فناوری نانو – ملاحظات برای انجام مطالعات توکسیکوکینتیک با نانومواد
"Nanotechnology — Considerations for performing toxicokinetic studies with nanomaterials"
شماره:
۲۳۰۰۲
سال انتشار:
1400
نانومواد (NMs) خانوادهای از مواد شیمیایی هستند که مانند هر ماده شیمیایی دیگری میتوانند طیف وسیعی از سمیت را اعمال کنند توکسیکو کینتیک میتواند از ارزشیابی ایمنی ترکیبات از جمله نانومواد با شناسایی ارگانهای بالقوه هدف و به ویژه در مورد NMS پتانسیل پایداری در ارگانها از جمله دریافت بخش بخش شدن پشتیبانی کند علاوه بر این اطلاعات توکسیکو کینتیک میتواند برای ارزیابی این که آیا یک نانوماده رفتاری متفاوت با یک نانوماده مشابه یا ماده تودهای با ترکیببندی شیمیایی مشابه دارد استفاده شود؛ به عنوان مثال نسبت به نفوذ سد مانند همه مطالعات انجام شده با NMS، یک مشخصه یابی مناسب از پراکنش نانوماده یا هواسلهای مورد استفاده در مطالعات توکسیکو کینتیک ضروری است.
اهمیت اطلاعات توکسیکو کینتیک برای ارزیابی ریسک (نانومواد)
توکسیکو کینتیک، جذب، توزیع، سوخت و ساز و دفع (ADME) ترکیبات خارجی در بدن را با گذشت زمان توصیف میکند. توکسیکو کینتیک مواجهه را با در داخلی مرتبط میکند و بنابراین یکی از ابعاد کلیدی برای سمیت است. اگر یک نانوماده از طریق هر یک از مسیرهای مواجهه احتمالی از راه خوراکی تنفسی پوستی جذب بدن شود میتواند وارد جریان خون یا لنف شود متعاقب توزیع در ارگانهای داخلی بافتهای هدف بالقوه و سميت بالقوه تعیین میشود از سوی دیگر NMS میتوانند به صورت داخل وریدی تجویز شوند به عنوان مثال در نانوپزشکی بنابراین مستقیماً وارد گردش خون شده و به طور بالقوه منجر به توزیع گسترده بافتی میشوند. از همین رو توکسیکو کینتیک در طراحی مطالعات هدفمند سمیت و شناسایی پتانسیل ارگانهای هدف کمک میکند و بنابراین میتواند اطلاعات مربوطه را برای توجیه یا چشم پوشی از مطالعات سمیت فراهم کند علاوه بر این اطلاعات توکسیکو کینتیک میتواند به عنوان پایهای برای روشهای گروهبندی و بررسی سراسری NMS مفید باشد ارزیابیهای ریسک بر اساس غلظتهای داخلی که با استفاده از اطلاعات توکسیکو کینتیک تعیین شدهاند میتوانند واقع بینانهتر از ارزیابی ریسک بر اساس دزهای خارجی باشند، زیرا نانوذرات (NPS) میتوانند توزیع بافتی خاص و تجمع را نشان دهند. از مطالعات توکسیکو کینتیک میتوان برای ساخت مدلهای توکسیکو کینتیک استفاده کرد، به ویژه مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی (PBPK) که میتواند برای برونیابی دادههای تجربی سمیت به سایر گونهها، بافتها مسیرهای مواجهه، مدت زمان مواجهه و درها مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به تجمع برخی از NPS، توانایی برونیابی به مدت زمانهای مواجهه طولانیتر از اهمیت خاصی برای NMS برخوردار است.
