Protein nanoparticles
प्रोटीन नैनो प्रौद्योगिकी अनुसंधान का एक बढ़ता हुआ क्षेत्र है जो नैनोस्केल प्रौद्योगिकी के साथ प्रोटीन के विविध भौतिक रासायनिक गुणों को एकीकृत करता है। प्रोटीन (या प्रोटीन-आधारित) नैनोकणों (पी. एन. पी.) नामक नैनोकणों के एक नए वर्गीकरण को जन्म देने के लिए इस क्षेत्र को औषधीय अनुसंधान में आत्मसात किया गया। पी. एन. पी. ने अपने अनुकूल फार्माकोकाइनेटिक गुणों जैसे कि उच्च जैव-संगतता, जैव-अपघटनीयता और कम विषाक्तता के कारण महत्वपूर्ण रुचि अर्जित की, इन विशेषताओं में सिंथेटिक एन. पी. की दवा वितरण रणनीतियों के साथ आने वाली चुनौतियों को दूर करने की क्षमता है। कम जैव उपलब्धता, धीमी उत्सर्जन दर, उच्च विषाक्तता और एक महंगी निर्माण प्रक्रिया सहित ये मौजूदा चुनौती ऑन्कोलॉजी, थेरानोस्टिक्स और नैदानिक अनुवाद अनुसंधान के भीतर काफी चिकित्सीय प्रगति के द्वार खोलेंगी। पीएनपी के नैदानिक अनुवाद के लिए इस क्षेत्र में निरंतर प्रगति की आवश्यकता है। 2022 तक, नैदानिक उपयोग के लिए एफ. डी. ए. द्वारा केवल एक पी. एन. पी. सूत्रीकरण (एब्रेक्सेन) और पाँच वी. एल. पी. (गार्डासिल, सेराविक्स, मॉस्क्युरिक्स, साइ-बी-वैक, गार्डासिल9) को मंजूरी दी गई है। पी. एन. पी. के सूत्रीकरण की एफ. डी. ए. मंजूरी पी. एन. पी. और जैविक वातावरण के बीच इन-विवो अंतःक्रियाओं से उत्पन्न जटिलताओं से नियंत्रित होती है जो उनकी सुरक्षा या कार्य को खतरे में डालती हैं। उदाहरण के लिए, पी. एन. पी. में प्रोटीन संरचना परिवर्तन हो सकते हैं, प्रोटीन कोरोना बन सकता है, या सूजन पैदा हो सकती है और रोगी के कल्याण का खतरा हो सकता है। संश्लेषण विधियाँ पी. एन. पी. की अनुकूल विशेषताओं का लाभ उठाने के लिए पी. एन. पी. संश्लेषण विधियों के भीतर सुधारों का व्यापक रूप से पता लगाया जा रहा है। उन्नति या नए संश्लेषण विधियों का विकास वांछनीय है क्योंकि मौजूदा विधियाँ (सोनोकैमिस्ट्री, थर्मल अपघटन, और कोलॉइडल/हाइड्रोथर्मल/माइक्रोइमलशन विधियाँ) प्रणालीगत विषाक्तता में योगदान करती हैं और हाइड्रोफिलिक दवाओं तक सीमित हैं। नतीजतन, हाल की प्रगति इन चुनौतियों को दूर करने और वाणिज्यिक आकार के उत्पादन को प्राप्त करने की कोशिश करती है। इसके अलावा, नव विकसित पी. एन. पी. संश्लेषण विधियाँ जैसे इलेक्ट्रोस्प्रे या डिसॉल्वेशन पारंपरिक नैनोपार्टिकल विधियों की तुलना में अधिक टिकाऊ दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। सिंथेटिक नैनोपार्टिकल्स के विपरीत, पी. एन. पी. को हल्की परिस्थितियों में और विषाक्त रसायनों या कार्बनिक सॉल्वैंट्स के बिना संश्लेषित किया जा सकता है। पी. एन. पी. प्राकृतिक रूप से भी प्राप्त किए जाते हैं और आसानी से अपघटित हो जाते हैं। फिर भी, इन लाभों और नई संश्लेषण विधियों को जोड़ने के बावजूद, विधियाँ अपेक्षाकृत महंगी बनी हुई हैं और पी. एन. पी. आकार का पूर्ण नियंत्रण नहीं देती हैं, जिससे बायोमेडिसिन में उनके अनुप्रयोग को बहुत सीमित कर दिया जाता है। वे अक्सर प्राकृतिक रूप से पशु और पौधों के स्रोतों से प्राप्त होते हैं। तदनुसार, पशु प्रोटीन के आम तौर पर साझा लाभों में उच्च जैव-संगतता, जैव-अपघटनीयता, गैर-प्रतिरक्षात्मकता, दवा लोडिंग