Nanotehnologia în medicină - nanoyou.eu - poster 3 medicine.pdf · Tratarea bolilor Înţelegerea...
1
www.nanoyou.eu Nanotehnologia în medicină Nanotehnologia furnizează instrumente noi care sunt folosite pentru înţelegerea, cercetarea şi tratarea bolilor. •Nanomaterialelor li se pot da funcţionalităţi biologice astfel încât să poată interacţiona cu celulele şi cu constituenţii lor (proteinele, lipidele, ADN-ul etc.) într-un mod specific. Dacă nanomaterialele au funcţi onalităţi corecte, pot induce sau opri anumite reacţii metabolice. •Nanomaterialele sunt deseori la fel de mari ca (sau mai mici decât) multe structuri şi procese biologice. Imagistica bolilor Repararea ţesuturilor lezate Tratarea bolilor Înţelegerea bolilor •În mod tradiţional, majoritatea medicamentelor sunt administrate fie oral, fie prin injectare. Acest lucru duce la unele probleme: •Efectele terapeutice pot fi reduse datorită timpului necesar pentru ca medicamentul să-şi facă efectul. •Injecţiile pot fi dureroase, pot fi administrate cu dificultate, pot fi scumpe şi chiar periculoase. • Obiectiv – a crea un medicament care vizează exclusiv o boală, rapid şi cu precizie, fără efecte secundare. •Sistemele de furnizare a medicamentelor de dimensiune nano pot fi: •Cu ţintă specifică, astfel încât celulele sănătoase să nu fie lezate şi să necesite mai puţine medicamente. •Cu eliberare prelungită (eliberate în mod continuu pentru a furniza tratament permanent). •Cum? •Majoritatea sistemelor de furnizare a medicamentelor de dimensiune nano fie separă moleculele dintr-un suport polimeric biocompatibil, fie îl încapsulează într-un rezervor la scală nanometrică. Cauzele multor boli debilitante sunt încă necunoscute, dar progresele nanotehnologice ne-au permis să studiem procesele biologice în profunzime. O imagine la microscopul de forţă atomică a unei fibrile amiloide, care s-ar părea că are legătură cu bolile, cum ar fi Alzheimer-ul. (sursa imaginii: T. Knowles, Universitatea Cambridge) Prin elaborare şi sinteză atentă pot fi create nanoparticule multifuncţionale care se leagă în mod specific de anumite tipuri de specii din corp (de ex. celulele canceroase, colesterolul). Datorită faptului că nanoparticulele sunt create să fie vizibile prin tehnici de imagistică medicală, ele pot fi folosite ca markeri sau taguri pentru a permite doctorilor să monitorizeze nivelul şi răspândirea bolii. Pot fi sintetizate noi materiale compozite biocompatibile care vor fi absorbite de corp pentru a repara rana, de ex. prin folosirea materialelor nanoporoase şi a polimerilor biocompatibili. Laboratoratoarele pe un cip şi biosenzorii •Dispozitivele de diagnostic în miniatură sunt în curs de dezvoltare pentru a da un diagnostic precis şi rapid, prin prelevarea unei cantitatăţi mici de lichid. •Eşantioanele nu vor trebui să fie trimise la laborator pentru analiză, economisindu-se timp şi resurse. •Dispozitivele de diagnostic miniaturizate includ biosenzorii, micromatricile (microarrays) şi dispozitivele numite ”laboratoare-pe-un–cip” (LOC), denumite şi sisteme miniaturizate de analiză totală (μTAS) Laboratoare pe un cip •Laboratoare integrate miniaturizate care permit separarea şi analiza eşantioanelor biologice într-un singur dispozitiv (de ex. sângele). • Sunt fabricate din sisteme microfluidice, care includ micropompe şi microvalve, integrate cu componente microelectronice. Dispozitivul mai poate integra unul sau mai mulţi senzori. •Nanotehnologia poate miniaturiza componentele şi poate îmbunătăşi funcţii specifice, de ex. prin folosirea electrozilor de mărime nanometrică sau a membranelor nanoporoase. Biosenzorii •Creaţi să recunoască tipurile de biomolecule specifice şi să poată să le semnaleze prezenţa, activitatea sau concentraţia. •Exemplele includ: Senzori de tip consolă Suprafaţa unei console este