Video: Na co? Nano! 2024
Nanotechnologie se týká použití umělých nanočástic (typicky 1 až 100 miliard miliard metru) pro průmyslové nebo lékařské aplikace přizpůsobené jejich jedinečným vlastnostem. Fyzické vlastnosti známých prvků a materiálů se mohou měnit, jelikož jejich poměr povrchu k ploše je dramaticky zvýšený, tj. E. když jsou dosaženy velikosti nanometrů. Tyto změny nedojde při přechodu z makro na mikrosnímku.
Změny ve fyzikálních vlastnostech, jako jsou koloidní vlastnosti, rozpustnost a katalytická kapacita, byly velmi užitečné v oblastech biotechnologie, jako je bioremediace a dodávka léků.Velmi rozdílné vlastnosti různých typů nanočástic vedly k novým aplikacím. Například sloučeniny, které jsou obecně inertními materiály, se mohou stát katalyzátory. Mimořádně malá velikost nanočástic jim umožňuje proniknout do buněk a interagovat s buněčnými molekulami. Nanočástice mají často také jedinečné elektrické vlastnosti a vynikající polovodiče a zobrazovací prostředky. Vzhledem k těmto vlastnostem se věda o nanotechnologii v posledních letech rozpadla s testováním a dokumentací širokého spektra nových použití nanočástic, zejména v oblasti nanomedicíny.
V letech 2004 až 2006 založila NIH síť osmi středisek pro rozvoj nanomedicíny jako součást iniciativy cestovního plánu NIH pro nanomedicinu. Národní rakovinový institut (NCI) se v roce 2005 zavázal k programu "Alliance pro nanotechnologie v oblasti rakoviny", který financuje sedm center excelence pro rakovinovou nanotechnologii (Kim, 2007).
Mezi dlouhodobé cíle iniciativy NIH jsou cíle, jako je například schopnost využívat nanočástice k vyhledávání rakovinných buněk před růstem nádorů, odstranění a / nebo nahrazení "zlomených" částí buněk nebo buněčných mechanismů pomocí miniaturních molekulárně- biologických "strojů" a používají podobné "stroje" jako čerpadla nebo roboty k dodání léků tam, kde je to potřeba v těle. Všechny tyto myšlenky jsou proveditelné na základě současné technologie. Nicméně o fyzikálních vlastnostech intracelulárních struktur a interakcích mezi buňkami a nanočásticemi nevíme dostatek, abychom dosáhli všech těchto cílů. Primárním cílem NIH je doplnit současné znalosti těchto interakcí a buněčných mechanismů tak, aby přesně postavené nanočástice mohly být integrovány bez nežádoucích vedlejších účinků.
Mnoho různých typů nanočástic, které jsou v současnosti zkoumány pro aplikace v oblasti nanomedicíny.Mohou to být kostrové konstrukce na bázi uhlíku, jako jsou například fullereny nebo lipidy lipidů založené na lipidových buňkách, které jsou již používány pro četné aplikace při léčení a kosmetickém průmyslu.
Koloidy, typicky lipozomální nanočástice, vybrané pro svou rozpustnost a vlastnosti ve formě suspenze, se používají v kosmetických přípravcích, krémách, ochranných nátěrech a oděruvzdorném oděvu. Dalšími příklady nanočástic na bázi uhlíku jsou nanočástice na bázi chitosanu a alginátu popsané v literatuře pro orální podávání proteinů a různé studované polymery pro dodání inzulínu.
Další nanočástice mohou být vyrobeny z kovů a dalších anorganických materiálů, jako jsou fosfáty. Kontrastní látky s nanočásticemi jsou sloučeniny, které zvyšují MRI a ultrazvukové výsledky v biomedicínských aplikacích zobrazování in vivo. Tyto částice typicky obsahují kovy, jejichž vlastnosti jsou dramaticky změněny v nano-měřítku. Zlaté "nanoshells" jsou užitečné v boji proti rakovině, zejména nádorům měkkých tkání, protože jsou schopné absorbovat záření při určitých vlnových délkách.
Jakmile nanoshell vstupuje do nádorových buněk a je aplikována ozařovací léčba, absorbují energii a zahřívají dostatečně, aby zabíjely rakovinné buňky. Pozitivně nabité nanočástice stříbra adsorbují na jednovláknovou DNA a používají se k její detekci. Používá se mnoho dalších nástrojů a zařízení pro zobrazování in vivo (systémy detekce fluorescence) a pro zlepšení kontrastu v obrazech s ultrazvukem a MRI.
V literatuře existuje mnoho příkladů strategií boje proti chorobám, které používají nanočástice. Často, zvláště v případě rakovinových terapií, jsou vlastnosti doručování léků kombinovány s zobrazovacími technologiemi, takže rakovinné buňky mohou být vizuálně lokalizovány během léčby. Převládající strategií je zaměřit se na specifické buňky spojením antigenů nebo jiných biosenzorů (například řetězců RNA) s povrchem nanočástic, které detekují specializované vlastnosti buněčných stěn. Jakmile byla identifikována cílová buňka, nanočástice budou přilnout k povrchu buněk nebo do buněk vstoupí přes speciálně navržený mechanismus a přinést užitečné zatížení.