दक्षता, कोशिका ग्रहण और आसान और लागत प्रभावी उत्पादन शामिल हैं। नीचे दी गई तालिका 2-4 पी. एन. पी. संश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले सामान्य प्रोटीनों का संकलन करती है। पी. एन. पी. के प्रकार समान भौतिक गुणों को साझा करते हैं जैसे कि उच्च जैव-संगतता, गैर-प्रतिरक्षात्मकता, उच्च दवा दक्षता, उच्च जैव-अपघटनीयता और उच्च कोशिका ग्रहण। उचित शारीरिक कार्य के लिए आवश्यक प्रोटीन की प्रचुरता के कारण, शरीर ने ऊतकों और कोशिकाओं में प्रोटीन को अद्यतन करने के लिए प्रक्रियाएं विकसित की हैं। पी. एन. पी. अपने कोशिकीय ग्रहण को बढ़ाने के लिए इन प्राकृतिक प्रक्रियाओं का लाभ उठाते हैं। यह प्रचुरता और बाद में प्रोटीन के प्राकृतिक स्रोत से शुद्धिकरण भी प्रतिरक्षात्मक प्रतिक्रियाओं को कम करता है और शरीर में कम विषाक्तता का स्तर पैदा करता है। जैसे-जैसे पी. एन. पी. का क्षरण होता है, ऊतक अमीनो एसिड को ऊर्जा या प्रोटीन उत्पादन में आत्मसात कर लेते हैं। प्रोटीन नैनोपार्टिकल संशोधन पी. एन. पी. को कण स्थिरता बढ़ाने, क्षरण को कम करने और अनुकूल विशेषताओं को बढ़ाने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया जा सकता है। क्रासलिंकिंग एक सामान्य संशोधन है जो सिंथेटिक या प्राकृतिक क्रास-लिंकर का उपयोग कर सकता है। प्राकृतिक क्रॉस-लिंकर सिंथेटिक क्रॉस-लिंकर की तुलना में काफी कम विषाक्त होते हैं। पीएनपी के संशोधन में प्रेरक कारक उनके सतह के गुणों (सतह आवेश, हाइड्रोफोबिसिटी, कार्यात्मक समूह, आदि) से उत्पन्न होते हैं। कार्यात्मक समूह लक्षित दवा वितरण के लिए ऊतक-विशिष्ट लिगेंड से जुड़ सकते हैं। कार्यात्मक लिगेंड में प्रोटीन रिसेप्टर्स, एंटीबॉडी और छोटे पेप्टाइड्स शामिल हो सकते हैं। लिगैंड बाइंडिंग का उद्देश्य पी. एन. पी. को लक्षित कोशिकाओं तक निर्देशित करना है, जिससे प्रणालीगत विषाक्तता कम होती है, और ऊतकों के भीतर पी. एन. पी. के प्रतिधारण और उत्सर्जन में सुधार होता है। पी. एन. पी. संशोधन के लिए इष्टतम लिगेंड लक्ष्य कोशिका पर निर्भर है। लिगेंड के साथ पी. एन. पी. सतह का संशोधन रासायनिक संयुग्मन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, हालांकि इमेजिंग के लिए रासायनिक रंग और प्रतिरक्षा सक्रियण के लिए पेप्टाइड्स भी संलग्न किए जा सकते हैं। एक उदाहरण लिगैंड एंटी-ह्यूमन एपिडर्मल ग्रोथ फैक्टर रिसेप्टर 2 है जो स्तन कैंसर कोशिकाओं को लक्षित करता है। निम्नलिखित लिगैंड संशोधनों और उनके चिकित्सीय अनुप्रयोगों के अतिरिक्त अनुप्रयोग प्रदान करता है [12]। रासायनिक संयुग्मन के अलावा, आनुवंशिक संशोधन पी. एन. पी. सतह के साथ संशोधित प्रोटीन मोनोमर्स के सीधे जुड़ाव की सुविधा प्रदान कर सकता है। इसके परिणामस्वरूप एक सह-संयोजन और प्रत्यक्ष संलग्नक या बड़े प्रोटीन के साथ मौजूदा चुनौतियों का समाधान होता है। पी. एन. पी. में बड़े प्रोटीन को जोड़ना स्व-संयोजन प्रक्रिया में हस्तक्षेप करता है और स्टेरिक अंतःक्रियाओं को प्रेरित करता है। हालांकि, छोटे प्रोटीन संलग्नक आमतौर पर प्रोटीन एन. पी. द्वारा सहन किए जाते हैं। प्रोटीन मोनोमर्स के आनुवंशिक संशोधन के माध्यम से सीधे लगाव की एक महत्वपूर्ण सीमा यह है कि यह