Manyetik Nanopartiküller (MNP)

Son on yıl içinde tasarlanmış farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip nanoplatformlar pek çok uygulamada kullanılmıştır. Sahip olduğu yüksek yüzey

29

alanı/hacim oranı, yüzey enerjisi gibi özellikler, manyetik nanopartiküllere; kendine has fiziksel, kimyasal, elektronik, mekanik vb. özellikleri kazandırır [68]. Nanobilim ve nanoteknoloji alanlarındaki araştırma ve gelişmeler çeşitli alanlarda daha yenilikçi ve etkili yaklaşımlar sağlamaktadır. Sahip olduğu bu eşsiz özellikler sayesinde manyetik nanopartiküller, her gün gelişmekte olan nanoteknoloji alanında kendisine önemli bir yer edinmeye başarmıştır. Manyetik nanopartiküller, ilaç ve gen taşınımı, hipertermi, fototerapi, kontrollü ilaç salım sistemleri gibi çok geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Tek bir malzeme ile teragnostik, teşhis ve tedavi kombinasyonunun sağlanması son yıllarda çok fazla ilgi çekmekte ve daha etkili bir tedavi sağlamaktadır. Nanoteknolojik yöntemlerle geliştirilen teragnostik ajan ile hem görüntü elde etmek hem de aynı zamanda hedef bölgede tedavi yapabilmek amaçlamaktadır. Bu şekilde, geleneksel tedavi yöntemlerinde karşılaşılan sorunları ortadan kaldırarak, kişiselleştirilmiş tedavinin önünü açmayı amaçlayan çok etkin bir yöntem geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu nedenle MNP’ler MR görüntüleme için kullanılan makromoleküller ile karşılaştırıldığında, uygun boyutları ve yüksek yüzey/hacim oranı ile pek çok uygulamada kullanılabilirler.

Nanotıp alanında, manyetik nanopartiküllerin teragnostik ajan olarak kullanılması için, süperparamanyetik, biyouyumlu, düşük toksisiteye sahip olması gerekmektedir. Bu özelliklere ek olarak ilaç yükleme, salım ve hedefleme çalışmaları için uygun fonksiyonel gruplara sahip olması sağlanmalıdır. Hipertermi gibi bazı uygulamaların etkinlik gösterebilmesi için, hedeflenen dokuda istenilen ısı dağılımının homojen bir şekilde sağlanması gerekmektedir. Son yıllarda bu gereksinimleri karşılayabilmek için fonksiyonel gruplara sahip çeşitli özelliklerde manyetik nanopartiküller sentezlenmiştir.

Önceleri, MNP’ler nikel ve kobalt bileşiklerinden hazırlananmıştır. Fakat yapılan araştırmalar, malzemelerin kimyasal özelliklerinden kaynaklanan biyolojik dezavantajları olduğunu göstermiştir. Bundan dolayı, daha sonraları bu durumun aşılması için malzemeler, ferrik ya da ferröz oksit bileşikleri ile hazırlanmaya başlanmıştır. MNP’ler dışarıdan uygulanan manyetik alanın büyüklüğü ve süresine bağlı olarak kolayca yönlenebilmesi ve kontrol edilmesinden dolayı, hastalıkların teşhis ve tedavisinde geniş kullanım alanına sahiptir. MNP’ler, MR’da kontrast arttırıcı ajan olarak, kanser tedavisi için hipertermi uygulamalarında, doku

30

mühendisliği ve kardiyovasküler hastalıkların görüntülenmesinde kullanılmaktadır [74].

Süperparamanyetik demir oksit nanopartiküllerin sahip oldukları süperparamanyetik özellik sayesinde tıp uygulamalarında teragnostik ajan olarak kullanılması umut vericidir. Demir oksit nanopartiküllerin boyutu birkaç nanometreye (1-20 nm) düşürülünce, tek bir etki alanına sahip olmaktadırlar (single domain) ve bu da onları süperparamanyetik olmaya zorlamaktadır.

Ferromanyetik malzemelere uygulanan manyetik alanı kaldırılsa bile, partiküllerin manyetik özellikleri devam etmektedir. Çok etki (multi domain) alana sahip ferromanyetik malzemelerin aksine süperparamanyetik nanopartiküller manyetik alan etkisi kaldırılınca, bulundukları ortamda agrege olmayıp dağılmaktadırlar. Bu özellik, agrege eğiliminde olan nanopartiküllere kıyasla klinik uygulamalarda önem arz etmektedir.

MNP’lerin yüzeyleri çeşitli kaplama materyelleri ile kaplanarak çeşitli reseptör, ligand, protein ve antikorlarla, artan kovalent bağlanma kapasitesine sahiptirler.

