, Soares C, Moreira MM, et al. Subcritical water extraction as an environmentally-friendly technique to recover bioactive compounds from traditional Serbian medicinal plants. Industrial Crops and Products. 2018; 111:579.

[7] More VV. Niosomal drug delivery-a comprehensive review. Asian Journal of Pharmaceutics (AJP): Free full text articles from Asian J Pharm. 2019; 12: 04.

[8] Al-Snafi AE. Glycyrrhiza glabra: A phytochemical and pharmacological review. IOSR Journal of Pharmacy. 2018; 8(6):1.

[9] Paudel YN, Angelopoulou E, Semple B, Piperi C, Othman I, Shaikh MF. Potential neuroprotective effect of the HMGB1 inhibitor Glycyrrhizin in neurological disorders. ACS chemical neuroscience. 2020; 11: 23.

[10] Sedighi M, Bahmani M, Asgary S, Beyranvand F, Rafieian-Kopaei M. A review of plant-based compounds and medicinal plants effective on atherosclerosis. J. research in medical sciences: the official j. Isfahan University of Medical Sciences. 2017; 2: 123.

[11] Gioti K, Papachristodoulou A, Benaki D, Beloukas A, Vontzalidou A, Aligiannis N, et al. Glycyrrhiza glabra-Enhanced Extract and Adriamycin Antiproliferative Effect on PC-3 Prostate Cancer Cells. Nutrition and cancer. 2020; 72(2):320.

[12] Ghodrati Z, Divsalar A, Ayrian S, Saeidifar M. Evaluation of The Anticancer Effects of Samarium Nanoparticles Synthesized by Extract of Ginger on HCT116 Colorectal Cancer Cells. J Cell Tissue (JCT). 2020; 10(4): 202.

———————————

[1] Fabaceae

[2] Amgen

[3] Neulasta

[4] Bauch Health

[5] Visudyne

[6] Macugen

[7] Roche

[8] Pegasys

[9] Mircera

—————————————————

تهیه کنندگان

• منیژه نعمت‌پور
• شرکت توسعه مهندسی الماس‌واره‌دانش

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

(توجه: جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید)

همچنین برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.

 ====================================================================================