कई घटकों के लगाव को समायोजित नहीं कर सकता है। पी. एन. पी. संयोजन के बाद पी. एन. पी. सतह के लिए एक साइट-विशिष्ट सहसंयोजक लिंक प्रदान करके एंजाइमेटिक बंधन इस सीमा को दूर करने में मदद करता है। यह रणनीति संलग्न प्रोटीन के घनत्व और अनुपात पर अधिक नियंत्रण भी प्रदान कर सकती है। वीएलपी का संशोधन उनके नैनोकेज वास्तुकला के कारण अद्वितीय है। पिंजरे की संरचनाओं वाले पी. एन. पी. अपने आंतरिक भाग में कार्यात्मक घटकों को पूरी तरह से समाहित कर सकते हैं, जिन्हें सह-आवरण कहा जाता है। वीएलपी पिंजरों के भीतर दवा कैप्सूलेशन दो प्रक्रियाओं के माध्यम से हो सकता है। यह पहली प्रक्रिया इन-विट्रो में होती है और इसके लिए पिंजरे को अलग करने और दवा के घटकों की उपस्थिति के साथ इसे फिर से जोड़ने की आवश्यकता होती है [8]। चूँकि लोडिंग दक्षता स्थिरविद्युत अंतःक्रियाओं के माध्यम से प्रभावित होती है, इसलिए वीएलपी पिंजरे के स्व-संयोजन में हस्तक्षेप किए बिना दवा यौगिकों को पूरी तरह से समाहित नहीं किया जा सकता है। एक अन्य प्रक्रिया विवो में दवा के घटकों का कैप्सूलेशन है। इसमें वी. एल. पी. पिंजरे के अंदरूनी हिस्से में दवा के घटकों का सीधा आनुवंशिक जुड़ाव शामिल है। यह प्रक्रिया दवाओं को सीधे पिंजरे के अंदर तक घेरने के लिए मार्गदर्शन करती है। चिकित्सीय दवा वितरण अनुप्रयोग पी. एन. पी. के अनुकूल फार्माकोकाइनेटिक गुणों जैसे कि उच्च जैव-संगतता, उच्च जैव-अपघटनीयता, उच्च परिवर्तनीयता, कम विषाक्तता, उच्च कोशिका ग्रहण और तेजी से उत्सर्जन दर के कारण, पी. एन. पी. कैंसर-रोधी चिकित्सा के लिए प्रमुख उम्मीदवार हैं। पिछले कैंसर-रोधी उपचार ट्यूमर के भीतर निष्क्रिय रूप से जमा होने के लिए बढ़े हुए पारगम्यता प्रभाव पर निर्भर थे। इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण दवा प्रभावकारिता स्तरों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक उच्च सांद्रता के कारण अधिक विषाक्तता हुई। नई रणनीतियाँ पीएनपी को लिगेंड और साइट-विशिष्ट प्रोटीन रिसेप्टर्स के लगाव के माध्यम से ट्यूमर माइक्रोएनवायरमेंट को सक्रिय रूप से लक्षित करने की अनुमति देती हैं। सक्रिय लक्ष्यीकरण एक प्रभावी खुराक देने के लिए आवश्यक दवाओं की कुल सांद्रता को कम कर देता है, जिससे प्रणालीगत दुष्प्रभाव कम हो जाते हैं। सक्रिय ट्यूमर लक्ष्यीकरण के अलावा, पी. एन. पी. को बदलते बाहरी वातावरण जैसे पी. एच., तापमान या एंजाइम सांद्रता का जवाब देने के लिए भी इंजीनियर किया जा सकता है। ट्यूमर माइक्रोएनवायरमेंट थोड़ा अम्लीय होता है, इसलिए पी. एन. पी. को केवल विशिष्ट ट्यूमर शारीरिक स्थितियों के तहत अपने दवा कार्गो को छोड़ने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। एक अन्य अनुप्रयोग फोटोथर्मल या फोटोडायनामिक थेरेपी है। पी. एन. पी. चुनिंदा रूप से ट्यूमर सूक्ष्म वातावरण में जमा हो जाते हैं जहां उन्हें बाद में 1064 एन. एम. तरंग दैर्ध्य लेजर का उपयोग करके विकिरणित किया जाता है। प्रकाश ऊर्जा को ऊष्मा ऊर्जा में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे ट्यूमर के विकास को रोकने के लिए ट्यूमर सूक्ष्म वातावरण का तापमान बढ़ जाता है। फेरिटिन अपनी उच्च तापीय