3

3.Nanomateriale utilizate in medicina 3.1 Nanopulberi [13] Nanopulberi se obtin printr-o metoda simpla si ieftina in cantitati mari de tip metal/ZnO [M/ZnO, M=Au (1),Fe(2) si Pt(3)]: coprecipitarea.Pulberile obtinute din oxid de zinc contin 0,1 % gr. Component dopant si au fost caracterizate prin tehnici specifice: difractie de raze X, microscopie electronica de baleaj, suprafata specifica si spectrometrie de fluorescenta de raze X.[13]

Analizele de difractie de raze X ale nanopulberilor obtinute au pus in evidenta structura de tip wurtzit a ZnO, fara evidentierea dopantului ca si faza separata.Nu s-au remarcat deosebiri semnificative intre spectrele de difractie de raze X ale nanopulberilor.Asadar, nu a fost pusa in evidenta formarea unei faze noi dupa includerea Au/Fe/ Pt in reteaua de ZnO. Analizele SEM (Scanning electron microscope)ale nanopulbeilor au evidentiat formarea de particule cu dimensiuni mai mici de 100 mm.De asemenea, au fost investigate si proprietatile antibacteriene fata de Escherichia coli si Streptococcus faecalis.[13]

Nanopulberile de tip M/ZnO au fost obtinute prin metoda de coprecipitare pentru obtinerea nanopulberilor de Ag/ZnO. Metoda de sinteza are loc in doua etape:obtinerea precursorului prin metoda de coprecipitare si respectiv formarea nanopulberilor de tip M/ZnO prin descompunera termica. Diferite tehnici de investigare au fost utilizate pentru caracterizarea pulberilor obtinute:difractie de raze X, microscop electronic de baleaj, spectrometru de fluorescenta INNOV-X alpha 6500 si masuratori de suprafata specifica pe o instalatie BET modificata.[13]

Microscopia electronica de baleaj s-a utilizat pentru determinarea dimensiunilor particulelor, morfologiei si a distributiei particulelor.Dimensiunea particulelor calculata din date BET a fost confirmata prin SEM.Spectrele de raze X au aratat structura cristalina de tip wurtzita a nanopulberilor de tip M/ZnO.[13]

Micrografiile SEM, redata in (figura 1 )confirma observatiile asupra finetei materialelor.La o marime mai redusa, se remarca formatiuni de agregate din particule foarte fine care insa se disperseaza la cea mai fina solicitare.Temperatura redusa a tratamentului termic opreste cresterea cristalitelor, generand material ultrafine.Pentru a evidential caracterul nano al pulberilor s-a inclus o imagine a ZnO calcinat la 700 C , ideal cristalizat.Probele sintetizate, cu particule la scara nano, au tendinta de a forma aglomerate intre care se includ pori cu dimensiuni variabile.Cristalele in curs de dezvoltare se prezinta sub forma specifica a oxidului de zinc.[13]

C D

Figura 3.1 Micrografiile SEM

F

(a) proba etalon ZnO;(b)nanopulberi de Au/ZnO; (c)Fe/ZnO; (d)Pt/ZnO; Marimea particulelor se incadreaza in limitele specifice particulelor de dimensiuni nano.Interesul pentru determinarea modului de legare a elementelor dopante in reteaua oxidului de zinc a condus la investigarea structurii prin difractia de raze X.[13]

Coprecipitarea, metoda de sinteza propusa pentru obtinerea nanopulberilor de tip M/ZnO este o metoda economica deoarece este simpla, iar reactivii chimici utilizati sunt ieftini si netoxici.Asadar, obtinerea nanopulberilor de tip M/ZnO prin metoda de coprecipitare este indicate pentru sinteza la scara industrial a acestora.[13]

Studiul proprietatilor antibacteriene indica faptul ca doparea ZnO cu cantitati mici de Pt si Au are ca rezultat imbunatatirea caracterului antibacteran.Deci, costurile se vor reduce prin utilizarea nanopulberilor de tip M/ZnO [M=Au(1) si Pt(3)] in protectia acoperirilor peretilor interior si exterioari in diferite spatii, ca de exemplu unitati medicale, spatii de depozitare si productie a alimentelor si diverse zugraveli si acoperiri cu exigent ridicate.[13]

