nanotehnologie tratarea cancerului

7/30/2019 nanotehnologie tratarea cancerului

1/12

1.Nanotehnologiile si Nanomateriale

Nanotehnologia (NT) asigura crearea si utilizarea de materiale, dispozitive si sisteme prin controlulmateriei la scara de lungimi a nanometrilor, adica la nivelul atomilor, moleculelor si structurilorsupramoleculare. Esenta NT consta in abilitatea de a lucra la aceste nivele pentru a genera structuri mai maricu o organizare moleculara fundamental noua. Aceste nanostructuri realizate din blocuri de constructie

care sunt cunoscute pe baza principiilor fundamentale sunt cele mai mici obiecte facute de om si ele oferanoi proprietati si fenomene din punct de vedere fizic, chimic si biologic. Scopul NT este acela de a invata saexploatam aceste proprietati si de a fabrica si utiliza eficient nano structurile.

Nanomaterialul este un material cu proprieti particulare datorate structurii sale nanometrice. Proprietiledeosebite se datoreaz caracterului unidimensional al structurii. Un asemenea tip de material se obine, deregul, printr-o nanotehnologie.

n ultimii ani, au fost dezvoltate numeroase noi aplicaii ale nanomaterialelor. Ele includ o serie deproduse de consum cum ar fi filtre UV n cremele de plaj i materiale textile care mpiedic formareamirosurilor. Cu toate acestea, exist, de asemenea, multe aplicaii medicale i tehnice, cum ar fi terapiileantitumorale, bateriile litiu-ion care pot furniza energie automobilelor electrice sau panourilesolare. Respectivele aplicaii au potenialul de a genera progrese tehnologice importante i, prin urmare,nanomaterialele au fost identificate ca o tehnologie generic esenial.

Odata cu dezvolatrea nanotehnologiei,integrarea nanomaterialelor in terapia cancerului reprezinta unuldintre cele mai dezvoltate domenii.Acesta putand revolutiona tratamentul de cancer. Folosireananotehnologiei n tratamentul cancerului ofer unele posibiliti interesante, inclusiv posibilitatea de adistruge tumorile canceroase cu pagube minime la esutul sntos i organe, precum i detectarea ieliminarea celulelor canceroase nainte ca acestea s formeze tumori.Nanotehnologia este crearea iutilizarea de materiale, dispozitive i sisteme prin controlul materiei la nanometri (1 miliardime dintr-unmetru) .Sistemele nano transportoare pot fi proiectatepentru a interaciona cu celule tinta i esuturi sau sa raspundala stimuli n moduri bine controlate pentru a induce rspunsurile fiziologice dorite.Deci prin urmare inurmatoarea lucrare vom vorbi despre caracteristicile diferitelor sisteme nanotehnologice inclunzandnanotuburi de carbon, dendrimeri,nanoparticule magnetice,nanoparticule de aur punandu-se mai mult accent

pe aplicatiile lor in tratarea cancerului.Bazanduse pe nanotehnologie, nano transportatori sintetizati din materialele organice i anorganice au fostdezvoltati, ca si inclunzand nanotuburi de carbon, dendrimeri,nanoparticule magnetice,nanoparticule de aur.Ei au demonstrat un mare potential in terapia cancerului prin mbuntirea performanei ca medicament ireducerea efectelor secundare sistemice, n scopul de a obine eficien terapeutic.

2.Cancerul

Cancerul(denumirea tiinific: neoplasm malign) este o categorie de boli caracterizate printr-o diviziune necontrolat a unui grup de celule, care au capacitatea de a invada alte esuturi din organism, fieprin cretere direct n esuturi adiacente (invazie) sau prin migraia celulelorspre locuri mai ndeprtate norganism (metastaz). Diviziunea i nmulirea necontrolat a celulelor este declanat de anomaliiale ADN-ului celulelor canceroase. Aceste anomalii apar ca o consecin a integrriiunorvirusuri n genomul celular sau a mutaiilor genelor care controleaz nmulirea acestor celule. Una sau,frecvent, mai multe astfel de mutaii pot duce la diviziunea i nmulirea necontrolat a celulelor, n unelecazuri cu formarea unei tumori maligne. Tumorile maligne sunt acele tumori care au capacitatea de a invadaalteesuturi, fie din vecintate (prin invazie tumoral), fie la distan (prin metastazetumorale).Astfel,eficienta medicametelor anticancer este limitata din cauza proprietatilor nesatisfacatoare
http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Diviziune&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Organismhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Celule&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Metastaz%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Metastaz%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/ADNhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Virushttp://ro.wikipedia.org/wiki/Genomhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tumoarehttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/wiki/Tumoarehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Genomhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Virushttp://ro.wikipedia.org/wiki/ADNhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Metastaz%C4%83http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Celule&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Organismhttp://ro.wikipedia.org/wiki/%C8%9Aesuthttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Diviziune&action=edit&redlink=1


