بیماری‌های عفونی از طریق عوامل پاتوژنی مانند ویروس‌ها (HIV، هپاتیت C و تب دانگر)، پارازیت‌ها (مالاریا، تریپانوزم‌ها و لیشمانیا)، باکتری‌ها (توبرکلوزیس و وبا) و قارچ‌ها ایجاد می‌شوند[٣-١]. میکروارگانیسم‌های عفونی بعد از هجوم از سطح‌ اپیتلیالی بوسیله سیستم گردش خون در سرتاسر بدن پخش می‌شوند، سپس توسط ماکروفاژها که در ارگانیسم‌های اصلی بدن مثل کبد، طحال و مغز استخوان موجود می‌باشند، حذف می‌گردند. اما اکثر میکروارگانیسم‌ها از طریق یکی از مکانیسم‌های گریز از فاگوزوم‌، ممانعت از آمیزش لیزوزوم- فاگوزوم و پایداری در مقابل حذف اکسیداتیو و غیراکسیداتیو، در مقابل ماکروفاژها مقاومت کرده و منجر به ایجاد بیماری‌های عفونی می‌گردند[٤]. این امراض به‌دلیل قابلیت انتقال از یک شخص به شخص دیگر (مالاریا و توبرکلوزیس) و برخی اوقات از یک گونه به گونه دیگر (آنفولانزا) به عنوان بیماری‌های واگیردار نیز شناخته شده‌اند. از آنجاییکه بیماری‌های عفونی منجر به مرگ میلیون‌ها نفر در جهان و مخصوصاً در کشورهای درحال توسعه می‌شوند، تهدید شدیدی برای سلامت انسان محسوب می‌گردند [٣-١].
در اوایل قرن بیستم، بیماری‌های عفونی علت اصلی مرگ و میر در سراسر جهان بودند. کاهش شیوع بیماری‌های عفونی و مرگ و میر حاصل از این بیماری‌ها در قرن اخیر به دلیل شناخت عوامل ضدمیکروبی می‌باشد. استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها با تولید تجاری پنی‌سیلین در اواخر دهه ١٩٤٠ آغاز گردید و ادعا می‌شد موفقیتی بزرگ تا دهه١٩٧٠-١٩٨٠ باشد، یعنی تا زمانی‌که آنتی‌بیوتیک‌های جدیدتر و قوی‌تر معرفی شدند. با وجود انجام پژوهش‌های وسیع و سرمایه‌گذاری‌های فراوان، همراه با توسعه داروهای ضدمیکروبی، مقاومت نیز نسبت به این عوامل گسترش پیدا کرد. به‌طوری‌که افزایش سرعت مقاومت باکتریایی، استفاده از قویترین آنتی‌بیوتیک‌ها را بی‌اثر کرده است (شکل۱). باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک‌ها مورد بررسی قرار گرفتند تا با کشف آنتی بیوتیک‌های جدیدتر و اصلاح داروهای موجود از لحاظ شیمیایی به مقاومت دارویی غلبه شود [٦ و٥]. هرچند که امروزه مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک‌ها به سطح بحرانی رسیده است و متأسفانه هیچ تضمینی وجود ندارد که با توسعه داروهای ضدمیکروبی جدید بتوان به موقع بر گسترش پیوسته و سریع مقاومت غلبه کرد. برای مثال عفونت‌های مقاوم به دارو در بیمارستان‌ها و جامعه در حال رشد می‌باشند که تهدیدی جدی بر سلامت انسان محسوب می‌گردند. پس درمان چالش انگیز بیماری‌های عفونی نیاز به راه حل‌های بلندمدت دارد [٦].
یکی از تلاش‌های اخیر محققان برای غلبه بر این چالش‌ها استفاده از استراتژی فناوری نانو می‌باشد. مواد در مقیاس نانو (١٠٠-١ نانومتر)، خصوصیات فیزیک‌وشیمیایی منحصر به فردی از جمله نسبت سطح به حجم بالاتر، خصوصیات الکتریکی، مغناطیسی، و نوری تغییریافته و واکنش‌پذیری بالاتر نشان می‌دهند[٤]. برای مثال در مطالعات اخیر مشخص شده است که برخی نانوذرات فلزی دارای فعالیت ضدمیکروبی ذاتی می‌باشند. این ذرات در زمینه کنترل بیماری‌های عفونی مورد استفاده قرار می‌گیرند و پاتوژن‌های میکروبی قادر به توسعه مقاومت در مقابل این ذرات نمی‌باشند. نانوذرات ضدمیکروبی (NPs) در مقایسه با آنتی‌بیوتیک‌های متداول مزیت‌های فراوانی در کاهش اثرات جانبی داروها، مقاومت و هزینه‌های درمان عرضه می‌کنند. نانوحامل‌های دارویی نیز در زمینه‌های بهبود فارماکوکنیتیک داروها و کاهش اثرات جانبی تأثیر قابل توجهی دارند. همچنین از لحاظ تئوری، نانوحامل‌ها در مقایسه با مولکول‌های آنتی‌بیوتیک در بدن طولانی‌تر نگه داشته می‌شوند که برای رسیدن به اثرات درمانی بلند مدت مفید می‌باشد. فناوری نانو، نویدبخش پیشرفت‌های گسترده‌ای در تمامی زمینه‌های ایمنی‌سازی، طراحی دارو، دارورسانی، تشخیص و کنترل بیماری‌های عفونی می‌باشد [۷ و ۶].
از آنجاییکه نتایج مطالعات نشان می‌دهد فناوری نانو می‌تواند به برخی از چالش‌های همراه با شیوه‌های تشخیص و درمان بیماری‌های عفونی، غلبه کند. لذا در این مقاله، مختصری از مطالعات انجام گرفته در زمینه تشخیص مولکولی و کنترل بیماری‌های عفونی با استفاده از فناوری نانو بیان شده‌ است.