3.1.1 Nanoparticule de siliciu [9][13] Siliciu poros: modificat cu nanoparticule cu proprieti superparamagnetice (SPION), acoperit cu strat polimeric biocompatibil i impregnat cu ageni terapeutic.[9]

Imersie in dextran, 20 h

Figura 3.2. Schema siliciului porosPentru micorarea dimensiunii nanocristalitelor de Fe i pentru obinerea magnetitei Fe3O4 (forma de Fe care ii confera proprietati SPION), experimentele de preparare a Fe au fost realizate utilizand Fe3+/Fe2+ (in raport stoichiometric 1:2), coprecipitarea facandu-se cu NH4OH la valori de PH alcalin.[13]

Siliciul poros este un substrat bioactiv i biocompatibil care poate fi utilizat pentru atasarea si proliferarea diferitelor celule.

Fig.3.2 Celulele CHO cu 31% PS / Sip+ (100), Fig.3.3 PS/p+Si (100), 31% porozitate,cu suprafata modificata de 30nm ; cu B16-F1 celule (20x) ,de carbon (10x);

Fig.3.4 Imagini de fluorescenta obtinuta pe suprafata PS dupa 1 respectiv 3 zile

Odata evidentierea proprietatilor de biocompatibilitate si biodegradabilitate ale siliciului poros (PS) , s-au intensificat studiile pentru utilizarea acestui material in domeniul biomedical. Structura obtinuta prin corodarea electrochimica, de tip fagure, prezinta o arie a suprafetei foarte mare, ceea ce face sa fie o matrice ideala pentru inglobarea, in stare legata sau libera, a unei cantitati mari de medicament si care sa permita un control eficient al eliberarii acestora.[9]

Se poate deci aprecia ca nanoparticulele de siliciu pot actiona ca vectori de transport ai unor produsi antitumorali, rezultat ce sugereaza necesitatea studiilor si pentru testarea altor compusi medicamentosi legati de nanoparticule, precum i a altor forme de tumori experimentale.[9]

3.1.2 Nanoparticule de argint [9][13][18] Nanoparticulele sunt particule ultrafine cu dimensiuni mai mici de 100 nm.Totusi, definitia nanoparticulelor variaza in functie de material,domeniu de aplicatie.Etapa de sinteza a nanoparticulelor este deosebit de importanta deoarece proprietatile nanoparticulelor depind in mare masura de dimensiunea acestora.Aceste particule prezinta proprietati chimice,electrice, optice si mecanice diferite de ale materialului cu granulatie conventionala.[13]

Figura 3.5 Nanoparticula de argint

Nanoparticulele de argint au si proprietati antimicrobiene deosebite, in special cele cu dimensiuni de aproximativ 10 nanometri. Acestea pot distruge o gama de pana la 650 de tipuri de germeni. Apoi, se fac depuneri de nanoparticule de argint pe suporti de nanoparticule de oxid de titan (TiO2) si oxid de zinc (ZnO), care, spun specialistii, sunt si ele antimicrobiene, efectul cumulandu-se.[13]

Aceste suspensii sau pulberi de TiO2 (fig. 3.6) sau ZnO dopate cu particule de argint se pot folosi in produsele cosmetice, avand efect antimicrobian sau regenerativ. Cercetatorii spun ca se pot obtine i produse cu proprietati de autocuratare, putand fi folosite in scoli, spitale etc. ; precum si vopsele cu efect de protectie antimicrobiana si textile pentru spitale. [13]

Nanoparticulele de argint distrug bacteriile care creeaza mirosul neplacut , deoarece ionii de argint eliberati din nanoparticule omoara bacteriile care se dezvolta umezelii si caldurii i de aceea ele sunt folosite pentru indeprtarea ciupercilor i bacteriilor care pot cauza infectii bacteriene si infectii fungice. De multa vreme oamenii stiu despre proprietatile antibacteriene ale argintului .[13]Inca din anul 1980 au fost efectuate cercetari care indicau capacitatea nanoparticulelor de argint de a decima virusi, secretul constand tocmai in dimensiunile reduse ale acestora. Explicatia este urmatoarea : nanocristalele metalelor nobile au proprietati electromagnetice, catalitice si optice puternic influentate de forma si marimea.[18]