2/12

2

cum ar fi solubilitatea slaba,citotoxixitatea instensiva la nivelul tesuturilor normale toate acestea pot ficauzele esecului in tratarea cancerului.


3/12

3

3.Dendrimerii reprezinta structuri tridimensionale nanometrice, ce prezinta anumite capete libere carese pot cupla si, datorita acestora pot fi transportate molecule de natura diferita,de la agenti terapeutici lamolecule fluorescente. Dendrimerii sunt macromolecule perfect monodisperse, posednd o arhitecturtridimensional regulata i nalt ramificat. Spre deosebire de polimerii tradiionali, dendrimerii suntsupramolecule unic centrate, coninnd trei componente structurale :o unitate central numita miez (I, (core)multivalent, n Schema 1- trivalent) nconjurat repetitiv, n interiorul supramoleculei, de straturi de uniti

identice i ramificate numite noduri (II, (branch cells) multivalente, trivalente n Schema 1 determinndgeneraiile G-n, n>1) terminnd cu grupele funcionale (III, uniti periferice) care joac un rol important n

proprietile fizico-chimice ale dendrimerului.

Componentele structurii dendrimerilor

Generatia

Reprezinta ramificarea extensiva, de la centrul dendrimerului spre suprafata, rezultand straturi omogene dinpunct de vedere structural ntre punctele de ramificare. Numrul punctelor de ramificare din centru pana lasuprafaa dendrimerului reprezinta numrul de generaie. Un dendrimer cu cinci puncte de ramificarereprezinta un dendrimer de generaiea a cincea abreviat pur i simplu dendrimer G5. Partea centrala adendrimerului marcheaza generatia zero, sau "G0".Invelisul (Shell)

Invelisul dendrimerului reprezinta portiunea omogena din punct de vedere structural dintre punctele deramificare. Invelisul exterior este spatiul dintre ultimul punct de ramificatie si suprafata.Punctele de prindere(princers)

Invelisul exterior se compune dintr-un numar variat de puncte de prindere create de ultimul punct deramificare pana la suprafata dendrimerului.


4/12

4

Gruparea finala (end-group)

Numita si grupare terminala sau grupare de suprafata reprezinta ultima grupare de la suprafatadendrimerului.De exemplu, dendrimerii care au ultimile grupari amine se numesc amino-terminated

dendrimers.

Dendrimerii prezint proprieti particulare de solubilitate, vscozitate, stabilitate termic care permit o plajlarg de aplicaii, n chimia combinatorie, medicin i nanotiin. Diversele aplicaii ale dendrimerilor sedatoreaz proprietilor intrinseci ale acestora: funciuni accesibile la suprafa, porozitate, prezenacavitailor, accesibilitate spre centru.Recent s-au fcut progrese importante n aplicatiile dendrimerilor biocompatibili in tratamentul cancerului,incluznd aici utilizarea lor ca drugdelivery.

Transportul medicamentelor (Dendrimers Drug Delivery)Dendrimerii au atras atentia ca posibili transportori de medicamente datorit proprietilor lor unice cum arfi: structura tridimensionala bine definita, numeroase grupari funcionale accesibile la suprafa, indice de

polidispersitate sczut i capacitatea lor de a imita. Moleculele de medicament pot fi ncrcate att ninteriorul dendrimerilor, precum i ataate la gruparile de suprafa. Dendrimerii pot ncapsulamedicamentele n cadrul structurii dendritice, sau pot interactiona cu medicamentele prin intermediulgruparilor funcionale terminale datorita legaturilor electrostatice sau covalente .Transportul medicamentelor anticancer

Dendrimerii prezinta rezultate promitoare privind citotoxicitatea i timpul de injumatatire in sistemul

circulator (72 h).Pe lng mbuntirea proprietilor medicamentelor cum ar fi solubilitatea i timpul decirculaie in plasm aceste sisteme transportoare pot facilita, de asemenea adminstrarea pasiva amedicamentelor la tumorile solide. Combinati, aceti factori duc la acumularea selectiv a macromoleculelorn esutul tumorii,fenomen numit Enhanced Permeation and Retention (EPR), permeatie si retentieimbunatatita.Medicamentul anticancer doxorubicin a fost legat covalent de dendrimer printr-o legatura de hidrazonalabila la acid(se descompune in prezenta acidului). Citotoxicitatea doxorubicinei a fost semnificativ redusa(8098%), si medicamentul a fost absorbit cu succes de celulele canceroase.