چرا یک استاندارد مخصوص نانو مواد ارائه میشود؟
مجموعه قابل توجهی از مقالات پژوهشی منتشر شده از جمله بسیاری از دستورالعملهای ملی و بینالمللی در مورد استفاده از روشهای توکسیکو کینتیک به منظور مطالعه سرنوشت مواد شیمیایی در بدن وجود دارد. علاوه بر این استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۴۸۰ : سال ۱۳۹۵ آزمون سمیت مواد شیمیایی- بررسی توکسیکو کینتیک راهنما در مورد توکسیکو کینتیک شرح مفصلی را برای ارزیابی مشخصات توکسیکوکینتیک مواد شیمیایی ارائه میدهد اما NMS را به طور خاص مستثنی میکند. استاندارد 10993-16:2017 ISO ارزیابی زیستی تجهیزات پزشکی – قسمت ۱۶ : طراحی مطالعه توکسیکو کینتیک برای محصولات تخریب پذیر و قابل فروشویی، مروری کلی برای مطالعات توکسیکو کینتیک برای مواد قابل فروشویی در تجهیزات پزشکی را ارائه میکند. علاوه بر این آژانس دارویی اروپا (EMA) در راهنمای ICH S3A (توکسیکو کینتیک یک راهنما برای ارزیابی مواجهه سیستمیک در مطالعات توکسیکولوژی) و( S3B فارماکوکینتیک: مطالعات توزیع بافت با تکرار دز) رهنمودهایی را در مورد طراحی و انجام مطالعات توکسیکو کینتیک برای کمک به توسعه داروهای جدید ارایه میدهد.
همچنین رهنمودهایی در مورد مدلسازی توکسیکو کینتیک به ویژه توسعه و کاربرد مدل های فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK وجود دارند به عنوان مثال پیش نویس آنالیز فارماکوکینتیک برپایه فیزیولوژی سازمان غذا و داروی ایالات متحده (USFDA) قالب و راهنمای محتوا برای صنعت محتوا و قالب استانداردی را برای گزارش مطالعات PBPK ارائه میکند در حالی که رویکردهای آژانس حفاظت از محیط ایالات متحده (USEPA) برای استفاده از مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK و دادههای پشتیبانیکننده در ارزیابی ریسک به کاربرد و ارزیابی مدلهای PBPK برای اهداف ارزیابی ریسک میپردازند آژانس دارویی اروپا (EMA) راهنمایی درباره صلاحیت و گزارش مدلسازی و شبیهسازی فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK را در سال ۲۰۱۶ منتشر کرده است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) مشخصهیابی و کاربرد مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی در ارزیابی ریسک» را منتشر کرده است.
همان گونه که بیان شد راهنمای آزمون توکسیکو، کینتیک استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۴۸۰ : سال ۱۳۹۵ به طور شفاف بیان میکند که این راهنما برای آزمایش NMS در نظر گرفته نشده است، زیرا توکسیکو کینتیک MS با یونها مولکولهای محلول و ذرات بزرگ متفاوت است این امر در گزارشی در مورد بررسی اولیه دستورالعملهای آزمون OECD برای کاربرد آنها در NMS مورد تأیید قرار گرفت علاوه بر این مدلهای توصیف شده PBPK در اسناد راهنمای فعلی و ذکر شده برای NMS مناسب نیستند. زیرا فرآیندهای حاکم بر توزیع NPS با مواد حل شده مولکولی (یونی که در اسناد راهنمای فعلی) ذکر شدهاند، متفاوت هستند.
از همین رو رهنمودهای جدید یا اطلاعات تکمیلی خاص در مورد NMS علاوه بر رهنمودهای موجود نیز ضروری هستند. مروری بر دانش فعلی در مورد مشخصات توکسیکو کینتیک Ms و مسائل پیرامون آزمون توکسیکو کینتیک یک گام مقدماتی و عملی برای اطمینان از بهترین درک ممکن از آزمایش مورد نیاز برای به دست آوردن اطلاعات مربوط به توکسیکوکینتیک NMS است.
تفاوت نانومواد با یونها مولکولهای محلول و ذرات بزرگ چیست؟
نانو مواد خانوادهای منحصر به فرد از مواد شیمیایی را ارائه میکنند که با ذرات بسیار کوچک و کاهش اندازه خصوصیات شیمیایی فیزیکی خاصی را پیدا میکنند که برای نمونههای توده (غیر نانویی یا محلول وجود ندارد و همان گونه که پیش از این در بسیاری از گزارشها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. ممکن است با سمیت خاصی همراه باشند نباشند.
توکسیکو کینتیک NPS مورد توجه ویژهای قرار دارد؛ زیرا در مقایسه با ذرات با اندازه بزرگتر اندازه کوچک NPS میتواند سرعت جابه جایی را فراتر از مدخل ورودی به مایع لنفاوی و گردش خون افزایش دهد و از این طریق میتواند به طور بالقوه به تمام ارگانهای داخلی برند، علاوه بر این NPS با اندازه کوچکتر میتوانند توزیع ارگانی گستردهتری را نسبت به ذرات بزرگتر نشان دهند. به همین دلیل جابه جایی در برابر موانعی مانند سد خونی مغزی و جفت ممکن است اتفاق بیفتد.
