Protein corona
પ્રોટીન કોરોના એ નેનોપાર્ટિકલની સપાટીની આસપાસ બાયોમોલેક્યુલ્સ, સામાન્ય રીતે પ્રોટીનનું ગતિશીલ આવરણ છે, જે જૈવિક માધ્યમોના સંપર્કમાં આવવાથી કોલોઇડલ નેનોમેટેરિયલમાં સ્વયંભૂ રચાય છે. પ્રોટીન કોરોના તેમના કદ, આકાર, રચના, ચાર્જ અને સપાટીના કાર્યાત્મક જૂથોના આધારે ઘણી જુદી જુદી પેટર્નમાં રચના કરી શકે છે, અને તેમાં એવા ગુણધર્મો હોય છે જે તાપમાન, પીએચ, શિયરિંગ સ્ટ્રેસ, ડૂબી ગયેલી મીડિયા રચના અને ખુલ્લા સમય જેવા વિવિધ પર્યાવરણીય પરિબળોમાં બદલાય છે. આ કોટિંગ્સ બાયોકેમિકલ અને ફિઝિયોકેમિકલ સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની પરિસ્થિતિઓ અનુસાર પણ બદલી શકાય છે. પ્રોટીન કોરોનાના પ્રકારોને બે વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવે છેઃ "સખત" અને "નરમ". "સખત" કોરોનામાં ઉચ્ચ-આકર્ષણ પ્રોટીન હોય છે જે નેનોપાર્ટિકલ સપાટી સાથે અપરિવર્તનીય રીતે બંધાયેલા હોય છે, જ્યારે "નરમ" કોરોનામાં નેનોપાર્ટિકલ સપાટી પર નીચા આકર્ષણ પ્રોટીન હોય છે જે ઉલટાવી શકાય તેવું રીતે બંધાયેલા હોય છે. આ રિવર્સિબલ-બાઉન્ડ પ્રોટીન "સોફ્ટ" પ્રોટીન કોરોનસમાં બાયોમોલેક્યુલ્સને વિવિધ ઉપયોગો માટે સમય જતાં વિનિમય અથવા અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ પ્રક્રિયા આંતરઆણ્વિક પ્રોટીન-નેનોપાર્ટિકલ અને પ્રોટીન-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સંચાલિત થાય છે જે દ્રાવણમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. "નરમ" પ્રોટીન કોરોનસમાં, સપાટી પર પ્રોટીનનું વિનિમય જોવું સામાન્ય છે; ઓછી આત્મીયતા ધરાવતા મોટા પ્રોટીન ઘણીવાર પહેલા નેનોપાર્ટિકલની સપાટી પર ભેગા થાય છે, અને સમય જતાં, ઉચ્ચ આત્મીયતા ધરાવતા નાના પ્રોટીન તેમનું સ્થાન લેશે, કોરોનાને "સખત" કરશે, જેને વ્રોમેન અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. રચનાને અસર કરતા પરિબળો તે જાણીતું છે કે બહુવિધ ભૌતિક રાસાયણિક અને જૈવ રાસાયણિક પરિબળો પ્રોટીન કોરોનાની રચના અને રચનાને પ્રભાવિત કરે છે. અગાઉના ઘણા અભ્યાસોએ આ પ્રક્રિયાઓને સમજવા અને તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરી શકાય તેના પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે. પ્રોટીનની રચના અને એકાગ્રતા પ્રોટીનની રચના અને સાંદ્રતા પ્રોટીન કોરોનાને કેવી રીતે અસર કરે છે તે નિર્ધારિત કરવા માટે, એક અભ્યાસમાં પ્લાઝ્મા માધ્યમમાં સિલિકા નેનોપાર્ટિકલ્સનો 1 કલાક સુધી સેવન કરવામાં આવ્યું અને કોરોનાની રચનાનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું. તેમને જાણવા મળ્યું કે પ્રોટીન સિલિકા સપાટી પર સરળતાથી શોષાય છે અને ઇન્ક્યુબેટેડ માધ્યમમાં હાજર પ્લાઝ્માની