۲٫ کاربرد فناوری در نانوتشخیص بیماری‌های عفونی
محققان و متخصصان بالینی به‌منظور مبارزه با انتشار بیماری‌های عفونی، نیاز به ابزار دقیق جهت شناسایی پاتوژن‌ها دارند. با وجود اهمیت تشخیص صحیح پاتوژن‌ها، شیوه‌های تشخیص بیماری‌های عفونی به مقدار کمی در طول ۵۰ سال اخیر تغییر کرده‌اند. از جمله تکنیک‌های استاندارد جهت تشخیص بیماری‌های عفونی می‌توان به میکروسکوپ، کشت بافت، الایزا و PCR اشاره کرد که این تکنیک‌ها هزینه‌ی بالا، قابلیت محدود در تمایز پاتوژن‌ها، سرعتی پایین و آستانه آشکارسازی ضعیفی دارند. در حال حاضر در زمینه تشخیص مولکولی بیماری‌ها، بر پیشرفت‌های اخیر برپایه فناوری نانو متمرکز شده است. زیرا خصوصیات الکتریکی، مغناطیسی، لومینسانسی و کاتالیتیکی بی‌همتای نانوذرات جهت تشخیص سریع، حساس و مؤثر عوامل میکروبی و غلبه بر مقاومت دارویی بسیار مفید می‌باشند [٣ و ٢].
نانوذرات در زمینه تشخیص بیماری‌های عفونی در سه زمینه مختلف جهت ساخت بیوسنسورها بکار می‌روند:

• تست‌های جریان جانبی ایمنوکروماتوگرافی (Lateral flow immunochromatographic tests)
• سنجش‌های تجمع نانوذرات (Nanoparticle aggregation assays)
• کل پاتوژن نشاندار شده با نانوذرات (Nanoparticle labels of whole pathogens) [2]

زمان ثبت نام شما به اتمام رسیده است. در صورت عدم دریافت شناسه فعال سازی جدید، بعد از چند دقیقه مجددا درخواست شناسنه فعال سازی نموده و برای ثبت نام اقدام نمایید

۱٫۲٫ تســت‌هـای جـریـان جـانـبی ایمنوکروماتوگرافی
این سنجش بر اساس روش الایزا می باشد و آنتی بادی‌ها در خون یا مایعات دیگر بدن شناسایی می‌شوند. در این روش نانوذرات کانژوگه با آنتی بادی، سیگنال‌هایی را برای آنالیز زیستی و شمارش باکتری‌های پاتوژنی ایجاد می‌کنند که منجر به آشکارسازی سریع، مناسب و انتخابی باکتری‌ها در مدت زمان ٢٠ دقیقه می‌شود. این روش مبتنی بر آشکارسازی و رنگ‌سنجی می‌باشد که پاتوژن‌ها با چشم غیرمسلح با استفاده از ذرات لاتکس یا نانوذرات طلا به عنوان عوامل کنتراست، شناسایی می‌شوند. همچنین آشکارسازی بستگی به گونه‌های پاتوژنی دارد [٢].

۲٫۲٫ سنجش‌های تجمع نانوذرات
این سنجش‌ بر اساس برهمکنش آنتی‌بادی‌های اتصال یافته به نانوذره و مولکول هدف می‌باشد که مولکول هدف به‌عنوان پلی بین چندین نانوذره عمل می‌کند و این تجمعات منجر به تغییر سیگنال نوری نانوذره می‌شوند. تغییرات در ضریب جذب خاموشی نوری با استفاده از طیف‌سنجی مرئی- ماوراء بنفش قابل ارزیابی می‌باشند. این سنجش نیز قابل مقایسه با روش الایزا می‌باشد اما نیاز به حداقل آماده‌سازی و تخلیص نمونه دارد. به‌عنوان مثال نانوذرات نقره و طلا جذب نوری قوی دارند و بدنبال تجمع، سیگنال نوری مناسبی را جهت ارزیابی ایجاد می‌کنند [٣-١]. همچنین با استفاده از این سنجش، نانوذرات مغناطیسی استراتژی سریع و حساسی جهت نمایان ساختن عفونت‌های میکروبی ایجاد می‌کنند. برای مثال نانوذرات اکسید آهن سوپرمغناطیس با پوشش دکستران جهت تشخیص فعالیت متابولیکی میکروب و تعیین مقدار پلی‌ساکاریدها (جهت ارزیابی حساسیت ایجاد شده در مقابل میکروب‌ها) در خون بکار می‌روند [٣].

۳٫۲٫ کل پاتوژن نشانـدار شده با نانوذرات
در این روش، نانوذرات فلزی با توالی نوکلئوتیدی ویژه‌ای که مکمل ژنوم هدف می‌باشد، پوشانده می‌شوند. در حضور ژنوم هدف توالی‌های مکمل جفت شده و این برهمکنش‌ها منجر به تغییر رنگ محلول یا تغییر طیف جذبی می‌شوند. این روش ویژه همچنین کاربردهایی در شناسایی پلی‌مورفیسم‌های تک نوکلئوتیدی و سیستم‌های آشکارسازی ویروسی بر مبنای لیپوزوم‌های سوپرامولکولی دارد. به‌طوری‌که برهمکنش لیپوزوم‌های طراحی شده و ذرات ویروسی منجر به تغییر طیف‌های جذبی جهت شناسایی می‌گردد[٢].
همچنین گروهی از محققان از نانوسیم‌های سیلیکایی جهت شناسایی ویروس آنفولانزای A استفاده کردند. در این ارزیابی، محققان آنتی‌بادی مخصوص ویروس را به نانوسیم‌ها متصل کردند و بعد از برهمکنش آنتی ژن-آنتی بادی تغییر در رسانایی نانوسیم را مورد آنالیز قرار دادند [۲].
نانوذرات کوانتومی نیز به‌دلیل دارا بودن ضریب جذب مولی بالا، پایداری قابل توجه در مقابل نور و طیف جذبی وسیع و نشری باریک، کاندیدای مناسبی جهت تشخیص ‏مولکولی در شرایط in vivo می‌باشند. این ذرات همچنین دارای خصوصیات احیاکنندگی هستند به‌طوری‌که ذرات کوانتومی با پتانسیل‌های اکسیداسیونی مختلف جهت شناسایی همزمان چندین مولکول هدف بکار می‌روند. این نانوذرات کاربردهای گسترده‌ای در آنالیزهای هیستولوژی، پاتولوژی و سیتولوژی نمونه‌های پیچیده دارند [٣].
بنابراین فناوری نانو، شرایط مناسبی را جهت انجام آزمایش‌های بالینی معتبر و شناسایی پاتوژن‌ها فراهم می‌آورد که این سنجش‌ها در محیط غیرشفاف مثل محیط خون کامل یا شیر به انجام می‌رسند و نیازی به هیچ گونه آماده‌سازی نمونه ندارند.