تفاوتهای قابل توجه دیگر بین رفتار توکسیکو کینتیک سواد مولکولی ایونی محلول و NMs را میتوان در چارچوب اصول حاکم بر جذب، توزیع، سوخت و ساز و دفع (ADME) یک ماده درک کرد. برای مواد مولکولی /یونی محلول، توکسیکو کینتیک با (۱) جابهجایی غیر فعال که شامل انتشار و فیلتراسیون ساده است و یا (۲) جابه جایی ویژه که شامل جابه جایی فعال سیستمهای جابه جایی با واسط حامل و انتشار تسهیل شده از طریق غشاهای سلولی سوخت و ساز آنزیمی و غیر فعال یا دفع فعال است هدایت میشود. برای NMs توکسیکو کینتیک شامل انبوهگی کلوخگی ساختار تاج پروتئین دریافت فعال سلولی، توزیع از طریق ماکروفاژها و تخریب و دفع برای NMS خاص است. علاوه بر این شیمی سطح ترکیبات شیمیایی، از طریق پتانسیل آن برای اتصال به انواع مختلف مولکولهای زیستی بر روی سطح که تاج «پروتئین» نیز توصیف میشود بر روی توکسیکو کینتیک NPS تأثیر میگذارد از آنجا که دفع غالباً محدود است تجمع زیستی میتواند مشابه سایر مولکولهای کمتر سوخت و ساز شده رخ دهد بنابراین الزامات برای آزمون و مدل سازی توکسیکو کینتیک MS میتواند به طور قابل توجهی با توکسیکو کینتیک تعیین شده برای مواد حل شده متفاوت باشد با توجه به این موضوع به ویژه پتانسیل تجمع و پایداری در ارگانها باید ارزیابی شود به عنوان مثال در درهای مکرر و مطالعات طولانی مدت توکسیکو کینتیک.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد توصیف سابقه و اصول مطالعات توکسیکو کینتیک مربوط به نانومواد است.
شماره استاندارد ملی ایران:
۲۳۰۰۲
سال انتشار:
1400
فناوری نانو – ملاحظات برای انجام مطالعات توکسیکوکینتیک با نانومواد
"Nanotechnology — Considerations for performing toxicokinetic studies with nanomaterials"
نانومواد (NMs) خانوادهای از مواد شیمیایی هستند که مانند هر ماده شیمیایی دیگری میتوانند طیف وسیعی از سمیت را اعمال کنند توکسیکو کینتیک میتواند از ارزشیابی ایمنی ترکیبات از جمله نانومواد با شناسایی ارگانهای بالقوه هدف و به ویژه در مورد NMS پتانسیل پایداری در ارگانها از جمله دریافت بخش بخش شدن پشتیبانی کند علاوه بر این اطلاعات توکسیکو کینتیک میتواند برای ارزیابی این که آیا یک نانوماده رفتاری متفاوت با یک نانوماده مشابه یا ماده تودهای با ترکیببندی شیمیایی مشابه دارد استفاده شود؛ به عنوان مثال نسبت به نفوذ سد مانند همه مطالعات انجام شده با NMS، یک مشخصه یابی مناسب از پراکنش نانوماده یا هواسلهای مورد استفاده در مطالعات توکسیکو کینتیک ضروری است.
اهمیت اطلاعات توکسیکو کینتیک برای ارزیابی ریسک (نانومواد)
توکسیکو کینتیک، جذب، توزیع، سوخت و ساز و دفع (ADME) ترکیبات خارجی در بدن را با گذشت زمان توصیف میکند. توکسیکو کینتیک مواجهه را با در داخلی مرتبط میکند و بنابراین یکی از ابعاد کلیدی برای سمیت است. اگر یک نانوماده از طریق هر یک از مسیرهای مواجهه احتمالی از راه خوراکی تنفسی پوستی جذب بدن شود میتواند وارد جریان خون یا لنف شود متعاقب توزیع در ارگانهای داخلی بافتهای هدف بالقوه و سميت بالقوه تعیین میشود از سوی دیگر NMS میتوانند به صورت داخل وریدی تجویز شوند به عنوان مثال در نانوپزشکی بنابراین مستقیماً وارد گردش خون شده و به طور بالقوه منجر به توزیع گسترده بافتی میشوند. از همین رو توکسیکو کینتیک در طراحی مطالعات هدفمند سمیت و شناسایی پتانسیل ارگانهای هدف کمک میکند و بنابراین میتواند اطلاعات مربوطه را برای توجیه یا چشم پوشی از مطالعات سمیت فراهم کند علاوه بر این اطلاعات توکسیکو کینتیک میتواند به عنوان پایهای برای روشهای گروهبندی و بررسی سراسری NMS مفید باشد ارزیابیهای ریسک بر اساس غلظتهای داخلی که با استفاده از اطلاعات توکسیکو کینتیک تعیین شدهاند میتوانند واقع بینانهتر از ارزیابی ریسک بر اساس دزهای خارجی باشند، زیرا نانوذرات (NPS) میتوانند توزیع بافتی خاص و تجمع را نشان دهند. از مطالعات توکسیکو کینتیک میتوان برای ساخت مدلهای توکسیکو کینتیک استفاده کرد، به ویژه مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی (PBPK) که میتواند برای برونیابی دادههای تجربی سمیت به سایر گونهها، بافتها مسیرهای مواجهه، مدت زمان مواجهه و درها مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به تجمع برخی از NPS، توانایی برونیابی به مدت زمانهای مواجهه طولانیتر از اهمیت خاصی برای NMS برخوردار است.
چرا یک استاندارد مخصوص نانو مواد ارائه میشود؟
مجموعه قابل توجهی از مقالات پژوهشی منتشر شده از جمله بسیاری از دستورالعملهای ملی و بینالمللی در مورد استفاده از روشهای توکسیکو کینتیک به منظور مطالعه سرنوشت مواد شیمیایی در بدن وجود دارد. علاوه بر این استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۴۸۰ : سال ۱۳۹۵ آزمون سمیت مواد شیمیایی- بررسی توکسیکو کینتیک راهنما در مورد توکسیکو کینتیک شرح مفصلی را برای ارزیابی مشخصات توکسیکوکینتیک مواد شیمیایی ارائه میدهد اما NMS را به طور خاص مستثنی میکند. استاندارد 10993-16:2017 ISO ارزیابی زیستی تجهیزات پزشکی – قسمت ۱۶ : طراحی مطالعه توکسیکو کینتیک برای محصولات تخریب پذیر و قابل فروشویی، مروری کلی برای مطالعات توکسیکو کینتیک برای مواد قابل فروشویی در تجهیزات پزشکی را ارائه میکند. علاوه بر این آژانس دارویی اروپا (EMA) در راهنمای ICH S3A (توکسیکو کینتیک یک راهنما برای ارزیابی مواجهه سیستمیک در مطالعات توکسیکولوژی) و( S3B فارماکوکینتیک: مطالعات توزیع بافت با تکرار دز) رهنمودهایی را در مورد طراحی و انجام مطالعات توکسیکو کینتیک برای کمک به توسعه داروهای جدید ارایه میدهد.
همچنین رهنمودهایی در مورد مدلسازی توکسیکو کینتیک به ویژه توسعه و کاربرد مدل های فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK وجود دارند به عنوان مثال پیش نویس آنالیز فارماکوکینتیک برپایه فیزیولوژی سازمان غذا و داروی ایالات متحده (USFDA) قالب و راهنمای محتوا برای صنعت محتوا و قالب استانداردی را برای گزارش مطالعات PBPK ارائه میکند در حالی که رویکردهای آژانس حفاظت از محیط ایالات متحده (USEPA) برای استفاده از مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK و دادههای پشتیبانیکننده در ارزیابی ریسک به کاربرد و ارزیابی مدلهای PBPK برای اهداف ارزیابی ریسک میپردازند آژانس دارویی اروپا (EMA) راهنمایی درباره صلاحیت و گزارش مدلسازی و شبیهسازی فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی PBPK را در سال ۲۰۱۶ منتشر کرده است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) مشخصهیابی و کاربرد مدلهای فارماکوکینتیک بر اساس فیزیولوژی در ارزیابی ریسک» را منتشر کرده است.