Fig.3.6 Pulberi de TiO2

In sistemul medical indian, numit Ayurveda, metalele sunt utilizate adeseori sub forma de preparate, fie sub forma de pulberi (cenusi Bhasma) ale metalului pur sau a oxizilor acestuia, fie sub forma de ape (Jala) ale metalului respectiv.[18]

Cercetarile moderne ale acestor preparate stravechi au aratat ca, in mod surprinzator, metodele de obtinere ale acestora duc la producerea unor pulberi de nanoparticule, care sunt astfel foarte eficiente.[9]

Asa cum se obisnuieste in cadrul acestui sistem medical, la fel cum este precizat si in cazul homeopatiei, cel mai adesea preparatele respective se recomanda sa fie mestecate pentru perioade lungi de timp, din motivele expuse deja.[9]

3.2Nanoindicatori [4] Progresul tehnologic si modernizarea societatii actuale, ca factor principal in schimbarea stilului de viata cu implicatii negative asupra starii de sanatate a populatiei, alaturi de fenomenul din ce in ce mai accentuat de imbatranire a populatiei, si de nevoia resimtita din ce in ce mai acut pentru o imbunatatirea calitatii vietii pacientilor reclama ingrijiri de sanatate de inalta calitate si cost-eficienta, deci mai eficiente si la preturi mai accesibile comparativ cu serviciile existente pe piata la ora actuala.[4]

In sensul indeplinirii acestor deziderate, descoperirile stiintifice actuale in domeniul biologiei si fiziologiei corpului uman, a intelegerii mecanismelor fiziopatologice la nivel molecular, precum si cresterea capacitatii de interventie in stadiul presimptomatic al bolii sunt de o deosebita importanta. La ora actuala, sistemele de sanatate, in special cele din tarile dezvoltate, se confrunta cu o serie de afectiuni cronice extrem de costisitoare si impovaratoare. Astfel, afectiuni precum: cancerul, diabetul, bolile neurologice degenerative (Alzheimer si Parkinson), afectiunile cardiovasculare, bolile mintale (intre care depresia este liderul) sau maladiile inflamatorii si infectioase reprezinta probleme majore atat pentru pacient, cat si pentru societate.[4]

Astazi, medicina moderna utilizeaza doar instrumente ce pot detecta anomaliile aparute la nivel macroscopic, fiind incapabila sa surprinda boala in stadiile incipiente. Folosirea nanotehnologiei in sfera medicala poate revolutiona, in viitor, metodele actuale de diagnostic si tratament; posibilitatea diagnosticarii si tratarii afectiunilor, inca din faza lor moleculara, va permite clinicilor sa trateze cauza/originea bolii si chiar sa inlocuiasca tesuturi afectate. Prin utilizarea nanoingineriei se pot obtine si utiliza tesuturi artificiale pentru a inlocui organe afectate (rinichi, ficat) sau pentru a regenera nervi sau a produce implanturi care sa redea simturi pierdute, precum vederea sau auzul.[4]

3.2.1 Chimioterapia [2][16][18] Chimioterapia este un tip de tratament al cancerului,care utilizeaza diverse medicamente cu administrare orala, intramusculara,intravenoasa sau in perfuzie endovenoasa pentru a distruge celulele canceroase ale tumorii primare si ale leziunilor secundare (metastaze).[2]

In acest sens, primul agent chimioterapeutic modern a fost arsphenamine lui, un compus arsenic descoperite in 1909 si folosit pentru a trata sifilisul. Aceasta a fost urmata mai tarziu de sulfonamide descoperite de Domagk si penicilina descoperite de catre Alexander Fleming.[18]

Figura 3.7 Domagk

n 1955, chimioterapia a fost utilizata pentru prima data in tratamentul unei tumori solide carcinomul trofoblastic de sarcina. Dezvoltarea ulterioara a regimurilor cu mai multe medicamente asociate pentru copiii cu leucemie acuta sau boala Hodgkin in anii 60 a demonstrat posibilitatea vindecarii prin chimioterapie a unui mare procent de pacienti cu anumite afectiuni chimioresponsive.[18]