માત્રાના આધારે પોતાને વિવિધ પેટર્નમાં વ્યક્ત કરે છે. આ પ્રયોગ 3 ટકા, 20 ટકા અને 80 ટકા પ્લાઝ્મા સાથે ચલાવવામાં આવ્યો હતો અને એવું જાણવા મળ્યું હતું કે પ્લાઝમાના કિસ્સામાં, જ્યાં ઉચ્ચ-આકર્ષણ પ્રોટીનની સરખામણીમાં નિમ્ન-આકર્ષણ પ્રોટીનની સાંદ્રતા ઘણી વધારે હોય છે, ત્યાં નિમ્ન-આકર્ષણ પ્રોટીનમાં પ્લાઝમાની અંદર તેમની વધુ વિપુલતાને કારણે નેનોપાર્ટિકલની સપાટી પર ઉચ્ચ-આકર્ષણ પ્રોટીનને બદલવાનું વલણ હતું. આ પ્રકારના અભ્યાસો પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે પ્રોટીન કોરોનાને કોઈ ચોક્કસ માધ્યમમાં જૈવિક અણુઓના વજન અને આકર્ષણના આધારે નોંધપાત્ર રીતે બદલી શકાય છે. મીડિયા એક્સપોઝર પ્રોટીન કોરોનાને અસર કરતું બીજું મુખ્ય પરિબળ એક્સપોઝર સમય છે, અથવા પ્રોટીનમાં કોટેડ નેનોપાર્ટિકલ પ્રવાહી માધ્યમોના સંપર્કમાં આવવાનો સમય છે. તે સર્વવિદિત છે કે બાયોમોલેક્યુલર માધ્યમમાં નેનોપાર્ટિકલની રજૂઆત પછી તરત જ તેની સપાટી પર પ્રોટીન કોરોના રચાય છે, એક અભ્યાસમાં માનવ પ્લાઝ્મા જેવા જૈવિક પ્રવાહી માટે નેનોપાર્ટિકલ્સનો સંપર્ક કરવામાં આવ્યો હતો અને અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું કે આ માધ્યમોના સંપર્કમાં આવવાની લંબાઈ કેવી રીતે કોરોનાની રચનાને અસર કરી શકે છે. માત્ર 30 સેકન્ડની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી, લગભગ 300 પ્રોટીન નેનોપાર્ટિકલ સપાટી પર શોષાય છે તેવું જાણવા મળ્યું હતું, અને તેમાંથી મોટાભાગના અણુઓમાં ઓછું આકર્ષણ (ફાર્માકોલોજી) અને મોટું પરમાણુ વજન હતું. 1 મિનિટ કે તેથી વધુ સમય સુધી સંપર્કમાં રહ્યા પછી, વિવિધ પ્રોટીન કોરોના પેટર્ન જોવા મળી હતી, અને મળી આવેલા પ્રોટીનમાંથી, તેમાંના મોટા ભાગનામાં વ્રોમેન અસર સાથે સુસંગત, ઉચ્ચ આકર્ષણ અને નાના પરમાણુ વજન હતું. આમ, નેનોપાર્ટિકલના જૈવિક પ્રવાહીના સંપર્કમાં આવવાના સમયની લંબાઈ પ્રોટીન કોરોનાની રચના અને પેટર્નને મોટા પ્રમાણમાં બદલી શકે છે. એક્સપોઝર સમય ઉપરાંત શિયરિંગ બળોનું પરિબળ છે. ભૂતકાળમાં, સંશોધકોએ ખૂબ જ સ્થિર પરિસ્થિતિઓમાં પ્રોટીન-નેનોપાર્ટિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કર્યો હતો જેથી ચલને સરળતાથી નિયંત્રિત કરી શકાય. જો કે, આ પરિસ્થિતિઓ માનવ શરીરની પરિસ્થિતિઓનું ખૂબ પ્રતિનિધિત્વ કરતી નથી જ્યાં નેનોપાર્ટિકલ્સ સામાન્ય રીતે શિયરિંગ સ્ટ્રેસ અને હાઇડ્રોડાયનેમિક પ્રવાહી પરિસ્થિતિઓના સંપર્કમાં આવશે. આમ, માનવ શરીરમાં પ્રોટીન કોરોના કેવી રીતે ટકી રહેશે તે સમજવા માટે પ્રવાહી પરિસ્થિતિઓ માટે જવાબદાર પ્રયોગો જરૂરી હતા. એક અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે પ્રવાહી પ્રવાહ પ્રોટીન કોરોનાની જૈવવિવિધતામાં વધારો કરે છે અને