۳٫ نانوآنتی‌بیوتیـک‌ها: نقش فناوری نانـو در کنترل و درمان بیماری‌های عفونی
نانوموادی که بطور ذاتی دارای فعالیت ضدمیکروبی باشند یا تأثیر و ایمنی آنتی بیوتیک‌ها را بالا ببرند، نانوآنتی‌بیوتیک نامیده می‌شوند. نانوآنتی‌بیوتیک‌ها در مقایسه با عوامل ضدمیکروبی دیگر که در بخش‌های بالینی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اثرات جانبی شدید و مستقیمی ندارند. اگرچه بایستی مطالعات گسترده‌ای در زمینه سمیت نانوآنتی‌بیوتیک‌ها به انجام برسد [٦].

۱٫۳٫ نانوذرات با فعالیت ضد میکروبی ذاتی
نانوذرات با خواص ضد میکروبی طیف وسیعی از ذرات را شامل می‌شوند که می‌توان فلزات، اکسید فلزات، سوبستراهای ضد میکروبی طبیعی، نانومواد بر پایه کربن و نانوامولسیون‌های مبتنی بر سورفکتانت را نام برد. فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات، در اصل به دلیل نسبت بالای سطح به حجم و خصوصیات فیزیکی- شیمیایی منحصر به فردشان می‌باشد. آماده‌سازی نانوذرات ضدمیکروبی در مقایسه با سنتز آنتی‌بیوتیک‌ها هزینه پایینی دارد و این ترکیبات در مدت زمان طولانی کاملاً پایدار باقی می‌مانند. بعلاوه برخی از نانوذرات می‌توانند شرایط سخت مثل استرلیزاسیون با دمای بالا را تحمل کنند که تحت این شرایط آنتی‌بیوتیک‌های متداول غیرفعال می‌شوند. نانوذرات از مسیرهای بیولوژیکی متعددی منجر به تخریب گونه‌های میکروبی می‌شوند و به‌منظور توسعه مقاومت در مقابل این ذرات بایستی موتاسیون‌های همزمان و متعددی رخ دهد که یکی از مهمترین مزایای نانوذرات ضدمیکروبی می‌باشد [۶]. مهمترین مکانیسم‌های ضدمیکروبی نانوذرات از طریق تولید فوتوکاتالیتیکی گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، تخریب غشا و دیواره سلول باکتریایی، قطع انتقال انرژی، مهار فعالیت آنزیمی و مهار سنتز DNA می‌باشند (شکل۲) [۸ و۶]. در این بخش به خواص ضدمیکروبی برخی نانوذرات اشاره می شود.

۱٫۱٫۳٫ نانوذرات نقره
خواص ضدباکتریایی نقره از زمان‌های قدیم در معرض توجه بوده‌ است. در مطالعات مختلف به اثبات رسیده است که نانوذرات نقره در مقایسه با نانوذرات فلزات دیگر دارای بیشترین فعالیت ضدمیکروبی می‌باشند. خواص آنتی‌میکروبیال این ذرات بستگی به اندازه و شکل ذرات دارد. مکانیسم میکروب‌کشی نقره از طریق حمله به زنجیره تنفسی و تقسیم سلولی و آزادسازی یون‌های نقره می‌باشد که در نهایت منجر به مرگ سلولی میکروب می‌‌شوند. استفاده از نانوذرات نقره همراه با آنتی بیوتیک‌هایی مثل پنی‌سیلین G، آموکسی‌سیلین، اریترومایسین، و وانکومایسین منجر به اثرات ضد میکروبی سینرژیستی و افزایشی در مقابل باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت می‌شود[۹ و٦]. این نانوذرات در تهیه پمادهای ترمیم سوختگی، پوشش ابزار پزشکی و ماسک‌های جراحی، تولید پارچه‌های ضد بو و ضدباکتری، نانوژل‌ها و نانولوسیون‌ها بکار می‌روند.

۲٫۱٫۳٫ نانوذرات اکسیدروی
نانوذرات اکسید روی ترکیباتی غیرسمی، زیست سازگار و پایدار نسبت به شرایط پردازش هستند. گزارشات حاکی از آن است که این ذرات، سمیت انتخابی بر باکتری‌ها دارند اما حداقل اثرات جانبی را بر روی سلول‌های انسانی و حیوانی نشان داده‌اند. مکانیسم ضدباکتریایی نانوذرات اکسید روی از طریق تولید فوتوکاتالیستی هیدروژن پراکسید، آزادسازی یون‌های zn2+، تخریب پروتئین‌ها و لیپیدهای غشاء سلول‌های باکتریایی و سرانجام تراوش محتویات درون سلول به بیرون و مرگ سلول باکتریایی می‌باشد. این ذرات در صنعت دارویی به‌عنوان حامل دارویی، در بخش ترمیم دندان جهت تولید ترکیبات پرکننده با جلای بالا، و نیز در محصولات آرایشی و بهداشتی بکار برده می‌شوند. همچنین مطالعات نشان دهنده فعالیت ضدمیکروبی این ذرات در مقابل پاتوژن‌های مربوط به مواد غذایی می‌باشند. در برخی از مطالعات از پلیمر پلی وینیل الکل به‌عنوان پوشش نانوذرات نقره و اکسید روی استفاده می‌شود که این پوشش دارای خاصیت پایدارکنندگی بوده و منجر به افزایش نفوذپذیری غشایی این نانوذرات می شود [۸ و ٦].

