Protein nanoparticles
પ્રોટીન નેનો ટેકનોલોજી એ સંશોધનનું ઝડપથી વિકસી રહેલું ક્ષેત્ર છે જે નેનોસ્કેલ ટેકનોલોજી સાથે પ્રોટીનના વિવિધ ભૌતિક રાસાયણિક ગુણધર્મોને એકીકૃત કરે છે. પ્રોટીન (અથવા પ્રોટીન આધારિત) નેનોપાર્ટિકલ્સ (પી. એન. પી.) તરીકે ઓળખાતા નેનોપાર્ટિકલ્સના નવા વર્ગીકરણને જન્મ આપવા માટે આ ક્ષેત્ર ફાર્માસ્યુટિકલ સંશોધનમાં આત્મસાત થયું. ઉચ્ચ બાયોકોમ્પેટિબિલિટી, બાયોડિગ્રેડેબિલિટી અને ઓછી ઝેરીતા જેવા તેમના અનુકૂળ ફાર્માકોકાઇનેટીક ગુણધર્મોને કારણે પી. એન. પી. એ નોંધપાત્ર રસ મેળવ્યો. એકસાથે, આ લાક્ષણિકતાઓ કૃત્રિમ એન. પી. ની દવા વિતરણ વ્યૂહરચનાઓ સાથે આવતા પડકારોને દૂર કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. ઓછી જૈવઉપલબ્ધતા, ધીમો ઉત્સર્જન દર, ઉચ્ચ ઝેરી અને ખર્ચાળ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા સહિતના આ પ્રવર્તમાન પડકારો, ઓન્કોલોજી, થેરાનોસ્ટિક્સ અને ક્લિનિકલ ટ્રાન્સલેશનલ રિસર્ચમાં નોંધપાત્ર ઉપચારાત્મક પ્રગતિ માટેના દરવાજા ખોલશે. પી. એન. પી. ના ક્લિનિકલ અનુવાદ માટે આ ક્ષેત્રમાં સતત પ્રગતિ જરૂરી છે. 2022 સુધીમાં, માત્ર એક પી. એન. પી. ફોર્મ્યુલેશન (એબ્રેક્સેન) અને પાંચ વી. એલ. પી. (ગાર્ડાસિલ, સેરાવિક્સ, મોસ્ક્યુરિક્સ, સાય-બી-વેક, ગાર્ડાસિલ 9) ને એફ. ડી. એ. દ્વારા ક્લિનિકલ ઉપયોગ માટે મંજૂરી આપવામાં આવી છે. પી. એન. પી. ના ફોર્મ્યુલેશનની એફ. ડી. એ. મંજૂરી પી. એન. પી. અને જૈવિક વાતાવરણ વચ્ચેની ઇન-વિવો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કે જે તેમની સલામતી અથવા કાર્યને જોખમમાં મૂકે છે તેનાથી ઊભી થતી ગૂંચવણો દ્વારા પ્રતિબંધિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, પી. એન. પી. માં પ્રોટીનની રચનામાં ફેરફારો થઈ શકે છે, પ્રોટીન કોરોના બની શકે છે અથવા બળતરા પેદા કરી શકે છે અને દર્દીની સુખાકારીને જોખમમાં મૂકી શકે છે. સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ પી. એન. પી. ની અનુકૂળ લાક્ષણિકતાઓનો લાભ ઉઠાવવા માટે, પી. એન. પી. સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓમાં સુધારાઓનું વ્યાપકપણે સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. પ્રગતિ અથવા નવી સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓનો વિકાસ ઇચ્છનીય છે કારણ કે હાલની પદ્ધતિઓ (સોનોકેમિસ્ટ્રી, થર્મલ વિઘટન, અને કોલોઇડલ/હાઇડ્રોથર્મલ/માઇક્રોઇમલશન પદ્ધતિઓ) પ્રણાલીગત ઝેરીકરણમાં ફાળો આપે છે અને હાઇડ્રોફિલિક દવાઓ સુધી મર્યાદિત છે. પરિણામે, તાજેતરની પ્રગતિઓ આ પડકારોને દૂર કરવા અને વ્યાપારી કદના ઉત્પાદનને હાંસલ કરવાનો પ્રયાસ કરે છે. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોસ્પ્રે અથવા ડિસોલ્વેશન જેવી નવી વિકસિત પી. એન. પી. સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ પરંપરાગત નેનોપાર્ટિકલ પદ્ધતિઓની તુલનામાં વધુ ટકાઉ અભિગમ પ્રદાન કરે છે. કૃત્રિમ નેનોપાર્ટિકલ્સથી વિપરીત, પી. એન. પી. ને હળવી પરિસ્થિતિઓમાં અને ઝેરી રસાયણો અથવા કાર્બનિક દ્રાવકો વિના સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. પી. એન. પી. પણ કુદરતી રીતે મેળવવામાં આવે છે અને સરળતાથી અધોગતિ પામે છે. તેમ છતાં, આ ફાયદાઓ અને નવી સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓનો ઉમેરો હોવા છતાં, પદ્ધતિઓ પ્રમાણમાં ખર્ચાળ રહે છે અને પી. એન. પી. કદ પર સંપૂર્ણ નિયંત્રણ આપતી નથી, જે બાયોમેડિસિનમાં તેમના ઉપયોગને મોટા પ્રમાણમાં મર્યાદિત કરે છે. તેઓ ઘણીવાર કુદરતી રીતે પ્રાણી અને વનસ્પતિ સ્રોતોમાંથી મેળવવામાં આવે છે. તદનુસાર, પ્રાણી પ્રોટીનના સામાન્ય રીતે વહેંચાયેલા ફાયદાઓમાં ઉચ્ચ જૈવ-સુસંગતતા, જૈવ વિઘટનક્ષમતા, બિન-રોગપ્રતિકારક ક્ષમતા, દવાની લોડિંગ કાર્યક્ષમતા, કોષ ગ્રહણ અને સરળ અને ખર્ચ-અસરકારક ઉત્પાદનનો સમાવેશ થાય છે. નીચે કોષ્ટકો 2-4 પી. એન. પી. સંશ્લેષણમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સામાન્ય પ્રોટીનનું સંકલન કરે છે. પી. એન. પી. ના પ્રકારો સમાન ભૌતિક ગુણધર્મો ધરાવે છે જેમ કે ઉચ્ચ જૈવિક સુસંગતતા, બિન-રોગપ્રતિકારક શક્તિ, ઉચ્ચ દવા કાર્યક્ષમતા, ઉચ્ચ જૈવ વિઘટનક્ષમતા અને ઉચ્ચ કોષ ગ્રહણ. યોગ્ય શારીરિક કાર્ય માટે જરૂરી પ્રોટીનની વિપુલતાને કારણે, શરીરએ પેશીઓ અને કોષોમાં પ્રોટીનને અદ્યતન કરવાની પ્રક્રિયાઓ વિકસાવી છે. પી. એન. પી. તેમના સેલ્યુલર ગ્રહણને વધારવા માટે આ કુદરતી પ્રક્રિયાઓનો લાભ લે છે. આ વિપુલતા અને પ્રોટીનના કુદરતી સ્ત્રોત પછીના શુદ્ધિકરણ પણ રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડે છે અને શરીરમાં ઓછા ઝેરી સ્તરનું ઉત્પાદન કરે છે. જેમ જેમ પી. એન. પી. નું અધઃપતન થાય છે તેમ, પેશીઓ એમિનો એસિડને ઊર્જા અથવા પ્રોટીન ઉત્પાદનમાં આત્મસાત કરે છે. પ્રોટીન નેનોપાર્ટિકલ ફેરફારો પી. એન. પી. ને કણોની સ્થિરતા વધારવા, અધઃપતન ઘટાડવા અને અનુકૂળ લાક્ષણિકતાઓ વધારવા માટે રાસાયણિક રીતે સુધારી શકાય છે. ક્રોસ-લિંકિંગ એ એક સામાન્ય ફેરફાર છે જે કૃત્રિમ અથવા કુદરતી ક્રોસ-લિંકરનો ઉપયોગ કરી શકે છે. કુદરતી ક્રોસ-લિંકર્સ કૃત્રિમ ક્રોસ-લિંકર્સ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછા ઝેરી હોય છે. પી. એન. પી. ના ફેરફારમાં પ્રેરક પરિબળો તેમના સપાટીના ગુણધર્મો (સપાટી ચાર્જ, હાઇડ્રોફોબિસિટી, કાર્યાત્મક જૂથો, વગેરે) માંથી ઉદ્ભવે છે. કાર્યાત્મક જૂથો લક્ષિત દવા વિતરણ માટે પેશી-વિશિષ્ટ લિગાન્ડ્સ સાથે જોડાઈ શકે છે. કાર્યાત્મક લિગાન્ડ્સમાં પ્રોટીન રીસેપ્ટર્સ, એન્ટિબોડીઝ અને નાના પેપ્ટાઇડ્સ હોઈ શકે છે. લિગાન્ડ બંધનનો હેતુ પી. એન. પી. ને લક્ષ્ય કોષો તરફ દોરવાનો છે, જેનાથી પ્રણાલીગત ઝેરી અસર ઓછી થાય છે અને પેશીઓમાં પી. એન. પી. ની જાળવણી અને ઉત્સર્જનમાં સુધારો થાય છે. પી. એન. પી. ફેરફાર માટે શ્રેષ્ઠ લિગાન્ડ લક્ષ્ય કોષ પર આધારિત છે. લિગાન્ડ્સ સાથે પી. એન. પી. સપાટીમાં ફેરફાર રાસાયણિક જોડાણ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જોકે ઇમેજિંગ માટે રાસાયણિક રંગો અને રોગપ્રતિકારક સક્રિયકરણ માટે પેપ્ટાઇડ્સ પણ જોડી શકાય છે [11,33,34]. એક ઉદાહરણ લિગાન્ડ એન્ટી-હ્યુમન એપિડર્મલ ગ્રોથ ફેક્ટર રીસેપ્ટર 2 છે જે સ્તન કેન્સરના કોષોને લક્ષ્ય બનાવે છે. નીચેના લિગાન્ડ ફેરફારો અને તેમના ઉપચારાત્મક ઉપયોગોના વધારાના ઉપયોગો પૂરા પાડે છે [12]. રાસાયણિક સંયોજન ઉપરાંત, આનુવંશિક ફેરફાર પી. એન. પી. સપાટી સાથે સંશોધિત પ્રોટીન મોનોમર્સના સીધા જોડાણને સરળ બનાવી શકે છે. આ સહ-સંયોજનમાં પરિણમે છે અને સીધા જોડાણો અથવા મોટા પ્રોટીન સાથેના હાલના પડકારોનો ઉકેલ આપે છે. પી. એન. પી. માં મોટા પ્રોટીનને જોડવાથી સ્વ-એસેમ્બલી પ્રક્રિયામાં દખલ થાય છે અને સ્ટેરિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રેરિત થાય છે. તેમ છતાં, નાના પ્રોટીન જોડાણો સામાન્ય રીતે પ્રોટીન એન. પી. દ્વારા સહન કરવામાં આવે છે. પ્રોટીન મોનોમર્સના આનુવંશિક ફેરફાર દ્વારા સીધા જોડાણની નોંધપાત્ર મર્યાદા એ છે કે તે બહુવિધ ઘટકોના જોડાણને સમાવી શકતું નથી. ઉત્સેચકીય બંધન પી. એન. પી. એસેમ્બલી પછી પી. એન. પી. સપાટી પર સ્થળ-વિશિષ્ટ સહસંયોજક કડી પ્રદાન કરીને આ મર્યાદાને દૂર કરવામાં મદદ કરે છે. આ વ્યૂહરચના જોડાયેલ પ્રોટીનની ઘનતા અને ગુણોત્તર પર વધુ નિયંત્રણ પણ પ્રદાન કરી શકે છે. વી. એલ. પી. નો ફેરફાર તેમના નેનોકેજ આર્કિટેક્ચરને કારણે અનન્ય છે. પાંજરાની રચનાઓ સાથે પી. એન. પી. તેમના આંતરિક ભાગમાં કાર્યાત્મક ઘટકોને સંપૂર્ણપણે સમાવિષ્ટ કરી શકે છે, જેને સહ-આવરણ કહેવાય છે. વીએલપી પાંજરામાં ડ્રગ એન્કેપ્સ્યુલેશન બે પ્રક્રિયાઓ દ્વારા થઈ શકે છે. આ પ્રથમ પ્રક્રિયા ઈન વિટ્રોમાં થાય છે અને પાંજરાને અલગ કરવાની અને દવાના ઘટકોની હાજરી સાથે તેને ફરીથી જોડવાની જરૂર પડે છે [8]. લોડિંગ કાર્યક્ષમતા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા પ્રભાવિત હોવાથી, વીએલપી કેજ સ્વ-એસેમ્બલીમાં દખલ કર્યા વિના દવા સંયોજનોને સંપૂર્ણપણે સમાવિષ્ટ કરી શકાતા નથી. બીજી પ્રક્રિયા એ છે કે વિવોમાં દવાના ઘટકોનું કેપ્સ્યુલેશન. આમાં વી. એલ. પી. પાંજરાના આંતરિક ભાગમાં દવાના ઘટકોનું સીધું આનુવંશિક જોડાણ સામેલ છે. આ પ્રક્રિયા કેપ્સ્યુલેશન માટેની દવાઓને પાંજરાના આંતરિક ભાગમાં સીધી માર્ગદર્શન આપે છે. ઉપચારાત્મક દવા વિતરણ કાર્યક્રમો પી. એન. પી. ના અનુકૂળ ફાર્માકોકાઇનેટીક ગુણધર્મો જેમ કે ઉચ્ચ જૈવિક સુસંગતતા, ઉચ્ચ બાયોડિગ્રેડેબિલિટી, ઉચ્ચ પરિવર્તનશીલતા, ઓછી ઝેરી, ઉચ્ચ કોષ ગ્રહણ અને ઝડપી ઉત્સર્જન દરને કારણે, પી. એન. પી. એ કેન્સર વિરોધી ઉપચાર માટે મુખ્ય ઉમેદવાર છે. અગાઉની કેન્સર વિરોધી ઉપચાર પદ્ધતિઓ ગાંઠોની અંદર નિષ્ક્રિય રીતે એકઠા થવા માટે ઉન્નત પારગમ્યતા અસર પર આધાર રાખતી હતી. આ નિર્ણાયક દવાની અસરકારકતા સ્તર હાંસલ કરવા માટે જરૂરી ઉચ્ચ સાંદ્રતાને કારણે વધુ ઝેરીકરણમાં પરિણમ્યું. નવી વ્યૂહરચનાઓ પી. એન. પી. ને લિગાન્ડ્સ અને સાઇટ-વિશિષ્ટ પ્રોટીન રીસેપ્ટર્સના જોડાણ દ્વારા ગાંઠના સૂક્ષ્મ પર્યાવરણને સક્રિય રીતે લક્ષ્ય બનાવવાની મંજૂરી આપે છે. સક્રિય લક્ષ્યાંક અસરકારક માત્રા આપવા માટે જરૂરી દવાઓની કુલ સાંદ્રતામાં ઘટાડો કરે છે, જેનાથી પ્રણાલીગત આડઅસરો ઘટાડે છે. સક્રિય ગાંઠ લક્ષ્યાંક ઉપરાંત, પી. એન. પી. ને બદલાતા બાહ્ય વાતાવરણ જેમ કે પી. એચ., તાપમાન અથવા એન્ઝાઇમની સાંદ્રતાનો પ્રતિસાદ આપવા માટે પણ તૈયાર કરી શકાય છે. ટ્યુમર માઇક્રોએન્વાયરમેન્ટ સહેજ એસિડિક હોય છે, તેથી પી. એન. પી. ને માત્ર ચોક્કસ ટ્યુમર શારીરિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તેમના ડ્રગ કાર્ગોને મુક્ત કરવા માટે એન્જિનિયર્ડ કરી શકાય છે. બીજો ઉપયોગ ફોટોથર્મલ અથવા ફોટોડાયનેમિક ઉપચાર છે. પી. એન. પી. પસંદગીયુક્ત રીતે ગાંઠના સૂક્ષ્મ પર્યાવરણમાં એકઠા થાય છે જ્યાં તેઓ પછીથી 1064 એન. એમ. તરંગલંબાઇના લેસરનો ઉપયોગ કરીને વિકિરિત થાય છે. પ્રકાશ ઊર્જાને ઉષ્મા ઊર્જામાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે ગાંઠની વૃદ્ધિને રોકવા માટે ગાંઠના સૂક્ષ્મ પર્યાવરણનું તાપમાન વધારે છે. ફેરિટિન તેની ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતાને કારણે આ એપ્લિકેશન માટે અનુકૂળ પ્રોટીન છે. ઇન-વિવો ઇમેજિંગ એ પી. એન. પી. નો બીજો ઉપયોગ છે. પી. એન. પી. ફ્લોરોસન્ટ રંગો વહન કરી શકે છે જે ટ્યુમર માઇક્રોએન્વાયરમેન્ટમાં પસંદગીયુક્ત રીતે એકઠા થાય છે. આ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે ગ્રીન ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીનની નોંધપાત્ર મર્યાદા, ગાંઠના ઇમેજિંગ માટે પ્રમાણભૂત પ્રોટીન, તેના અપૂરતા ઊંડા પેશીઓના પ્રવેશ છે. તેમના નાના કદને કારણે, પી. એન. પી. આ પડકારને પાર કરીને પેશીઓમાં ઊંડાણમાં ફ્લોરોસન્ટ રંગો પહોંચાડી શકે છે અને વધુ સચોટ ગાંઠ ઇમેજિંગ પ્રદાન કરી શકે છે. આ વ્યૂહરચનાને અનુગામી સ્કેનીંગ માટે ગાંઠના સૂક્ષ્મ વાતાવરણમાં