Нанотехнология, наномедицина и болезнь

Нанотехнология относится к использованию антропогенных наноразмерных частиц (обычно 1-100 млрд. Метров) для промышленных или медицинских применений, соответствующих их уникальным свойствам. Физические свойства известных элементов и материалов могут изменяться по мере того, как их отношение площади к площади резко возрастает, т.е. е. когда достигаются наноразмерные размеры. Эти изменения не происходят при переходе с макросъемки на микромасштабирование.

Изменения в физических свойствах, таких как коллоидные свойства, растворимость и каталитическая способность, были признаны очень полезными в областях биотехнологии, таких как биоремедиация и доставка лекарств.

Самые разные свойства различных типов наночастиц привели к новым приложениям. Например, соединения, которые, как известно, обычно являются инертными материалами, могут стать катализаторами. Крайне малый размер наночастиц позволяет им проникать в клетки и взаимодействовать с клеточными молекулами. Наночастицы часто также обладают уникальными электрическими свойствами и делают превосходные полупроводники и средства визуализации. Из-за этих качеств наука о нанотехнологии ушла в последние годы с тестированием и документированием широкого спектра новых применений для наночастиц, особенно в наномедицине.

Развитие нанотехнологий для наномедицинских приложений стало приоритетом Национального института здоровья (NIH).

В период с 2004 по 2006 год NIH создала сеть из восьми центров развития нанотехнологий в рамках Инициативы по дорожной карте NIH Nanomedicine. В 2005 году Национальный онкологический институт (NCI) выделил 14,4 млн. 3 млн. В течение 5 лет для своей программы «Альянс за нанотехнологию в раке», которая финансирует семь центров передового опыта в области онкологии рака (Kim, 2007).

Финансирование поддерживает различные исследовательские проекты в областях диагностики, устройств, биодатчиков, микрофлюидиков и терапевтических средств.

Среди долгосрочных целей инициативы NIH есть такие цели, как возможность использования наночастиц для поиска раковых клеток до роста опухолей, удаления и / или замены «сломанных» частей клеток или клеточных механизмов с помощью миниатюрных, и использовать аналогичные «машины» в качестве насосов или роботов для доставки лекарств, когда и где это необходимо в организме. Все эти идеи возможны на основе современных технологий. Однако мы не знаем достаточно о физических свойствах внутриклеточных структур и взаимодействий между клетками и наночастицами, чтобы в настоящее время достичь всех этих целей. Основной целью NIH является добавление к текущим знаниям этих взаимодействий и клеточных механизмов, так что точно построенные наночастицы могут быть интегрированы без неблагоприятных побочных эффектов.

Много разных типов наночастиц, которые в настоящее время изучаются для применения в наномедицине.Они могут представлять собой структуры скелетного типа на основе углерода, такие как фуллерены или мицеллоподобные липиды на основе липидов, которые уже используются для многочисленных применений в доставке лекарств и в косметической промышленности.

Коллоиды, обычно липосомальные наночастицы, выбранные для их растворимости и суспензионных свойств, используются в косметических средствах, кремах, защитных покрытиях и пятностойкой одежде. Другими примерами наночастиц на основе углерода являются наночастицы на основе хитозана и альгината, описанные в литературе для пероральной доставки белков, и различные исследованные полимеры для доставки инсулина.

Дополнительные наночастицы могут быть изготовлены из металлов и других неорганических материалов, таких как фосфаты. Контрастные агенты наночастиц представляют собой соединения, которые усиливают МРТ и ультразвук, приводят к биомедицинским применениям визуализации in vivo. Эти частицы обычно содержат металлы, свойства которых резко изменяются в наномасштабе. Золотые «наночастицы» полезны в борьбе с раком, особенно опухолями мягких тканей, из-за их способности поглощать излучение на определенных длинах волн.

Как только наночастицы попадают в опухолевые клетки, и применяется лучевая терапия, они поглощают энергию и нагревают достаточно, чтобы убить раковые клетки. Положительно заряженные наночастицы серебра адсорбируются на одноцепочечной ДНК и используются для ее обнаружения. Разрабатываются многие другие инструменты и устройства для визуализации in vivo (системы обнаружения флуоресценции), а также для улучшения контраста в ультразвуковых и МРТ-изображениях.

В литературе существует множество примеров стратегий борьбы с болезнями, использующих наночастицы. Часто, особенно в случае лечения рака, свойства доставки лекарств сочетаются с технологиями обработки изображений, так что раковые клетки могут визуально находиться во время прохождения лечения. Преобладающей стратегией является нацеливание на конкретные клетки путем связывания антигенов или других биодатчиков (например, РНК-нитей) с поверхностью наночастиц, которые обнаруживают специализированные свойства стенок клеток. Как только клетка-мишень будет идентифицирована, наночастицы будут прилипать к поверхности клетки или войти в ячейку с помощью специально разработанного механизма и доставить свою полезную нагрузку.