۳٫۱٫۲٫ نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به‌دلیل داشتن ویژگی‌های فوتوکاتالیستی عالی، درگستره‌ی وسیعی از صنایع کاربرد دارند. نانوذرات TiO2 بطور گسترده به‌عنوان فوتوکاتالیست جهت حذف میکروب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. نتایج مطالعات نشان می دهند که خواص ضدمیکروبی این نانوذرات بستگی به اندازه و شدت و طول موج منبع نوری دارد. در مطالعات، نانوذرات TiO2 بیشترین اثر را بر ویروس و سپس دیواره و اسپور باکتریایی نشان داده‌اند. مکانیسم آنتی‌میکروبیال این ترکیبات از طریق تشکیل فوتوکاتالیستی رادیکال‌های هیدروکسیل و پراکسید می‌باشد (شکل ۳). رادیکال‌های هیدروکسیل تولید شده، اکسیدان‌های بسیار قوی با واکنش‌پذیری بالایی می‌باشند که سطح میکروب‌ها را هدف قرار می‌دهند. مرگ باکتریایی مستقل از اشعه نیز با استفاده از این ذرات گزارش شده است. همچنین مطالعات حاکی از فعالسازی این ذرات در شرایط نور مرئی می‌باشند. به طوری که افزودن فلزات دیگر مانند نقره منجر به تغییر خواص فوتوکاتالیستی و در نتیجه نزدیک شدن طول موج جذب از فرابنفش به مرئی می‌شود. همچنین با این روش، جذب نور بهتر می‌شود و حذف فوتوکاتالیستی باکتری‌ها و ویروس‌ها افزایش می‌یابد. بیشترین کاربرد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در بخش تصفیه آب می‌باشد زیرا این ذرات در آب پایدار و غیر سمی می‌باشند و به‌طور مؤثرتری ترکیبات شیمیایی و میکروب‌ها را غیرفعال می‌کنند. این ذرات در صنایع غذایی، آرایشی و نیز بخش ارتودنسی جهت تولید ترکیبات پرکننده، مسواک و مواد کاشت دندان بکار می‌روند [١۰ و ٦].

۴٫۱٫۳٫ نانوذرات طلا
نانوذرات، نانومیله‌ها و نانوحفاظ‌هایی از جنس طلا، عفونت‌های باکتریایی را از طریق تابش پالس‌های لیزر متمرکز با طول موج مناسب از بین می‌برند. فعالیت ضد میکروبی نانوذرات طلا از طریق ایجاد برهمکنش‌های الکترواستاتیکی قوی با دولایه غشا سلول باکتریایی میانجیگری می‌شود. در مطالعات، نانوذرات طلای کانژوگه با عوامل ضد میکروبی و آنتی بادی‌ها، اثرات ضدمیکروبی انتخابی و قوی‌تری نشان داده‌اند. برای مثال اثر نانوذرات طلای کانژوگه با آنتی بادی آنتی‌پروتئین A بر سطح باکتری S. aureus به اثبات رسیده است.

۵٫۱٫۳٫ نانوذرات مس و آلومینیوم
نانوذرات اکسید آلومینیوم فقط در غلظت‌های بسیار بالا اثرات ضدمیکروبی دارند که مکانیسم اثرشان از طریق ایجاد شکاف در دیواره سلولی می‌باشد. اگرچه فعالیت ضد باکتریایی نانوذرات نقره در مقایسه با نانوذرات دیگر بیشتر است، اما این فعالیت به گونه‌های میکروبی نیز بستگی دارد. برای مثال نتایج مطالعات حاکی از آن است که نانوذرات مس در غلظت بالا در مقایسه با نانوذرات نقره، تمایل بالایی به گروه‌های آمین و کربوکسیل سطح باکتری باسیلوس سوبتیلیس دارند، پس فعالیت ضدباکتریایی بیشتری در مقابل این گونه از خود نشان داده‌اند. همچنین از مزایای دیگر نانوذرات اکسید مس می‌توان به هزینه تولید پایین در مقایسه با نانوذرات نقره، قابلیت اختلاط آسان با پلیمرها و پایداری این ترکیبات اشاره کرد [٦].

۶٫۱٫۳٫ کیتوزان و پپتیدهای ضدمیکروبی 
کیتوزان (-N استیل گلوکز آمین) و مشتقاتش در مقیاس نانو اثرات ضدمیکروبی قابل توجهی نشان داده‌اند. کیتوزان برای کنترل عفونت‌های ویروسی و قارچی در مقایسه با عفونت‌های باکتریایی مؤثرتر می‌باشد. همچنین مشخص شده است که فعالیت ضد میکروبی‌ این ذرات در مقابل باکتری‌های گرم مثبت بیشتر از باکتری‌های گرم منفی می‌باشد. اثر ضدمیکروبی کیتوزان به شدت بستگی به وزن مولکولی، نوع ارگانیسم، pH، درجه پلیمریزاسیون پلیمر و وجود لیپیدها و پروتئین‌ها بر سطح میکروب دارد. یکی از مکانیسم‌های ضدمیکروبی کیتوزان، اتصال به سطح باکتری می‌باشد که منجر به آگلوتیناسیون، افزایش نفوذپذیری دیواره میکروب و سرانجام تراوش ترکیبات داخل سلول به بیرون می‌شود. همچنین کیتوزان منجر به کیلیت فلزات با مقادیر کم می‌شود و بنابراین فعالیت آنزیم‌ها و رشد میکروب‌ها را مهار می‌کند. کیتوزان در قارچ‌ها منجر به مهار سنتز پروتئین و RNA نیز می‌گردد. اما یکی از مهمترین محدودیت‌ها جهت استفاده از کایتوزان، انحلال‌‌پذیری پایین این نانوذره می‌باشد. به‌طوری‌که مشتقات انحلال‌پذیر کیتوزان در مقایسه با کیتوزان طبیعی دارای فعالیت ضد میکروبی شدیدتری هستند.کیتوزان در مقیاس نانو، جهت تصفیه آب بکار می‌رود که مزیت‌هایی همچون هزینه پایین، فعالیت ضدباکتریایی بالا، بازدهی میکروب‌کشی بی‌نظیر و سمیت پایین بر سلول‌های پستانداران دارد [۸ و ٦].