funcţionalizată cu un strat nanometric gros de izolaţie creată să recunoască biomoleculele specifice. M. Lorenzen, iNANO, Universitatea Aarhus Dispozitive care au senzori cu nanofire Suprafaţa unui nanofir poate fi funcţionalizată astfel încât biomoleculele specifice legate puternic să îşi schimbe proprietăţile electronice. Această microfotografie realizată la microscopul cu scanare electronică prezintă partea funcţională a unui nano- biosenzor cu nanofire de siliciu. (P Mohanty, Universitatea Boston, NIS E Network, www.nisenet.org, autorizată de condiţiile reţelei NISE). Viziunea Theranostics •Nanotehnologia poate permite integrarea diagnosticului unei boli, imagistica, terapia şi rezultatul într-un singur proces – cunoscut sub numele de “theranostics” •Medicamentele pot fi legate de nanoparticule (cum ar fi punctele cuantice) care suferă o schimbare a unei proprietăţi (cum ar fi schimbarea culorii) odată ce medicamentul şi-a atins ţinta. •Împreună cu un sistem lent de eliberare a ţintei, nanoparticulele ar putea să-şi schimbe treptat culoarea în timp ce acţionează, informând astfel doctorii de progresul terapiei. •Un exemplu de theranostic este folosirea particulelor nanoshell de aur pentru imagistica şi tratarea celulelor canceroase în acelaşi timp. O imagine la miscroscopul optic a particulelor nanoshell de aur depuse pe o lamelă de microscop. (G.Koeing, Universitatea Wisconsin-Madison NISE Network, www.nisenet.org , autorizat în condiţiile reţelei NISE network). Această imagine la microscopul cu scanare electronică arată o structură-schemă de hidrogel (hydrogel scaffold) crescută pentru studiul ingineriei ţesutului cerebral şi a regenerării nervoase (D Nisbet, Universitatea Monash, NISE Network, www.nisenet.org, autorizată în condiţiile reţelei NISE). Aceste imagini arată imagistica multimodalităţii aterosclerozei folosind lipoproteine de înaltă densitate cu nanocristale modificate. [Adaptare cu permisiunea Cormode et al, Nano Letters 8 (11) 3715 Copyright 2008 Societatea Chimică Americană]
Transcript of Nanotehnologia în medicină - nanoyou.eu - poster 3 medicine.pdf · Tratarea bolilor Înţelegerea...
www.nanoyou.eu
Nanotehnologia în medicinăNanotehnologia furnizează instrumente noi care sunt folosite pentru înţelegerea, cercetarea şi tratarea bolilor. •Nanomaterialelor li se pot da funcţionalităţi biologice astfel încât să poată interacţiona cu celulele şi cu constituenţii lor (proteinele, lipidele, ADN-ul etc.) într-un mod specific. Dacă nanomaterialele au funcţionalităţi corecte, pot induce sau opri anumite reacţii metabolice. •Nanomaterialele sunt deseori la fel de mari ca (sau mai mici decât) multe structuri şi procese biologice.
Imagistica bolilor
Repararea ţesuturilor lezate
Tratarea bolilor
Înţelegerea bolilor
•În mod tradiţional, majoritatea medicamentelor sunt administrate fie oral, fie prin injectare. Acest lucru duce la unele probleme:
•Efectele terapeutice pot fi reduse datorită timpului necesar pentru ca medicamentul să-şi facă efectul.•Injecţiile pot fi dureroase, pot fi administrate cu dificultate, pot fi scumpe şi chiar periculoase.
• Obiectiv – a crea un medicament care vizează exclusiv o boală, rapid şi cu precizie, fără efecte secundare.•Sistemele de furnizare a medicamentelor de dimensiune nano pot fi:
•Cu ţintă specifică, astfel încât celulele sănătoase să nu fie lezate şi să necesite mai puţine medicamente. •Cu eliberare prelungită (eliberate în mod continuu pentru a furniza tratament permanent).
•Cum? •Majoritatea sistemelor de furnizare a medicamentelor de dimensiune nano fie separă moleculele dintr-un suport polimeric biocompatibil, fie îl încapsulează într-un rezervor la scală nanometrică.
Cauzele multor boli debilitante sunt încă necunoscute, dar progresele nanotehnologice ne-au permis să studiem procesele biologice în profunzime.