પર્યાવરણમાં હાજર કાપવાની શક્તિઓને કારણે તેના આકારમાં ફેરફાર કરે છે. કારણ કે આ બંને પરિબળો પ્રોટીન કોરોના નેનોપાર્ટિકલ્સના કાર્યાત્મકકરણમાં અસરો ધરાવે છે, આ અવલોકનો પ્રવાહી પરિસ્થિતિઓની હાજરીમાં પ્રોટીન કોરોનાના અભ્યાસનું મહત્વ સાબિત કરે છે. તાપમાન પ્રોટીન-નેનોપાર્ટિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને પણ મોટા પ્રમાણમાં અસર કરી શકે છે. ક્યુ નેનોપાર્ટિકલ્સ પર કરવામાં આવેલા એક અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે જેમ જેમ નેનોપાર્ટિકલ્સના આજુબાજુનું તાપમાન 15 ડિગ્રી સેલ્સિયસ, 27 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને 37 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધારીને 42 ડિગ્રી સેલ્સિયસ કરવામાં આવ્યું હતું, તેમ તેમ નેનોપાર્ટિકલ્સની સપાટી પર શોષાયેલા પ્રોટીનનું પ્રમાણ પણ વધ્યું હતું. આ શોધ બીમારીઓની સારવાર માટે પ્રોટીન કોરોનાનો ઉપયોગ કરવાના પ્રયાસમાં ખાસ કરીને રસપ્રદ હતી, કારણ કે આ કણોને માનવ શરીરમાં દાખલ કરવામાં, તેઓ અસ્તિત્વમાં હોવા જોઈએ અને ઊંચા તાપમાને કાર્ય કરશે. તાવવાળા વ્યક્તિઓમાં, તેમના શરીરનું બદલાયેલું તાપમાન સંભવિત રીતે નેનોપાર્ટિકલ્સના જૈવ-વિતરણ અને જૈવ-ઉપલબ્ધતામાં ફેરફાર કરી શકે છે. આમ, સંશોધકો માટે પ્રોટીન કોરોના પર તાપમાનની અસરોનો હિસાબ રાખવો મહત્વપૂર્ણ છે. pH અસરો પર્યાવરણીય pH પ્રોટીન કોરોના રચનાને પણ અસર કરી શકે છે. તે જાણીતું છે કે પ્રોટીનના ગુણધર્મો અને કાર્યક્ષમતાનો અભ્યાસ કરતી વખતે pH એ ધ્યાનમાં લેવાનું એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. pH પ્રોટીન-નેનોપાર્ટિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રોટીન બંધનકર્તા સંબંધને બદલી શકે છે, આમ નેનોપાર્ટિકલની સપાટી પર શોષિત પ્રોટીન પેટર્નમાં ફેરફાર કરે છે. જો દવા પહોંચાડવાની પદ્ધતિઓ માટે ઉપયોગ કરવામાં આવે તો, નેનોપાર્ટિકલ્સમાં રક્ત (તટસ્થ પી. એચ.), એક્સપોઝર મીડિયા (પી. એચ. <આઇ. ડી. 2>), ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર પ્રવાહી (પી. એચ. 6.8) અને લાઇસોસોમ્સ (પી. એચ. <આઇ. ડી. 1>) જેવા સેલ્યુલર ગ્રહણ માર્ગમાં બહુવિધ વિવિધ પી. એચ. ફેરફારોમાંથી પસાર થવું પડશે અને તેના કોરોનાને અકબંધ અને કાર્યરત રાખવામાં સક્ષમ બનવું પડશે. કેન્સરની ગાંઠો ખાસ કરીને એસિડિક સૂક્ષ્મ વાતાવરણને પ્રેરિત કરવા માટે જાણીતી છે તેમજ તેમાં અમુક પ્રકારના પ્રોટીન હોય છે જે નેનોપાર્ટિકલ્સની આસપાસ પ્રોટીન કોરોનાને સંશોધિત કરવામાં સક્ષમ હોય છે જે દવાના અણુઓ પ્રત્યે શરીરની ઉપચારાત્મક પ્રતિક્રિયામાં મોટા પ્રમાણમાં ફેરફાર કરી શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ રચના છેલ્લે, નેનોપાર્ટિકલની