۷٫۱٫۳٫ فولرن‌ها (C60) و مشتقات فولرن
فولرن‌ها ترکیباتی با قابلیت هدایت الکتریکی بی‌نظیر، قدرت کششی بالا، خصوصیات نوری و حرارتی بی‌همتا می‌باشند. خواص ضدمیکروبی فولرن‌ها از یافته‌های اخیر محققان می‌باشد. فولرن‌ها تقریباً نامحلول در آب می‌باشند با این وجود برخی مشتقات انحلال‌پذیر فولرن‌ها دارای اثرات ضدمیکروبی قابل توجهی هستند. فولرن‌ها می‌توانند سوسپانسیون‌های نانوذره‌ای پایداری بنام nc60 تشکیل دهند که اثرات ضدمیکروبی قوی‌تری دارد. فولرن‌های پلی‌هیدروکسیله شده [C60(OH)n] که به‌عنوان فولرول‌ها شناخته شده‌اند، فعالیت ضد میکروبی قوی‌تر و سمیت کمتری نسبت به nc60 دارند. مکانیسم ضدباکتریایی فولرن‌ها از طریق تولید فوتوکاتالیستی گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) در یوکاریوت‌ها (شکل ۳) و پراکسیداسیون لیپیدی در غشا سلولی پروکاریوت‌ها می‌باشد. همچنین اثر ضد میکروبی کربوکسی فولرن‌ها از طریق الحاق به دیواره سلولی میانجیگری می‌شود [۱۰ و ٦].

۸٫۱٫۳٫ نانولوله‌های کربنی (CNT)
نانولوله‌های کربنی ساختارهای سیلندری از اتم‌های خالص کربن هستند و خصوصیات حرارتی، مکانیکی، الکتریکی و نوری بی‌همتایی دارند. با وجود اثرات ضدمیکروبی نانولوله‌های کربنی، عدم حلالیت در محلول‌های آبی،‌ کاربرد این ذرات را به‌عنوان عوامل آنتی‌میکروبیال تضعیف کرده است. مطالعات اخیر نشانگر بهبود انتشار نانولوله‌ها با استفاده از سورفکتانت‌ها یا پلیمرها به‌عنوان عوامل پایدارکننده می‌باشند(مثل سدیم دودسیل بنزن سولفات و تریتون-X). در میان ترکیبات مختلف بر پایه کربن، نانولوله‌های کربنی تک لایه (SWCNT) دارای بیشترین اثر ضدمیکروبی از طریق مکانیسم‌های استرس اکسیداتیو و اکسیداسیون غشا می‌باشند. توانایی افزایش پایداری و سهولت عامل‌دار کردن، نانولوله‌ها را به عنوان ترکیبات ضد میکروبی مفیدیمعرفی ساخته‌اند. نانولوله‌های کربنی جهت تصفیه آب و تهیه فیلتر بکار می‌روند. برخلاف فیلترهای متداول، فیلترها از جنس نانولوله‌ بطور تکرارپذیر پاک می‌شوند و قابلیت فیلتری را دوباره بدست می‌آورند [۸ و ٦].

۹٫۱٫۳٫ نانوذرات با قابلیت آزادسازی نیتریک اکسید
رادیکال‌های آزاد اکسید نیتریک (NO)، تنظیم کننده های مولکولی در پاسخ‌های ایمنی به عفونت هستند. همچنین برخی مطالعات نشانگر اثرات آنتی‌باکتریال NO و مشتقاتش می‌باشند. NO همراه با عوامل ضدمیکروبی دیگر دارای فعالیت ضدمیکروبی قابل توجهی می‌باشد در حالی که خواص آنتی‌میکروبیال دهنده‌های NO بطور مستقل به اثبات نرسیده است. مطالعات اخیر حاکی از آن است که باکتری‌ها، حساس به NO گازی و دهنده‌های NO مولکولی کوچک می‌باشند. اما یکی از مهمترین محدودیت‌ها جهت استعمال NO به‌عنوان عامل آنتی‌میکروبیال، فقدان حامل مناسب جهت ذخیره و رسانش NO می‌باشد. اخیراً آزادسازی NO در شرایطی با دما و pH فیزیولوژیکی با استفاده از نانوحامل‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعات حاکی از ان است که نانوذرات سیلیکا با قابلیت آزادسازی NO، اثرات ضدمیکروبی بالاتری دارند و همچنین مشخص شده است که این نانوذرات برای سلول‌های پستانداران سمیتی ایجاد نمی‌کنند. خصوصیات فیزیکی- شیمیایی این نانوذرات مثل آبدوستی/آبگریزی، بار سطحی و اندازه ذرات به آسانی قابل تنظیم می‌باشند. این نانوذرات می‌توانند جهت درمان زخم‌های آلوده بکار ‌روند [۶].

۱۰٫۱٫۳٫ نانوامولسیون‌ها بر مبنای سورفکتانت
نانوامولسیون‌ها مخلوط دو فاز امتزاج ناپذیر و معلق در مقیاس نانو می‌باشند. امولسیون‌ها بسته به فاز پخش شده به دو دسته روغن در آب [W/O] و آب در روغن [W/O] که توسط نسبت‌های آب به روغن مشخص می‌شود، تقسیم می‌شوند. در سال‌های اخیر مشخص شده که برخی نانو و میکرو امولسیون‌های روغن در آب که از لحاظ ترمودینامیکی پایدار و شفاف می‌باشند، دارای خواص ضدمیکروبی می‌باشند. خصوصیات ضدباکتریایی نانوامولسیون‌ها بر مبنای روغن سویا و میکروامولسیون‌های پایدار با ترکیبات تووین ۸۰، پنتانول، و اتیل اولئات به اثبات رسیده است. مکانیسم عمل امولیسون‌ها از طریق ایجاد اختلال در غشای ویروس‌ها و باکتری‌ها و منقطع کردن پوشش اسپوری باسیلوس‌ها می‌باشد [٦].