ચુંબકીય ઘટકો વહન કરતા પી. એન. પી. નો ઉપયોગ કરીને એમ. આર. આઈ. ઇમેજિંગ પર પણ લાગુ કરી શકાય છે. અન્ય ઉપયોગોમાં રોગપ્રતિકારક ઘટકો વહન કરતા વીએલપી દ્વારા રસીના વિકાસનો સમાવેશ થાય છે. વીએલપીમાં કોઈ ક્ષીણ આનુવંશિક સામગ્રી ન હોવાથી, આ રસીઓ સુરક્ષિત વિકલ્પ રજૂ કરે છે, ખાસ કરીને રોગપ્રતિકારક શક્તિ નબળી અથવા વૃદ્ધો માટે. પી. એન. પી. ન્યુરોલોજીકલ રોગોની પણ સારવાર કરી શકે છે કારણ કે તેઓ લોહી-મગજના અવરોધને પાર કરી શકે છે [28]. છેવટે. પી. એન. પી. ને આંખની દવા વિતરણમાં ઉપયોગ મળી શકે છે કારણ કે પી. એન. પી. ને આંખના ટીપાં કરતાં આંખમાં નોંધપાત્ર રીતે લાંબો પરિભ્રમણ સમય હોય છે. દવા વિતરણ પડકારો અને નિયમો પી. એન. પી. ના અસંખ્ય ફાર્માકોકાઇનેટીક ફાયદા હોવા છતાં, તેમના ક્લિનિકલ અનુવાદ માટે ઘણા નિર્ણાયક પડકારો બાકી છે. અત્યાર સુધીમાં (2022) 50 થી વધુ પી. એન. પી. ફોર્મ્યુલેશન હોવા છતાં માત્ર બે પી. એન. પી. ને એફ. ડી. એ. દ્વારા મંજૂરી આપવામાં આવી છે. બે એફડીએ-મંજૂર દવાઓમાં એબ્રેક્સેનનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્તન કેન્સર, બિન-નાના કોષ ફેફસાના કેન્સર અને સ્વાદુપિંડના કેન્સરની સારવાર માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પેક્લિટેક્સેલ વહન કરતી આલ્બ્યુમિન નેનોપાર્ટિકલ છે. એફ. ડી. એ. દ્વારા મંજૂર કરાયેલ બીજો પી. એન. પી. ઓન્ટાક છે, જે એલ-2 અને ડિપ્થેરિયા ટોક્સિન વહન કરતું પ્રોટીન સંયુગ્મ છે, જેનો ઉપયોગ ત્વચાના ટી-સેલ લિમ્ફોમા માટે થાય છે. બે મંજૂર ફોર્મ્યુલેશનનો સારાંશ નીચે કોષ્ટક 5 માં આપવામાં આવ્યો છે. પી. એન. પી. નો ઓછો મંજૂરી દર ડ્રગ એન્કેપ્સ્યુલેશન પર મર્યાદિત વર્તમાન નિયંત્રણ અને પી. એન. પી. બેચ વચ્ચે ફાર્માકોકાઇનેટીક પરિવર્તનશીલતાને કારણે છે. આ બે ગુણધર્મોની પુનરાવર્તિતતા અને તેમની સંબંધિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ બંનેને સંતુલિત કરવી મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે તેમના તબીબી પરિણામોની આગાહી, વધુ દર્દી સલામતી અને પ્રોટીન લોડિંગ પી. એન. પી. ના ગુણધર્મોમાં દખલ કરતું નથી તેની ખાતરી કરે છે. બીજી મર્યાદા મોટા પાયે ઉત્પાદનની કિંમત અને ક્ષમતાને આવરી લે છે. ઘણી સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ કે જે ઉત્પાદિત નેનોપાર્ટિકલ્સ વચ્ચે વધુ એકરૂપતા પ્રદાન કરી શકે છે તે પણ વધુ ખર્ચાળ વિકલ્પો છે અથવા મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રાપ્ત કરી શકતા નથી. આ મર્યાદા પી. એન. પી. ઉત્પાદનની ઓછી ઉપજને કારણે વધી છે. આ પી. એન. પી. ની ઉપલબ્ધતાને વ્યાપક તબીબી સ્વીકાર [20,29] સુધી મર્યાદિત કરે છે. સંદર્ભો પ્રોટીન સંકુલ નેનો ટેકનોલોજી