स्थिरता के कारण इस अनुप्रयोग के लिए एक अनुकूल प्रोटीन है। इन-विवो इमेजिंग पीएनपी का एक और अनुप्रयोग है। पी. एन. पी. फ्लोरोसेंट रंग ले जा सकते हैं जो ट्यूमर माइक्रोएनवायरमेंट में चुनिंदा रूप से जमा होते हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन की एक महत्वपूर्ण सीमा, ट्यूमर इमेजिंग के लिए मानक प्रोटीन, इसका अपर्याप्त गहरा ऊतक प्रवेश है। अपने छोटे आकार के कारण, पी. एन. पी. इस चुनौती पर काबू पाने और अधिक सटीक ट्यूमर इमेजिंग प्रदान करने के लिए ऊतक में गहराई से फ्लोरोसेंट रंग प्रदान कर सकते हैं। इस रणनीति को बाद में स्कैनिंग के लिए ट्यूमर सूक्ष्म वातावरण में चुंबकीय घटकों को ले जाने वाले पी. एन. पी. का उपयोग करके एम. आर. आई. इमेजिंग पर भी लागू किया जा सकता है। अन्य अनुप्रयोगों में प्रतिरक्षात्मक घटकों को ले जाने वाले वीएलपी के माध्यम से टीका विकास शामिल है। चूँकि वी. एल. पी. में कोई क्षीण आनुवंशिक सामग्री नहीं होती है, इसलिए ये टीके विशेष रूप से प्रतिरक्षाविहीन या बुजुर्गों के लिए एक सुरक्षित विकल्प हैं। पीएनपी तंत्रिका संबंधी रोगों का भी इलाज कर सकते हैं क्योंकि वे रक्त-मस्तिष्क बाधा को पार कर सकते हैं [28]। अंत में। पी. एन. पी. को नेत्र संबंधी दवा वितरण के भीतर अनुप्रयोग मिल सकते हैं क्योंकि पी. एन. पी. में आई ड्रॉप की तुलना में आंख में परिसंचरण का समय काफी लंबा होता है। पी. एन. पी. के कई फार्माकोकाइनेटिक लाभों के बावजूद, उनके नैदानिक अनुवाद के लिए कई महत्वपूर्ण चुनौतीएँ बनी हुई हैं। आज तक (2022) 50 से अधिक पी. एन. पी. फॉर्मूलेशन के बावजूद केवल दो पी. एन. पी. को एफ. डी. ए.-अनुमोदित किया गया है। एफ. डी. ए. द्वारा अनुमोदित दो दवाओं में एब्रेक्सेन, एक एल्बुमिन नैनोपार्टिकल है जो स्तन कैंसर, गैर-छोटी कोशिका फेफड़ों के कैंसर और अग्नाशय के कैंसर के उपचार के लिए उपयोग किए जाने वाले पैक्लिटैक्सेल को ले जाता है। दूसरा एफ. डी. ए. द्वारा अनुमोदित पी. एन. पी. ओन्टाक है, जो एल-2 और डिप्थीरिया विष ले जाने वाला एक प्रोटीन संयुग्म है जिसका उपयोग त्वचीय टी-कोशिका लिम्फोमा के लिए किया जाता है। दो स्वीकृत सूत्रीकरणों का सारांश नीचे दी गई तालिका 5 में दिया गया है। पीएनपी की कम अनुमोदन दर दवा कैप्सूलेशन पर सीमित मौजूदा नियंत्रण और पीएनपी बैचों के बीच फार्माकोकाइनेटिक परिवर्तनशीलता के कारण है। इन दोनों गुणों की पुनरावृत्ति और उनकी सापेक्ष अंतःक्रिया दोनों को संतुलित करना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उनके नैदानिक परिणामों की पूर्वानुमेयता, अधिक रोगी सुरक्षा सुनिश्चित करता है, और यह कि प्रोटीन लोडिंग पीएनपी के गुणों में हस्तक्षेप नहीं करता है। एक अन्य सीमा बड़े पैमाने पर उत्पादन की लागत और क्षमता को घेरती है। कई संश्लेषण विधियाँ जो उत्पादित नैनोकणों के बीच अधिक एकरूपता प्रदान कर सकती हैं, वे भी अधिक महंगे विकल्प हैं या बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त नहीं कर सकती हैं। यह सीमा पी. एन. पी. विनिर्माण की कम पैदावार से और बढ़ जाती है। यह पी. एन. पी. की उपलब्धता को व्यापक नैदानिक अपनाने [20,29] तक सीमित करता है। संदर्भ प्रोटीन परिसर नैनोटेक्नोलॉजी