રચના પોતે જ તેની સપાટી પર પ્રોટીન કોરોના રચનાને અસર કરી શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ સામગ્રીના હાઇડ્રોફિલિક અથવા હાઇડ્રોફોબિક પ્રકૃતિમાં તફાવતો કોરોનમાં પ્રોટીનની માત્રા નક્કી કરી શકે છે. સામાન્ય રીતે, પ્રોટીન હાઇડ્રોફિલિક પદાર્થો કરતાં હાઇડ્રોફોબિક પદાર્થોમાં વધુ સરળતાથી શોષી લે છે. પરિણામે, હાઇડ્રોફોબિક નેનોપાર્ટિકલ્સ માનવ શરીરમાં કણોના એકત્રીકરણ અને ઉચ્ચ ઑપ્સોનાઇઝેશનને પ્રેરિત કરે તેવી શક્યતા વધુ હોય છે, જે રક્તમાં પ્રણાલીગત પરિભ્રમણના સમયને ઘટાડી શકે છે. વધુમાં, રચના અને દ્રાવ્યતામાં મદદ કરવા માટે, નેનોપાર્ટિકલ્સમાં ઘણીવાર તેમની સપાટી પર લિગાન્ડ્સ અને કાર્યાત્મક જૂથો હોય છે જે "ફિંગરપ્રિન્ટ્સ" જેવું કાર્ય કરે છે. પ્રોટીન ફિંગરપ્રિન્ટ્સ એ લિગાન્ડ્સ અને અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રોટીનને અલગ પાડવા અથવા ઓળખવાની ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે. આ ફિંગરપ્રિન્ટ્સ નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે તેમની સપાટી પર ચોક્કસ પ્રોટીનને શોષવા માટે રચનાત્મક રીતે તૈયાર કરવાની મંજૂરી આપે છે. નેનોપાર્ટિકલ સપાટીની કઠોરતા પણ પ્રોટીન કોરોના રચનામાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે, કારણ કે એક અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે ખરબચડી નેનોપાર્ટિકલ સપાટી નેનોપાર્ટિકલ અને બંધનકર્તા પ્રોટીનના ભાગો વચ્ચે પ્રતિકારક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડી શકે છે, જે શોષાયેલા પ્રોટીનની માત્રામાં વધારો કરે છે. એપ્લિકેશન્સ ડ્રગ ડિલિવરી પ્રોટીન કોરોનાનો ઉપયોગ સંખ્યાબંધ વિવિધ કાર્યો માટે થઈ શકે છે, જેમાં મુખ્ય છે ડ્રગ ડિલિવરી. જ્યારે નેનોપાર્ટિકલ્સ જૈવિક પ્રવાહીના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે જે કોરોના રચાય છે તેની લાંબા સમયથી માનવ શરીરની અંદર જરૂરિયાતની જગ્યાઓ પર મહત્વપૂર્ણ દવાના અણુઓ અથવા પ્રોટીન પહોંચાડવાની ક્ષમતા માટે તપાસ કરવામાં આવી છે. નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉચ્ચ ડ્રગ-લોડિંગ કાર્યક્ષમતા તેમજ તેમની નેનો માપનીયતાને કારણે જૈવિક અવરોધોમાંથી સરળતાથી પસાર થવાની ક્ષમતા માટે જાણીતા છે. તેમની રચનાની સુસંગતતા તેમની ઝેરી અસરને નિયંત્રિત કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને તેમને કાર્યાત્મક જૂથોના વિવિધ સમૂહો સમાવવા માટે સુધારી શકાય છે જે ચોક્કસ પ્રવૃત્તિઓ કરી શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સના આ ગુણો તેમને દવા વિતરણ ક્ષમતાઓ માટે આદર્શ બનાવે છે. પ્રોટીન કોરોના દવા વિતરણના ક્ષેત્રમાં અભ્યાસનું મુખ્ય