Один препарат поставляется, если наночастица также является средством визуализации, врачи могут следить за его прогрессом и распространять раковую клетку. Такое конкретное нацеливание и обнаружение поможет в лечении поздних фаз метастазов и труднодоступных опухолей и даст указания на распространение этих и других заболеваний. Это также продлевает жизнь некоторых лекарств, которые, как было обнаружено, прослужили дольше внутри наночастицы, чем когда опухоль была непосредственно введена, поскольку часто препараты, которые были введены в опухоль, диффундируют, прежде чем эффективно убивать опухолевые клетки.

Значительное развитие в лечении рака было спаривание siRNA (малой интерферирующей РНК) обработки с доставкой наночастиц. В 1999 году siRNA впервые была описана как новое средство ингибирования экспрессии белка в клетках.Однако линии РНК часто разрушались клеточными механизмами до достижения своих целей. Наночастицы обеспечивают механизмы защиты и доставки. Молекулы siRNA нуждаются в достижении целевых тканей.

Несколько компаний уже вступили в клинические испытания препаратов, получавших наночастицы siRNA (Alper 2006).

Молекулярная самосборка - это явление, благодаря которому молекулы спонтанно собираются в определенные устойчивые образования, основанные на атомных взаимодействиях, таких как водородная связь, гидрофобные и ван-дер-ваальсовые силы. Конструкция наночастиц «снизу вверх» использует молекулярную самосборку для построения конкретных структур, основанных на нашем понимании этих спонтанных образований. Одно из применений этого заключается в использовании специфики спаривания ДНК ДНК Уотсона-Крика для создания нуклеиновых кислот определенных структур с особыми потребностями. В другом новом применении молекулярной самосборки, разрабатываемой в Швейцарии, поровые белки вводят в наночастицы во время сборки полимера. Поры вводятся в поверхностную матрицу, и их открытие и закрытие обеспечивают доставку лекарств в определенные условия окружающей среды (в этом случае изменение рН) в клетке (Broz et al.

2006). Поры часто открываются или закрываются, когда они реагируют на рН, температуру или другие факторы окружающей среды. Использование аналогичных пор в наночастицах позволяет осуществлять определенную доставку или биоизменение в определенных клеточных условиях, например, доставку инсулина, когда уровень сахара в крови указывает на необходимость.

После доставки полезной нагрузки часто желательно, чтобы наночастицы каким-то образом удалялись или метаболизировались, в идеале без каких-либо токсичных побочных эффектов.

Действительно, преимущества использования наночастиц заключаются в том, что токсичные побочные эффекты традиционной радиации и химиотерапии можно избежать, если рассматривать только опухоли или нездоровые клетки, а не повреждать близлежащие здоровые ткани. Ожидается, что некоторые наночастицы будут относительно безопасными из-за их склонности к растворению один раз внутри клеток, а некоторые из них состоят из материалов, которые уже используются в биомедицине, таких как наночастицы, изготовленные из тех же самых полимеров, которые используются для швов (Bullis, 2006). Каким бы ни был подход, преимущества доставки наночастиц огромны и включают улучшенную биодоступность лекарств путем нацеливания на определенные органы, ткани или опухоли, тем самым обеспечивая наивысшую дозу лекарственного средства непосредственно там, где это необходимо, и сокращение отходов и затрат из-за разбивки до наркотиков, удовлетворяющих его цели.

Наномедицина - относительно новая область биотехнологии, но возможности для новых методов лечения и лечения для лечения болезней и болезней, таких как рак, кажутся бесконечными. Концепция нанороботов и машин для ремонта клеток также жизнеспособна и может когда-нибудь стать таким же обычным делом, как и прием аспирина.

_{Источники:}

Ким, 2007. Нанотехнологические платформы и физиологические проблемы для терапии рака.

В прессе, doi. орг / 10. 1016 / J. нано. 2006. 12. 002.

Alper, 2006, Nanoparticles and siRNA - Партнеры на пути к новой терапии рака.NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer. // nano. рак. г / news_center / monthly_feature_2006_august. жерех.

Broz et al. , 2006. К интеллектуальным наноразмерным биореакторам: рН-переключаемый, канальный, функциональный полимерный наноконтейнер. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.

Буллис, 2006. Single-Shot Chemo. Обзор технологий. // www. technologyreview. ком / read_article. ASPX? ч = specialsections & СБН = emergingtech & ID = 16469.