5/12

5

Figura 9 . Encapsularea medicamentelor anticanceroase metotraxat (stanga) si 5-fluorouracil (dreapta) indendrimerii PAMAM PEG-ilati G3 si G4Terapia de captare a neutronilor de Bor (BNCT)(Boron neutron capture therapy )Terapia de captare a neutronilor de Bor reprezinta o noua abordare in tratamentul cancerului.Acest proceseste format din dou etape.n prima etapa, pacient este injectat cu o substanta farmaceutica non-radioactiva care migreaz selectiv lacelulele canceroase. Aceast substanta conine un izotop stabil al Borului.In a doua etapa pacientul este iradiat cu un fascicul neutru de energie redusa sau neutroni termici. Neutroniireacioneaz cu borul din tumora generand particule alfa, care distrug tumora lsnd celulele sanatoase

neafectate . Pentru ca reacia sa fie letala celulelor canceroase, este necesar sa fie transportati un numr catmai mare de atomi de Bor la fiecare celul canceroasa. Dupa numeroase teste, dendrimerii cu atomi de borlegati covalent au aratat rezultate promitatoare in aceasta terapie.

4.Nanotuburile de carbonNanotuburile de carbon (CNT) sunt forme alotropice de carbon cu o nanostructura care poate avea un raportlungime-distanta mai mare de 10000. Aceste molecule cilindrice de carbon au proprieti neobinuite, care sunt

valoroase pentru nanotehnologie , electronice , optice i in alte domenii ale tiinei materialelor i tehnologiei.

Acestea manifesta o duritate si conductibilitate electrica foarte bune si sunt de asemenea foarte buni conductori de

caldura.Nanotuburile sunt membri ai familiei structurale a fulerenelor si se clasifica in nanotuburi cu un singur

perete si nanotuburi cu mai multi pereti. Numele lor provine de la structura lor: lungi, tubulare cu pereiformati din foi de un atom de carbon-gros, numit grafen . Aceste foi sunt laminate la specifice si discreteunghiuri, iar combinaia dintre unghiul de rulare i raza decide proprietile nanotub, de exemplu, dac shell-ul nanotub este un individ de metal sau semiconductor .

Cele mai multe nanotuburi cu un singur perete(SWNT) au un diametru de aproape un nanometru si olungime a tubului care poate fi de mii de ori mai mare. Structura unui SWNT poate fii conceputa prininvaluirea cu un strat de grafit de grosime atomica numit grafin, intr-un cilindru.

Nanotuburile cu mai multi pereti (MNWT) sunt formati din mai multe straturi de grafin rulate in jurulpropriei axe pentru a realiza o forma de tub. Exista doua modele ce pot fi folosite pentru a descrie structurileMWNT. In cazul modelului papusii rusesti, straturi de grafit sunt aranjate in cilindri concentrici, deexemplu un SWNT de 0,8 cu un SWNT de 0,10. Modelul pergament este realizat dintr-un singur strat degrafit rulat in jurul propriei axe, asemeni unui sul de pergament.Datorita caracteristicilor lor unice cum suntcele elctronice,termice si structurale ele pot oferi o abordare promitatoare pentru gene si pentru transportulmedicamentos in tratamentul cancerului.


6/12

6

Nanotuburi de carbon cu un singur perete si ci mai multi


7/12

7

Nanotuburile de carbon incalzite prin intermediul luminii aproape de stadiul de infrarosu ard celulelecanceroase din corp.Dezvoltate de catre cercetatorii de la University of Texas Southwestern Medical Center,aceste nanotuburi sunt mai rezistente decat otelul si pot fi atasate anticorpilor care cauta celulele canceroase.Apoi, razele luminoase sunt proiectate, incalzind tuburile pana ce cancerul este distrus.