Chimioterapia functioneaza cand celulele normale se dezvolta si mor intr-un mod bine stabilit, controlat de organism. Cancerul survine cand celulele devin anormale si continua sa se divida, formand mai multe celule dezordonat i necontrolat. Citostaticele(fig. 3.8) distrug celulele canceroase oprindu-le dezvoltarea si multiplicarea in unul sau mai multe momente are ciclului lor de dezvoltare. Pentru ca unele medicamente sunt mai eficiente administrate impreuna decat separat, deseori tratamentul consta in administrarea mai multor chimioterapice. Aceasta metoda se numeste chimioterapie combinata. In afara de chimioterapie, exista si alte metode folosite n tratamentul cancerului.[16]

Nanoparticulele include:lipozomi,micele,nanoparticule lipide solide,nanoparticule metalice,nanoparticule semiconductoare si nanoparticule polimerice, desi domeniul de aplicare al nanoparticulelor la terapia cancerului este mult mai elaborat.[2]

In special,se spera ca in nanotehnologie, terapia cancerului care este implicata va fi mai eficienta in orientarea celulelor maligne si care economisesc tesut sanatos.In acest sens, rolul de nanopaticule incarcate cu medicamente chimioterapeutice a primit multa atentie.Cele mai multe medicamente chimioterapeutice au solubilitatea slaba si biodisponibilitatea scazuta si sunt formulte cu solventi toxici.In prezent,exista strategii noi in cercetarea tratamentului cancerului, care combina lipozomii cationici cu hipertermiile sa campuri magnetice.[2]

Figura 3.8 Leucemie

Aplicaiile nanoparticulelor n biologie si medicina reprezinta un subdomeniu nou i de limita apartinand nanotehnologiei aflata intr-o rapida dezvoltare.Deoarece aceste materiale au proprietati unice, determinate de marimea lor, ele pot avea numeroase utilizari in detectarea boli sau ca noi nano-crusi ai unor agenti terapeutici. [18]

Nanotehnologia aplicata in tratamentul cancerului poate oferi cateva avantaje promitatoare faa de medicamentele conventionale. Astfel, utilizarea nanoparticulelor ca i particule de transport pentru terapiile anticanceroase are un potenial imens de a revoluiona viitorul terapiei n cancer. Cum arhitectura tumorala determina acumularea prefereniala a nanoparticulelor la locul tumorii, utilizarea lor ca vectori ce livreaza medicamente va duce la acumularea unei cantitati mai mari de medicamente la nivelul tumoral; in acest fel, terapia n cancer ar fi mbunatatita iar efectele secundare daunatoare ale chimioterapiei vor fi reduse.[18]

3.2.2 Radioterapia [2][10][15][18] Odata cu dezvoltarea tehnicilor radioterapeutice moderne, a imagisticii medicale si a planificarii inverse a tratamentului cu radiatii, a devenit posibila gasirea unor solutii optime pentru obtinerea unor distributii omogene a dozei absorbite in volum complex.Este posibila admistrarea dozei prescrise in tumorile solide protejand, in acelasi timp,mai bine tesuturile sanatoase si organele critice.[18]

Radiaiile ionizante (radiaii X, gamma, fascicule de particule) distrug celulele tumorale. Ca urmare a efectului radioterapiei, celulele tumorale devin incapabile s creasca si sa se multiplice, ceea ce nseamna ca tumora nu mai creste, ci se micsoreaza, uneori pana la disparitie. Chiar daca tumora a fost eliminata printro interventie chirurgicala (operatie) radioterapia este importanta pentru c ea reduce riscul aparitiei unei recidive. Celulele canceroase sunt prea mici pentru a putea fi observate cu ochiul liber n timpul operaiei, iar iradierea va distruge orice celula sau grup de celule maligne care ar putea sa ramana in zona operata si care ar putea duce la reaparitia tumorii (recidiva).[2]

In timpul radioterapiei, un fascicul (sau mai multe) de radiatie este directionat prin pielea pacientului in zona tumorii si a tesuturilor din jurul acesteia.

Exista mai multe tehnici de radioterapie care se folosesc:

Radioterapia externa (teleterapia)(fig.3.9) metoda de radioterapie n care sursa de iradiere se afla la distan de pacient.