ક્ષેત્ર, શરીરમાં નેનોપાર્ટિકલ્સના પરિભ્રમણ સમયનો અભ્યાસ છે. દવાની અસરકારકતાને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે, તે ક્યાં પહોંચાડવામાં આવે છે અને તે ત્યાં કેટલો સમય રહે છે તે સ્પષ્ટ કરવું અત્યંત ઉપયોગી થઈ શકે છે. મોટેભાગે, લોહીની અંદરના મેક્રોફેજ નેનોપાર્ટિકલ્સની હાજરીને શોધી કાઢશે અને તરત જ તેમને શરીરમાંથી દૂર કરવા માટે કામ કરશે. દવા વિતરણના દ્રષ્ટિકોણથી આ હંમેશા સારી બાબત નથી, અને આમ પરિભ્રમણના સમયને લંબાવવા માટે અભ્યાસો કરવામાં આવ્યા હતા. એવું જાણવા મળ્યું છે કે જ્યારે ફાઇબ્રિનોજેન જેવા ઓપ્સોનિન પ્રોટીન કોરોનામાં અસંખ્ય હોય છે, ત્યારે પ્રોટીન મેક્રોફેજની ઓળખ અને ત્યારબાદ નેનોપાર્ટિકલ્સના વપરાશને પ્રેરિત કરે છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે કોરોના એલ્બ્યુમિન જેવા ડિસોપ્સોનિનથી સંતૃપ્ત થાય છે, ત્યારે મેક્રોફેજ કણોની ઓળખમાં ઘટાડો દર્શાવે છે અને આમ, કણોના પરિભ્રમણનો સમય ઘણો વધે છે. આ તકનીકને ઢીલું મૂકીને "સ્ટીલ્થ ઇફેક્ટ" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રોટીન કોરોનાની સામગ્રીને અનુરૂપ બનાવીને, તમારા શરીરમાં નેનોપાર્ટિકલ કેટલો સમય રહે છે તે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, નેનોપાર્ટિકલ્સ તેમની સપાટી પર ચોક્કસ કાર્યાત્મક જૂથો સાથે ઉગાડી શકાય છે જે કેમોસેલેક્ટિવિટીને પ્રેરિત કરે છે. ટ્રાન્સફેરિન, ઇન્સ્યુલિન અને ફોલિક એસિડ જેવા કાર્યાત્મક બાયોમોલેક્યુલ્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે કેન્સર-લક્ષિત દવા વિતરણ પ્રણાલીઓમાં થાય છે. અન્ય નાના અણુઓ જેમ કે એનહાઇડ્રાઇડ, એમાઇન, કાર્બોક્સિલ અને થિયોલનો ઉપયોગ નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ એન્ડોથેલિયલ કોષો, સ્વાદુપિંડના કોષો અને સક્રિય માનવ મેક્રોફેજ સાથે ઉચ્ચ સેલ્યુલર જોડાણ તરફ કરી શકાય છે. ચોક્કસ એપોલિપોપ્રોટીન, જેમ કે એપો ઇ, એપો એ 1 અને એપો બી-100, ચેતાતંત્રને લક્ષ્ય બનાવવા માટે નેનોપાર્ટિકલ્સ સંભવિત રીતે કાર્યરત કરી શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ ડ્રગ ડિલિવરી સાથે અન્ય વધુ દબાવી દેવાની સમસ્યા એ છે કે નેનોપાર્ટિકલ્સ લક્ષ્ય સ્થળ પર અથવા વિવિધ અવયવોમાં એકઠા થાય છે, જે ઝેરી બની શકે છે. તે જાણીતું છે કે નેનોપાર્ટિકલ્સના કદ શરીરની અંદર તેમના વિતરણને નિર્ધારિત કરે છે, એટલે કે વિવિધ કદના નેનોપાર્ટિકલ્સ ચોક્કસ અવયવોમાં એકઠા થવાનું વલણ ધરાવે છે. તેથી, દવા વિતરણ દરમિયાન લક્ષિત સ્થળો પર નેનોપાર્ટિકલ વિતરણ અને સંચયને ધ્યાનમાં લેતી વખતે કદ એ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ નિયંત્રણ પરિબળ છે. સંદર્ભો સપાટીના રસાયણશાસ્ત્ર દ્વારા નેનોપાર્ટિકલ્સ