5.Nanoparticule magnetice

Hipertermia este procedura terapeutic mpotriva cancerului utilizat pentru a distruge celule tumorale sau ale sensibiliza n vederea unor terapii ulterioar.Principiul pe care se bazeaz este c se ridic temperaturalocal a esutului pn la aproximativ 41-43 grade Celsius.

Principiu acestei metode este ncalzirea local a unui esut prin intermediul energiei provenite de la oradiaie electomagnetic aplicat din exterior.Recent, procesul de ncalzire al etuturilor a fost mediat prinintermediul materialelor magnetice, care sunt ghidate n mod activ sau pasiv la nivelul esutului tumoral,

unde se acumuleaz.Prinaplicarea unui cmp magnetic exterior, de obicei alternativ, se trimite o anumitcantitate de energie materialului magnetic, care este absorbit de acesta i transformat n cldur atuncicnd se produce relaxarea.

Efecte ale hipertermiei sunt modificarea microcirculaiei tumorilor, oxigenarea acestora- procesul deoxigenare este strns legat de permeabilitatea vascular, ce poate fi modificat printr-o cretere atemperaturii locale .O temperatur mare poate ncetini sau bloca replicarea ADN, poate duce la denaturarea

proteinelor, inhibarea angiogenezei, reactivitatea crescut a limfocitelor din snge i din esuturi, schimbriale valorii ph-ului declanandu-se moartea programat a celulelor, apoptoza, n celulele tumorale.

Hipertermia mediata de nanoparticule pot fi administrate printr-o multitudine de metode, datoritposibilitii de a obine sisteme coloidale stabile folosind MNPs(nanoparticulele magnetice). MNPs utilizatepentru hipertermie au dimensiuni de zeci de nanometri, ceea ce permite trecerea uoar n interiorul


8/12

8

tumorilor ce prezint pori cu dimensiuni ntre 380-780nm .In comparaie cu particulele macroscopice,MNPS ofer omogenite mai bun .Tratamentul bazat pe hipertermia cu MNPs poate induce imunitateaantitumoral .Metoda poate fi combinat cu eliberarea controlat a medicamentelor prin funcionalizareaMNPs sub forma unor structuri layer-by-layer self-assembly .

Avantajele materialelor magnetice:

(1) celulele canceroase absorb MNPs, efectul metodei fiind crescut prin furnizarea direct a cldurii;

(2) MNPs pot fi marcate prin ageni de legtur specifici cancerului, tratamentul fiind mult mai selectiv imai eficient;

(3) cpurile magnetice oscilatorii utilizate nu produc efect la trecerea prin esuturi, genernd cldur doar lanivelul esuturilor ce conin MNPs;

(4) MNPs pot s ptrund prin bariera hematoencefalic;

(5) cldura stimulat extern poate fi furnizat la nivel celular prin cmp magnetic alternativ (alternatedmagnetic field AMF), astfel crescnd eficiena terapeutic.

Migrarea ctre esuturi celulele tumorale sunt puternic vascularizate, n special cele metastazate la nivelulendoteliului exist fenestraii i goluri (datorit faptului c angiogeneza acestui esut tumoral a fost realizatfoarte repede i foarte prost) care permit ptrunderea particulelor magnetice particulele magnetice sedisperseaz n esutul tumoral, iar dac sunt suficient de mici (dimensiuni nm) pot ptrunde n interiorulcelulelor tumorale prin aplicarea cmpului magnetic extern, se trimite o energie suplimentar particulelormagnetice, care este transformat n energie termic.Aceast transformare are loc dup ce se depete unanumit prag energetic, iar particulele magnetice se relaxeaz (i schimb orientarea momentului magnetic).

Prin hipertermie se oprete diviziunea celulei tumorale, aceasta putnd s scad n dimensiune (s secontracte).

Materiale magnetice

(1) diamagnetice, acest tip de materiale prezinta o susceptibilitate magnetica mica, negativa, fiind uosrrespinse de cmpul magnetic. Ele nu prezinta proprietati magnetice n absenta cmpului magnetic. Exemplede astfel de materiale: Cu, Ag, Au;

(2) paramagnetice, care prezinta o susceptibilitate magnetica putin scazuta si pozitiva, acestea fiind usoratrase de cmpul magnetic. Ele si pierd nsa proprietile magnetice n absenta cmpului magnetic. Exemplede astfel de materiale: Mg, Mo, Li;

(3) feromagnetice, care prezinta o susceptibilitate magnetica foarte ridicata, pozitiva, si o atractie puternicapentru cmpul magnetic, astfel nct prezinta magnetizare si dupa nlaturarea cmpului magnetic.