۲٫۳٫ نانـوحامـل‌ها جهـت رسـانش موثـر داروهای آنتی‌میکروبیال
با وجود پیشرفت‌های گسترده در زمینه توسعه داروهای ضدمیکروبی و اثربخشی مسلم این داروها، درمان اکثر بیماری‌های عفونی با مشکل روبروست و و نیاز به رسانش هدفمند و کنترل شده بمنظور دستیابی به اثرات درمانی بیشینه و مؤثر می‌باشد. از جمله مشکلات استعمال داروهای آنتی‌میکروبیال به روش سنتی می‌توان به مصرف مقادیر فراوانی از دارو، برهمکنش‌های نامناسب این عوامل در طول انتقال، انتقال بسیار پایین عوامل ضدمیکروبی از غشا سلولی و ظهور مقاومت در مقابل این داروها اشاره کرد. در طول چند دهه گذشته، کاربرد فناوری نانو در بسیاری از زمینه‌های بالینی مخصوصاً دارورسانی مورد بررسی قرار گرفته است. نانوحامل‌ها با خصوصیات فیزیکوشیمیایی منحصر به فردشان، ابزار امیدبخشی جهت غلبه بر محدودیت‌های ذکر شده می‌باشند. از جمله مزایای رسانش عوامل آنتی‌میکروبیال با استفاده از نانوحامل‌ها می‌توان به بهبود انحلال‌پذیری داروهای آبگریز، افزایش نیمه عمر دارو، مدت زمان گردش سیستمی طولانی، آزادسازی آرام و کنترلی دارو، کاهش دوز مصرفی داروها و رسانش هدفمند ترکیبات دارویی به بافت‌ها و سلول‌های هدف اشاره کرد. بعلاوه با استفاده از نانوحامل‌‌ها، اثرات جانبی دارو به حداقل می‌رسد و از طریق رسانش انواع متنوعی از داروها به صورت ترکیبی در یک نانوحامل می‌توان به مقاومت غلبه کرد. در نتیجه، انواع متنوعی از سیستم‌های نانودارورسانی جهت درمان بیماری‌های عفونی مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند [۶ و ۴].

۱٫۲٫۳٫ لیپوزوم‌ها
لیپوزوم‌ها وزیکول‌هایی در مقیاس میکرو و نانو می‌باشند و از دو لایه فسفولیپیدی با هسته آبدوست تشکیل می‌شوند. از آن‌جایی‌که ساختار دولایه لیپیدی لیپوزوم‌ها شبیه غشا سلولی می‌باشد و به آسانی به میکروب‌های عفونی الحاق می‌شوند (فیوز)، پس لیپوزوم‌ها پرکاربردترین حامل‌های داروهای ضدمیکروبی می‌باشند. بعلاوه هر دو دسته داروهای آبدوست و آبگریز می‌توانند بدون تغییرات شیمیایی به ترتیب در هسته مایع و دولایه فسفولیپیدی لیپوزوم‌ها کپسوله و نگه داشته شوند. از جمله پارامترهای مهم جهت استفاده از لیپوزوم‌ها به عنوان حامل‌های داروهای ضد میکروبی می‌توان به خصوصیات فیزیکوشیمیایی لیپیدها و داروها، اندازه و پلی دیسپرسیتی ذره، بار سطحی (پتانسیل زتا)، پایداری در هنگام ذخیره سازی و امکان تولید در میزان فراوان‌تر اشاره کرد.
هر چند که یکی از مهمترین محدودیت‌ها جهت استفاده از این نانوذرات در داخل بدن، کلیرانس سریع‌شان توسط سیستم فاگوسیت تک هسته‌ای (MPS) می‌باشد. برای غلبه بر این محدودیت، استراتژی‌های مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. برای نمونه، اتصال گلیکولیپیدهای ویژه (مثل مونوسیالوگانگلیوزید و فسفاتیدیل اینوزیتول) و پلی اتیلن گلیکول (PEG) بر سطح لیپوزوم‌ها منجر به کاهش جذب توسط MPS در کبد و طحال می‌گردد. همچنین با استفاده از لیپوزوم‌های نشاندار با پلی اتیلن گلیکول، تصویربرداری از مراکز التهابی و عفونی گزارش شده است [۶ و ۴].
از جمله آنتی‌بیوتیک‌هایی که در حامل‌های لیپوزومی کپسوله شده‌اند می‌توان به پلی میکسین B، اسیدلوریک (درمان آکنه)، آمپی‌سیلین، استرپتومایسین، جنتامایسین، وانکومایسین و بنزیل پنی‌سیلین اشاره کرد که فرمولاسیون‌هایی مؤثر، سالم و طبیعی جهت درمان بیماری‌های عفونی می‌باشند. مصرف معمول این آنتی بیوتیک‌ها بدلیل اثرات جانبی شدید با محدودیت روبروست در حالی‌که لیپوزوم‌ها منجر به کاهش چشمگیر اثرات جانبی و بهبود اثرات آنتی‌میکروبیال این داروها می‌شوند.

۲٫۲٫۳٫ نانوذرات لیپیدی جامد (SLNP)
نانوذرات لیپیدی جامد، حاوی مزیت‌های نانوذرات لیپیدی جامد قدیمی و لیپوزوم‌ها و فاقد برخی از معایب این نانوذرات می‌باشند. دسترسی بیولوژیکی و رسانش هدفمند داروهای آنتی‌میکروبیال به شکل کپسوله در نانوذرات لیپیدی جامد از مسیرهای مختلف دارورسانی مثل مسیرهای تزریقی، موضعی، دهانی، چشمی، و ریوی مورد بررسی قرار گرفته است. زمانی که این نانوذرات از مسیر پوستی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به سطح پوست اتصال می‌یابند و فیلم هیدروفیلی متراکم و انسدادی تشکیل می‌دهندکه منجر به زمان ماندگاری طولانی دارو بر روی لایه شاخی می‌شود. بعلاوه نتایج مطالعات حاکی از آن است که استعمال پوستی داروهای ضدقارچی به شکل کپسوله در این نانوذرات، منجر به افزایش انتشار ترانس درمال داروها می‌گردد. همچنین این نانوذرات در فرمولاسیون‌های مختلف به شکل خوراکی و تزریقی به مصرف می‌رسند. برای نمونه جذب روده ای آنتی‌بیوتیک توبرامایسین به دلیل وجود P- گلیکوپروتئین‌ها(P-گلیکوپروتئین‌ها: پمپ‌های انتشار به خارج وابسته به ATP روی حاشیه برسی روده کوچک هستند که منجر به انتقال فعال توبرامایسین به بیرون از سلول و کاهش جذب روده‌ای این دارو می‌شوند.) پایین می‌باشد در صورتی که بر اساس گزارشی با استعمال تزریقی این دارو به شکل کپسوله در نانوذرات لیپیدی جامد، جذب روده‌ای دارو افزایش می‌یابد، غلظت‌های بالایی از دارو در شش‌ها تجمع می‌یابند و به طور محسوسی قابلیت عبور از سد مغزی- خونی بهبود می‌یابد. در بررسی دیگری گزارش شده است که در مایع چشمی، دسترسی بیولوژیکی توبرامایسین به شکل کپسوله در SLNP نسبت به قطرات چشمی استاندارد بطور قابل توجهی بالاتر است. نانوذرات لیپیدی جامد همچنین از طریق رسانش موضعی، حامل‌های مناسبی جهت آزادسازی کنترلی سیپروفلاکساسین در عفونت‌های عدسی چشم و پوست می‌باشند.