همان گونه که بیان شد راهنمای آزمون توکسیکو، کینتیک استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۴۸۰ : سال ۱۳۹۵ به طور شفاف بیان میکند که این راهنما برای آزمایش NMS در نظر گرفته نشده است، زیرا توکسیکو کینتیک MS با یونها مولکولهای محلول و ذرات بزرگ متفاوت است این امر در گزارشی در مورد بررسی اولیه دستورالعملهای آزمون OECD برای کاربرد آنها در NMS مورد تأیید قرار گرفت علاوه بر این مدلهای توصیف شده PBPK در اسناد راهنمای فعلی و ذکر شده برای NMS مناسب نیستند. زیرا فرآیندهای حاکم بر توزیع NPS با مواد حل شده مولکولی (یونی که در اسناد راهنمای فعلی) ذکر شدهاند، متفاوت هستند.
از همین رو رهنمودهای جدید یا اطلاعات تکمیلی خاص در مورد NMS علاوه بر رهنمودهای موجود نیز ضروری هستند. مروری بر دانش فعلی در مورد مشخصات توکسیکو کینتیک Ms و مسائل پیرامون آزمون توکسیکو کینتیک یک گام مقدماتی و عملی برای اطمینان از بهترین درک ممکن از آزمایش مورد نیاز برای به دست آوردن اطلاعات مربوط به توکسیکوکینتیک NMS است.
تفاوت نانومواد با یونها مولکولهای محلول و ذرات بزرگ چیست؟
نانو مواد خانوادهای منحصر به فرد از مواد شیمیایی را ارائه میکنند که با ذرات بسیار کوچک و کاهش اندازه خصوصیات شیمیایی فیزیکی خاصی را پیدا میکنند که برای نمونههای توده (غیر نانویی یا محلول وجود ندارد و همان گونه که پیش از این در بسیاری از گزارشها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. ممکن است با سمیت خاصی همراه باشند نباشند.
توکسیکو کینتیک NPS مورد توجه ویژهای قرار دارد؛ زیرا در مقایسه با ذرات با اندازه بزرگتر اندازه کوچک NPS میتواند سرعت جابه جایی را فراتر از مدخل ورودی به مایع لنفاوی و گردش خون افزایش دهد و از این طریق میتواند به طور بالقوه به تمام ارگانهای داخلی برند، علاوه بر این NPS با اندازه کوچکتر میتوانند توزیع ارگانی گستردهتری را نسبت به ذرات بزرگتر نشان دهند. به همین دلیل جابه جایی در برابر موانعی مانند سد خونی مغزی و جفت ممکن است اتفاق بیفتد.
تفاوتهای قابل توجه دیگر بین رفتار توکسیکو کینتیک سواد مولکولی ایونی محلول و NMs را میتوان در چارچوب اصول حاکم بر جذب، توزیع، سوخت و ساز و دفع (ADME) یک ماده درک کرد. برای مواد مولکولی /یونی محلول، توکسیکو کینتیک با (۱) جابهجایی غیر فعال که شامل انتشار و فیلتراسیون ساده است و یا (۲) جابه جایی ویژه که شامل جابه جایی فعال سیستمهای جابه جایی با واسط حامل و انتشار تسهیل شده از طریق غشاهای سلولی سوخت و ساز آنزیمی و غیر فعال یا دفع فعال است هدایت میشود. برای NMs توکسیکو کینتیک شامل انبوهگی کلوخگی ساختار تاج پروتئین دریافت فعال سلولی، توزیع از طریق ماکروفاژها و تخریب و دفع برای NMS خاص است. علاوه بر این شیمی سطح ترکیبات شیمیایی، از طریق پتانسیل آن برای اتصال به انواع مختلف مولکولهای زیستی بر روی سطح که تاج «پروتئین» نیز توصیف میشود بر روی توکسیکو کینتیک NPS تأثیر میگذارد از آنجا که دفع غالباً محدود است تجمع زیستی میتواند مشابه سایر مولکولهای کمتر سوخت و ساز شده رخ دهد بنابراین الزامات برای آزمون و مدل سازی توکسیکو کینتیک MS میتواند به طور قابل توجهی با توکسیکو کینتیک تعیین شده برای مواد حل شده متفاوت باشد با توجه به این موضوع به ویژه پتانسیل تجمع و پایداری در ارگانها باید ارزیابی شود به عنوان مثال در درهای مکرر و مطالعات طولانی مدت توکسیکو کینتیک.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد توصیف سابقه و اصول مطالعات توکسیکو کینتیک مربوط به نانومواد است.