Tratamentul este efectuat cu ajutorul unui aparat de iradiere

externa (accelerator liniar, aparat de cobaltoterapie); acesta are o masa de iradiere (pe care sta pacientul) in jurul careia se roteste capul aparatului (locul unde se produce radiatia care ajunge la pacient).[2]

Figura 3.9 Radioterapie externa

Brahiterapia (curieterapia sau iradierea interna) (fig.3.10) metoda de radioterapie in care sursa de iradiere se afla in contact, in vecinatatea sau in interiorul tumorii. Se poate combina cu radioterapia externa sau se foloseste ca unica metoda de iradiere.

Medicul radioterapeut va pozitiona in interiorul pacientului surse radioactive sau aplicatorii (anumite tuburi subtiri prin care sursele radioactive vor fi ulterior introduse, cu comanda computerizata brahiterapia denumita afterloading).

foloseste surse radioactive introduse in interiorul organismului;

brahiterapia moderna utilizeaza aplicatori introdusi in interiorul pacientului prin care ulterior, in timpul sedintelor de tratament, se introduc surse radioactive;

aplicatorii sunt diferiti in functie de zona iradiata. In general sunt tuburi metalice sau din plastic;[2]

Figura 3.10 Aplicatori brahiterapie (aplicatori pentru cancere ginecologice;

tuburi deplastic pentru brahiterapie endocavitar i interstiial;

ace metalice).

Radioterapia metabolica(fig.3.11)folosind izotopi radioactivi introdusi in interiorul organismului pacientului, care vor ajunge sa fie preluai de celulele canceroase.

Figura 3.11 Radioterapie metabolica SEM

Efectele secundare acute a radioterapiei apar in timpul radioterapiei si pot persista cateva saptamani dupa iradiere, apoi se amelioreaza si majoritatea dispar. Exemple: nrosirea tegumentului, diareea, jena la inghitit.

Efectele secundare tardive apar mai tarziu si pot persista o perioada lunga, de luni sau ani, afectand calitatea vietii si necesitand tratamente specifice. Exemple: aparitia unei ingrosari sub barbie (fibroza submentoniera), lipsa salivei (xerostomia) ambele n iradierea cancerelor ORL.[2]

te de Radiatii - fenomenele sau agentii fizici care transporta energie dintr-o regiune a spatiului in alta; in continutul acestei notiuni sunt cuprinse atat radiatiile electromagnetice, cat si cele corpusculare.

Conform modelului fizic actual - energia este cuantificata - alcatuita din cuante sau particule in miscare: pentru radiatiile electromagnetice - fotoni ; pentru radiatiile corpusculare - neutroni, protoni, electroni sau fragmente nucleare diverse: particule , mezoni , neutroni etc. Radiatiile electromagnetice - cuprind: unde radio, radiatia vizibila, radiatiile calorice, microundele, radiatii ultraviolete, radiatii X si . In tratamentul antitumoral intereseaza numai radiatiile X si .[15]Radiatiile corpusculare : Utilizate in mod curent - fasciculele cu electroni. Protonii si neutronii -folositi in centre cu resurse financiare corespunzatoare. Particulele , mezonii si ionii grei (produsi si studiati doar in cateva centre din SUA, Europa,Japonia).[2]

IMRT reprezinta o forma avansata de radioterapie 3D conformationala, care depaseste tehnologia 2D folosita pana acum n Romania, care radiaza tumoarea si organele din jur cu eficienta minima in tratarea anumitor tipuri de cancer. Daca la 2D radiatia vine dintr-o singura directie, cea 3D respecta forma neregulata a tumorii, iar IMRT-ul ajusteaza intensitatea acolo unde trebuie, pentru ca organele de risc sa fie protejate.[10]

Figura 3.12 IMRT

inceper In cazul tehnologiei IMRT, tehnica de conturare este inversa decat cea anterioara, iar colimatorul multilamelar (cel care ghideaza fascicolul de energie catre tumora) este dinamic si se misca n functie de dozele de radiatii ghidate catre zona tintita oferind o eficienta maxima. IMRT-ul este indicat pentru tratarea volumelor tumorale cu forma convexa sau care adera la organe de risc cu geometrie convexa (cap i gat, prostata, rect, san), explica Robert Chitan, director de dezvoltare la Gral Medical.[10]