اما یکی از مشکلات جهت استعمال حامل‌های دارویی کلوئیدی به شکل تزریقی، جذبشان توسط سیستم MPS می‌باشد. بنابراین به‌منظور دارورسانی هدفمند و تجمع دارویی بهتر، مسیر استنشاقی(ریوی) مورد بررسی قرار گرفته است. برخلاف لیپوزوم‌ها و نانوذرات پلیمری، نانوذرات لیپیدی جامد قابل استنشاق پایدار می‌باشند و ظرفیت بارگذاری دارویی بالا و اثرات جانبی کمتری دارند. بر ای نمونه، داروهای ایزونیازید، ریفامپسین و پیرازینامید به شکل کپسوله در SLNP و بصورت استنشاقی در خوک مورد بررسی قرار گرفتند و بعداز ۷ روز هیچ باسیل توبرکلی در شش‌ها و طهال مشاهده نگردید. این نتایج ارزشمند، پیشنهادی جهت درمان توبرکلوزیس با استفاده از نانوذرات لیپیدی قابل استنشاق می‌باشند [۶ و ۴].

۳٫۲٫۳٫ نانوذرات پلیمری
• پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر بطور گسترده در بخش‌های بالینی جهت آزادسازی کنترلی دارو مورد استفاده قرار می‌گیرند. رسانش داروهای ضدمیکروبی با استفاده از نانوذرات پلیمری دارای چندین مزیت بی‌همتا می‌باشد:

• نانوذرات پلیمری از لحاظ ساختاری در شرایط مختلف آماده سازی و نیز مایعات بیولوژیکی، پایدار می‌باشند.
• خصوصیات ذره ( اندازه، پتانسیل زتا و پروفایل‌ آزادسازی دارو) دقیقاً توسط تنظیم طول پلیمرهای مختلف، سورفکتانت‌ها، و حلال‌های ارگانیک جهت آماده سازی نانوذرات، قابل تنظیم می‌باشند.

سطح نانوذرات پلیمری حاوی گروه‌های عاملی می‌باشند که از لحاظ شیمیایی با لیگاندهای هدفمند اصلاح می‌شوند. برای نمونه نانوذرات نشاسته‌ای کانژوگه با لکتین بطور انتخابی به رسپتورهای کربوهیدرات سطح میکروب‌ها (مثل هلیکوباکتر پلوری) متصل می‌شوند و عوامل ضد میکروبی را به صورت هدفمند در این باکتری‌ها آزاد می‌کنند.
پلیمرهای خطی (مثل پلی‌الکیل اکریلات و پلی‌متیل متاکریلات) و کوپلیمرهای بلاک دوگانه‌دوست، پلیمرهای اصلی جهت رسانش داروهای ضدمیکروبی می‌باشند. پلیمرهای خطی جهت سنتز نانوذرات بکار می‌روند. نانوذرات پلیمری حامل دارو به دو صورت نانوکپسول‌ها و نانواسفرها وجود دارند. نانوکپسول‌ها سیستم‌های وزیکولی هستند که دارو در حفره‌ای محصور شده و با یک غشا پلیمری احاطه می‌شود. در حالی که در نانواسفرها، داروها بطور یکنواخت در ماتریکس‌های پلیمری توزیع می‌شوند. کوپلیمرهای بلاک دوگانه دوست به صورت خودبخودی نانوذرات میسلی را تشکیل می‌دهند که حاوی فضای داخلی هیدروفوب (جهت کپسوله‌کردن دارو) و لایه پوشاننده هیدروفیل (جهت حفاظت فضای داخلی از اپسینیزه شدن و تخریب) می‌باشند. مجموعه‌ای از پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر نظیر پلی‌لاکتیک اسید (PLA)، پلی‌گلیکولیک اسید (PGA)، پلی‌لاکتیدکوگلیکولید (PLGA)، پلی‌کاپرولاکتون (PCL) و پلی‌سیانواکریلات (PCA) به‌عنوان بخش‌های هیدروفوبی میسل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. درحالی‌که پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) اغلب به‌عنوان بخش هیدروفیلی میسل‌ها بکار می‌رود. جهت رسانش هدفمند، لیگاندهای هدفمند (مثل اپتامر) بر بخش انتهایی PEG کانژوگه می‌شوند.
نانوذرات پلیمری در زمینه رسانش عوامل ضدمیکروبی مختلفی مورد بررسی قرار گرفته‌اند و گزارشات نشانگر قابلیت بسیار بالای این ذرات جهت درمان بیماری‌های عفونی می‌باشند. برای نمونه، آمپی سیلین به شکل کپسوله در نانوذرات پلی‌ایزوهگزیل سیانو اکریلات (PIHCA)، دارای کارایی بسیار بالایی جهت درمان عفونت‌های سالمونلا تیفوموریوم (Salmonella typhimurium) و مونوسیتوژنی (L. monocytogenes) در موش می‌باشد. نتایج مطالعات اوتوگرافی اولتراسونیک، تأییدی بر عبور نانوذرات از غشا سلول انسانی و اثر بر دیواره سلولی پارازیت‌های باکتریایی درون سلولی می‌باشند. همچنین آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام N– تیوله که بطور کووالانسی بر روی شبکه پلیمری نانوذرات پلی آکریله کانژوگه شده بودند، خواص ضد باکتریایی بسیار قویتری نسبت به داروی آزاد نشان دادند. مطالعه‌ی دیگری نیز بیانگر فعالیت ضدمیکروبی بسیار قوی آنتی‌بیوتیک جنتامایسین به شکل کپسوله در نانوذرات PLA/PLGA در مقابل عفونت بروسلای(Brucella) درون سلولی می‌باشد [۶ و ۴].