O imagine la microscopul de forţă atomică a unei fibrile amiloide, care s-ar părea că are legătură cu bolile, cum ar fi Alzheimer-ul. (sursa imaginii: T. Knowles, UniversitateaCambridge)
Prin elaborare şi sinteză atentă pot fi create nanoparticule multifuncţionale care se leagă în mod specific de anumite tipuri de specii din corp (de ex. celulele canceroase, colesterolul). Datorită faptului că nanoparticulele sunt create să fie vizibile prin tehnici de imagistică medicală, ele pot fi folosite ca markeri sau taguri pentru a permite doctorilor să monitorizeze nivelul şi răspândirea bolii. Pot fi sintetizate noi materiale compozite
biocompatibile care vor fi absorbite de corp pentru a repara rana, de ex. prin folosirea materialelor nanoporoase şi a polimerilor biocompatibili.
Laboratoratoarele pe un cip şi biosenzorii•Dispozitivele de diagnostic în miniatură sunt în curs de dezvoltare pentru a da un diagnostic precis şi rapid, prin prelevarea unei cantitatăţi mici de lichid.•Eşantioanele nu vor trebui să fie trimise la laborator pentru analiză, economisindu-se timp şi resurse. •Dispozitivele de diagnostic miniaturizate includ biosenzorii, micromatricile (microarrays) şi dispozitivele numite ”laboratoare-pe-un–cip” (LOC), denumite şi sisteme miniaturizate de analiză totală (µTAS)Laboratoare pe un cip •Laboratoare integrate miniaturizate care permit separarea şi analiza eşantioanelor biologice într-un singur dispozitiv (de ex. sângele). • Sunt fabricate din sisteme microfluidice, care includ micropompe şi microvalve, integrate cu componente microelectronice. Dispozitivul mai poate integra unul sau mai mulţi senzori. •Nanotehnologia poate miniaturiza componentele şi poate îmbunătăşi funcţii specifice, de ex. prin folosirea electrozilor de mărime nanometrică sau a membranelor nanoporoase.
Biosenzorii •Creaţi să recunoască tipurile de biomolecule specifice şi să poată să le semnaleze prezenţa, activitatea sau concentraţia. •Exemplele includ:
Senzori de tip consolă Suprafaţa unei console este funcţionalizată cu un strat nanometric gros de izolaţie creată să recunoască biomoleculele specifice.
M. Lorenzen, iNANO, Universitatea Aarhus Dispozitive care au senzori cu
nanofire Suprafaţa unui nanofir poate fi funcţionalizată astfel încât biomoleculele specifice legate puternic să îşi schimbe proprietăţile electronice.
Această microfotografie realizată la microscopul cu scanare electronică prezintă partea funcţională a unui nano-biosenzor cu nanofire de siliciu. (P Mohanty, Universitatea Boston, NIS E Network, www.nisenet.org, autorizată de condiţiile reţelei NISE).
Viziunea Theranostics•Nanotehnologia poate permite integrarea diagnosticului unei boli, imagistica, terapia şi rezultatul într-un singur proces –cunoscut sub numele de “theranostics”•Medicamentele pot fi legate de nanoparticule (cum ar fi punctele cuantice) care suferă o schimbare a unei proprietăţi (cum ar fi schimbarea culorii) odată ce medicamentul şi-a atins ţinta. •Împreună cu un sistem lent de eliberare a ţintei, nanoparticulele ar putea să-şi schimbe treptat culoarea în timp ce acţionează, informând astfel doctorii de progresul terapiei. •Un exemplu de theranostic este folosirea particulelor nanoshell de aur pentru imagistica şi tratarea celulelor canceroase în acelaşi timp.
O imagine la miscroscopul optic a particulelor nanoshell de aur depuse pe o lamelă de microscop. (G.Koeing, Universitatea Wisconsin-MadisonNISE Network, www.nisenet.org , autorizat în condiţiile reţelei NISE network).
Această imagine la microscopul cu scanare electronică arată o structură-schemă de hidrogel (hydrogel scaffold) crescută pentru studiul ingineriei ţesutului cerebral şi a regenerării nervoase (D Nisbet, Universitatea Monash, NISE Network, www.nisenet.org, autorizată în condiţiile reţelei NISE).
Aceste imagini arată imagistica multimodalităţii aterosclerozei folosind lipoproteine de înaltă densitate cu nanocristale modificate. [Adaptare cu permisiunea Cormode et al, Nano Letters 8 (11) 3715 Copyright 2008 Societatea Chimică Americană]