Jeden lék je dodáván, pokud je nanočástice také zobrazovacím činidlem, mohou lékaři sledovat jeho průběh a distribuce rakovinných buněk je známa. Takovéto specifické cílení a detekce pomohou při léčbě metastázovaných rakovin a těžko dosažitelných nádorů v pozdní fázi a poskytnou náznaky šíření těchto a dalších onemocnění. Rovněž prodlužuje životnost určitých léčiv, u kterých bylo zjištěno, že v nitroch trvají déle než v případě, kdy byl přímo injektován, protože léky, které byly injikovány do nádoru, difundují předtím, než účinně zabíjejí nádorové buňky.
Významným vývojem v léčbě rakoviny bylo párování léčby siRNA (malá interferující RNA) s aplikací nanočástic. V roce 1999 byla siRNA poprvé popsána jako nová metoda inhibice exprese proteinu v buňkách.Nicméně RNA řetězce byly často zničeny buněčnými mechanismy před dosažením jejich cílů. Nanočástice poskytují ochranu a mechanismy dodávání molekul siRNA, které potřebují k dosažení cílových tkání.
Několik firem již vstoupilo do klinických studií terapií siRNK dodaných s nanočásticemi (Alper 2006).
Molekulární samostavení je fenomén, kterým se molekuly spontánně shromažďují do definovaných, stabilních formací založených na atomových interakcích, jako jsou vodíkové vazby, hydrofobní a van der Waalsovy síly. Konstrukce nanočástic "zdola nahoru" využívá molekulárního sebepoškolení k vybudování specifických struktur na základě našeho chápání těchto spontánních formací. Jednou z možností je použití specifičnosti párování bází Watson-Crick pro vytvoření nukleových kyselin definovaných struktur s konkrétním použitím. V další nové aplikaci molekulárního samo-sestavení, ve vývoji ve Švýcarsku, jsou pórové proteiny zavedeny do nanočástic během sestavení polymeru. Póry jsou začleněny do povrchové matrice a jejich otevírání a uzavírání umožňuje dodávání léku specifické pro určité okolní podmínky (v tomto případě změny pH) v buňce (Broz a kol.,
2006). Póry se často otvírají nebo zavírají, protože reagují na pH, teplotu nebo jiné faktory životního prostředí. Použití podobných pórů v nanočásticích umožňuje specifické dodávání nebo biosenzor za specifických buněčných podmínek, například dodání inzulínu, když hladina cukru v krvi naznačuje potřebu.
Po dodávání užitečného zatížení je často žádoucí, aby nanočástice byly nějakým způsobem odstraněny nebo metabolizovány, v ideálním případě bez toxických vedlejších účinků.
Výhodou použití nanočástic je, že lze vyloučit toxické vedlejší účinky tradičního záření a chemoterapie, a to pouze ošetřením nádorů nebo nezdravých buněk a nepoškozením okolní zdravé tkáně. Některé nanočástice se očekávají, že jsou poměrně bezpečné, protože mají sklon k rozpuštění v buňkách a některé se skládají z materiálů, které se již používají v biomedicíně, jako jsou nanočástice vyrobené ze stejných polymerů, které se používají pro šití (Bullis, 2006). Bez ohledu na přístup, výhody dávkování nanočástic jsou obrovské a zahrnují lepší biologickou dostupnost léků cílenou na specifické orgány, tkáně nebo nádory, čímž je poskytována nejvyšší dávka léčiva přímo tam, kde je potřeba, a sníží se množství odpadu a nákladů způsobené rozpadem před drog splňující svůj cíl.
Nanomedicína je poměrně nová oblast biotechnologie, ale možnosti nových terapií a operací k léčbě onemocnění a onemocnění, jako je rakovina, se zdají nekonečné. Koncept nanorobotů a strojů pro opravu buněk je také životaschopný a může být někdy stejně běžný jako užívání aspirinu je dnes.
Zdroje:
Kim, 2007. Nanotechnologické platformy a fyziologické výzvy pro léčbu rakoviny.
V aplikaci Tisk, dva. org / 10. 1016 / j. nano. 2006. 12. 002.
Alper, 2006, nanočástice a siRNA - partneři na cestě k novým rakovinovým terapiím.NCI Aliance pro nanotechnologii v oblasti rakoviny. // nano. rakovina. gov / news_center / monthly_feature_2006_august. asp.
Broz a kol. , 2006. Na cestě k inteligentním bioreaktorům s nanočásticemi: pH-přepínatelný kanálově vybavený funkční polymerní nanokontainer. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.
Bullis, 2006. Single-Shot Chemo. Přehled technologií. // www. technologický přehled. com / read_article. aspx? ch = zvláštní sekce & sc = emergingtech & id = 16469.