۴٫۲٫۳٫ دندریمرها
دندریمرها، پلیمرهایی پرشاخه با ساختار نانویی دقیق می‌باشند که انشعابات به صورت لایه‌ای اطراف هسته مرکزی سنتز می‌شوند. وجود چنین ساختاری منجر به کنترل دقیق اندازه، امکان کانژوگاسیون دارو و قابلیت اصلاح سطح ذره می‌گردد. طبیعت پرانشعاب دندریمرها، نسبت سطحی قابل توجهی را جهت برهمکنش با میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌آورد. همچنین وجود گروه‌های عملکردی بر سطح دندریمرها منجر به اتصال اختصاصی این نانوحامل‌ها با انواع گسترده‌ای از رسپتورهای باکتریایی و ویروسی می‌گردد. داروهای هیدروفوبی و هیدروفیلی به‌ترتیب می‌توانند در درون هسته مرکزی و سطح چند ظرفیتی دندریمرها لود، کانژوگه یا جذب شوند. بعلاوه دندریمرهای عملکردی با آمونیوم که بعنوان ترکیبات آنتی‌میکروبیال‌ شناخته می‌شوند، دارای فعالیت ضد میکروبی بیشتری در مقایسه با آنتی‌بیوتیک‌های آزاد می‌باشند. مکانیسم‌های آنتی‌میکروبیال دندریمرها تخریب مستقیم غشا سلولی میکروارگانیسم‌ها و انفصال برهمکنش‌های میکروارگانیسم‌ها با سلول میزبان می‌باشند.
در مطالعات گسترده‌ای، پلی آمیدوآمین‌ها (PAMAM) به‌عنوان حامل مورد بررسی قرار گرفته‌‌اند. اما عامل محدودکننده، طبیعت منتهی به آمین این حامل‌ها می‌باشد که منجر به ایجاد سمیت شدیدی می‌گردد. برای غلبه بر این محدودیت، PAMAM را با گروه‌های هیدروکسیل یا کربوکسیل اصلاح می‌کنند که حامل‌های اصلاح شده زیست‌سازگارتر بوده و به آسانی با عوامل آنتی‌میکروبیال کانژوگه می‌شوند.
براساس گزارشی، فعالیت آنتی‌میکروبیال سولفامتوکسازول به شکل کپسوله در دندریمرهای PAMAM در مقایسه با داروی آزاد بطور قابل توجهی افزایش یافت. همچنین در مطالعه‌ی دیگری، انحلال داروی ضد مالاریا به شکل کپسوله در دندریمرهای بر مبنای لیزین و PEG افزایش قابل توجهی نشان داد. پس داروهای ضد میکروبی فراوانی به‌منظور انحلال پذیری بهتر و تأثیر درمانی بیشتر در نانوذرات دندریمری لود شده‌اند [۶ و ۴].

۴٫ نتیجه‌گیری
تأثیر آنتی‌بیوتیک‌ها در درمان بیماران عفونی غیر قابل اغماض می‌باشد اما توسعه مقاومت در مقابل این عوامل تهدیدی جدی جهت درمان بیماری‌های عفونی می‌باشد. همچنین مصرف اکثر داروهای ضدمیکروبی به‌دلیل انحلال‌پذیری پایین، ایجاد سمیت بر بافت‌های سالم، تخریب و کلیرانس سریع‌شان در جریان خون با محدودیت شدیدی روبروست.
اما نانوآنتی‌بیوتیک‌ها به‌دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر و خصوصیات فیزیکی-شیمیایی بی همتایشان، عوامل آنتی میکروبیال امیدبخشی جهت غلبه بر این محدودیت‌ها می‌باشند. برخی نانوذرات بطور ذاتی دارای خواص آنتی‌میکروبیال می‌باشند و به‌عنوان عوامل ضدمیکروبی قوی در درمان زخم‌های عفونی، پوشش ابزار جراحی، نانوژل‌ها، و نانولوسیون‌ها بکار می‌روند. همچنین نتایج مطالعات حاکی از آن است که نانوحامل‌ها بیشترین تأثیر را در کاهش مقاومت دارند. نانوحامل‌ها، موجب تسهیل رسانش عوامل ضدمیکروبی به مکان‌های عفونی می‌شوند، همچنین داروهای آنتی‌میکروبیال را از تخریب در میکروب هدف محافظت می‌کنند (تخریب توسط بتا لاکتامازها) و از همه مهمتر امکان استفاده از چندین آنتی بیوتیک به صورت ترکیبی در نانوحامل فراهم می‌آید. اما اکثر این سیستم‌های دارورسانی در مرحله پری‌کلنیکال هستند و فقط چند مورد به مرحله کلنیکال رسیده‌اند.
درمان بیماری‌های عفونی با استفاده از نانوذرات در مقایسه با درمان بیماری‌های قلبی-عروقی و سرطان در مرحله ابتدایی‌تری می‌باشد. در حال حاضر اطلاعات بسیار اندکی در زمینه کاربرد و سمیت نانوآنتی‌بیوتیک‌ها وجود دارد. پس جهت درمان مؤثر و هدفمند بیماری‌های عفونی با استفاده از نانوآنتی بیوتیک‌ها نیاز به مطالعات گسترده‌تر و دانش و ابزار میان رشته‌ای از جمله میکروبیولوژی، ایمنولوژی، ترکیبات بیولوژیکی، پلیمرها، پاتولوژی، سمیت شناسی، فارماکولوژی و فناوری نانو می‌باشد.