Boyutlarının küçük olması ve dolayısıyla yüzey/hacim oranının büyük olması nedeniyle yüzeyleri hedeflendirme ve biyouyumlu hale getirmek için daha uygundur. Ligandlara olan yüksek bağlanma özelliği nedeniyle, süperparamanyetik nanopartiküller moleküler görüntülemede önemli role sahiptirler. Moleküler görüntüleme sayesinde, hücrelerin metabolik görevlerindeki değişimler detaylı bir şekilde görselleştirilmektedir. Aynı zamanda, süperparamanyetik nanopartiküller biyobozunabilir ve biyouyumlu olmaları sayesinde, biyomedikal alanlarda, gen tedavisi, hücre ve biyolojik madde ayırımı gibi uygulamalarda kendilerine geniş bir yer edinmişlerdir. Dışarıdan manyetik alan uygulayarak MNP ile hedeflendirmedeki temel amaç, vücuda verilen etken madde miktarını düşürmek, verilme sıklığını azaltmak ve tümörü çevreleyen dokularda meydana gelebilecek yan etkileri ortadan kaldırmaktır. MNP’in bu avantajları ile bölgesel rahatsızlıkların tedavisinde daha etkin olduğunu gösterilmiştir.

Boyutlarından dolayı immün sistem tarafından tanınmaması ve yüzeylerinin çeşitli moleküller ile modifiye edilebilmesi sayesinde hedefe daha etkili bir biçimde ulaşabilmelerinde dolayı polimer kaplı süperparamanyetik nanopartiküller, en uygun kaplama ya da kapsülleme malzemesi olarak bilinmektedir. Burada sözü edilen polimerik malzemelerin fonksiyonlarını yerine getirdikten sonra vücuttan

31

atılmaları gibi sahip oldukları pek çok avantaj dolayısıyla; çeşitli yüzey modifikasyon ajanları ile modifiye edilmiş polimerik nanopartiküllerin kanser tedavisi başta olmak üzere çeşitli terapötik alanlarda aldığı rol giderek artmakta ve büyük önem arzetmektedir.

2.16.3.1. Manyetik Nanopartiküllerin Kardiyovasküler Uygulamaları

Kardiyovasküler rahatsızlıkların teşhis ve tedavisindeki en önemli noktalardan bir tanesi etkili ve tam zamanlı görüntülemenin yapılmasıdır. Günümüzde kullanılan görüntüleme yöntemleri hastalığın erken teşhisinde çok yeterli olmamakla birlikte, son zamanların önemli alanlarında olan nanoteknoloji bunun için yeni olanaklar sağlamaktadır. Manyetik nanopartiküller, süperparamanyetik özelliğe sahip, merkezinde demiroksit bulunan ve herhangi bir karbonhidrat ya da polimer ile kaplanmış yapılardır. MNP sahip oldukları fiziksel yapıları ve boyutları itibariyle aterosklerotik plak ve miyokardiyal yaralanmaların hem hücresel hem de moleküler boyutta görüntülenme sistemlerinde kullanılmaktadır [75, 76].

Günümüzde kullanılan klasik görüntüleme sistemleri ile karşılaştırıldığında;

MNP’ler, mükemmel yumuşak doku kontrastı sağlamakta ve plak bölgesinde hem anatomic hem de moleküler düzeyde hassas görüntü vermektedir [77].

MNP’ lerin hazırlanmasında yüzeyin daha kolay modifiye edilmesi için kaplama ya da kapsülleme malzemesi olarak polimerik malzemelerin kullanılması yaygın ve önemli bir noktadır. Demir oksit nanopartiküller işlevini yerine getirdikten sonra vücuttan atılmaktadırlar. Dolayısıyla kaplama malzemesi olarak kullanılan polimerin de vücutta birikmeyip atılması büyük önem arz etmektedir. Bundan dolayı, literatürde konu ile ilgili yapılan çalışmalarda biyolojik olarak bozunabilen ve kendisi ya da degredasyon ürünleri toksik özellik göstermeyen polimerler tercih edilmektedir [78]. Polimerik nanopartiküllerin hazırlanmasında proteinler (albumin, jelatin vb.) ve polisakkaritler (aljinat, kitosan, dekstran vb.) gibi doğal polimerler ya da polianhidrit, polikaprolakton-PCL, polilaktik asit-PLA, poli laktik-ko-glikolik asit PLGA…vb. gibi sentetik polimerler kullanılmaktadır.

32

2.17. Nanopartiküllerin Hazırlanmasinda Kullanılan Biyopolimerler