(4) ferimagnetice, ce prezinta comportament asemanator cu cele feromagnetice, dar au momentelemagnetice opuse si inegale;


9/12

9

(5) antiferomagnetice, care prezinta electroni-nepereche, aliniati opus, astfel nct momentul magnetic neteste 0.


10/12

10

6.Nanoparticulele de aur

Nanoparticulele de aur au proprietati de mare interes: pot fi incalzite cu usurinta ori de cate ori sunt plasatein lumina in infrarosu sau microunde. Prin atasarea de anticorpi acestor nanoparticule, care pot recunoaste o

celula canceroasa specifica, fenomenul de incalzire poate fi folosit in detectia cancerului. Incalzirea auruluiare loc la variatii presionale in vecinatatea particulei. Aceasta modificare de presiune este exprimata prinmodificarea ultrasunetelor. Astfel lumina provenita de la laser se transforma in final in sunet. Semnalulacustic da informatii pretioase asupra prezentei celulelor canceroase. Fenomenul din care rezulta incalzirearapida a particulelor este numit "plasmon resonance": forma particulelor determina lungimea de unda la careacesta se petrece. Cresterea temperaturii poate sa se faca si pana la 100 de grade. Pentru cercetatori, este unindicator pentru o posibila utilitate in tratamentul cancerului. Terapia fototermica ar folosi aur incalzit pentrua distruge tumora. O alta optiune ar fi includerea particulelor de aur in capsule umplute cu medicamenteanticanceroase:capsula se ataseaza decelulele canceroase, este incazita si medicamentul este eliberat local.


11/12

11

7.Concluzia

Nanotehnologia-bazata pe transportorii de medicamente i materii au adus multe beneficii medicale nultimii ani, mai ales din domeniul tratamentului cancerului. Comparativ cu formaiuni convenionale,sistemele nanotransportoare au multe avantaje. De exemplu, ele pot mbunti solubilitatea medicamente

puin solubile, proteja recombinatia de proteine i gene, pot sa circule n fluxul de snge pentru mai multtimp, fr a fi recunoscute de ctre macrofage, precum i eliberarea controlat a medicamentelor. Datoritdiverselor avantaje, sistemele de nanotrasportoare i nanomaterialele au demonstrat eficienta impotrivacancerului comparabil sau superioar n formaiuni comerciale i au oferit noi strategii pentru a luptampotriva lui.


12/12

12

8.Bibliografie :

1. F. H. Sarkar, S. Banerjee, and Y. W. Li, Pancreatic cancer:pathogenesis, prevention and

treatment, Toxicology and Applied Pharmacology, vol. 224, no. 3, pp. 326336, 2007.

2. J. D. Byrne, T. Betancourt, and L. Brannon-Peppas, Activetargeting schemes for nanoparticle

systems in cancer therapeutics,Advanced Drug Delivery Reviews, vol. 60, no. 15, pp.16151626, 2008

3. A. K. Iyer, G. Khaled, J. Fang, and H. Maeda, Exploiting the enhanced permeability and retention

effect for tumor targeting, Drug Discovery Today, vol. 11, no. 17-18, pp. 812818, 2006.

4. N. Wiradharma, Y. Zhang, S. Venkataraman, J. L. Hedrick, and Y. Y. Yang, Self-assembled

polymer nanostructures for delivery of anticancer therapeutics, Nano Today, vol. 4, no. 4, pp. 302

317, 2009.

5. L. Jabr-Milane, L. V. Vlerken, H. Devalapally, et al., Multifunctional nanocarriers for targeted

delivery of drugs and genes, Journal of Controlled Release, vol. 130, no. 2, pp. 121128, 2008.

6. M. Pulkkinen, J. Pikkarainen, T. Wirth, et al., Threestep tumor targeting of paclitaxel using

biotinylated PLAPEG nanoparticles and avidin-biotin technology: formulation development and in

vitro anticancer activity, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, vol. 70, no. 1,

pp. 6674, 2008.

7. N. R. Panyala, E. M. Pena-Mendez, and J. Havel, Gold and nano-gold in medicine: overview,

toxicology and perspectives, Journal of Applied Biomedicine, vol. 7, no. 2, pp. 7591,2009.

nanotehnologie tratarea cancerului

Documents

Transcript of nanotehnologie tratarea cancerului