Video: 1/2: Dr. E.S. Rajendran: Nanodynamik - Homöopathie als biologische Nanomedizin 2024
Die Nanotechnologie bezieht sich auf die Verwendung von Nanopartikeln (typischerweise 1-100 Milliardstel Meter) für industrielle oder medizinische Anwendungen, die für ihre einzigartigen Eigenschaften geeignet sind. Die physikalischen Eigenschaften von bekannten Elementen und Materialien können sich ändern, wenn ihr Verhältnis von Oberfläche zu Fläche dramatisch erhöht wird, d.h. e. wenn nanoskalige Größen erreicht werden. Diese Änderungen finden nicht statt, wenn Sie von einem Makro- zu einem Mikromaßstab wechseln.
Änderungen der physikalischen Eigenschaften wie kolloidale Eigenschaften, Löslichkeit und katalytische Kapazität haben sich in biotechnologischen Bereichen wie der biologischen Sanierung und der Wirkstoffabgabe als sehr nützlich erwiesen.
Die sehr unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Arten von Nanopartikeln haben zu neuen Anwendungen geführt. Zum Beispiel können Verbindungen, von denen bekannt ist, dass sie im Allgemeinen inerte Materialien sind, zu Katalysatoren werden. Die extrem kleine Größe von Nanopartikeln ermöglicht es ihnen, in Zellen einzudringen und mit zellulären Molekülen zu interagieren. Nanopartikel haben oft auch einzigartige elektrische Eigenschaften und eignen sich hervorragend für Halbleiter und Bildgebungsmittel. Aufgrund dieser Qualitäten hat die Wissenschaft der Nanotechnologie in den letzten Jahren mit der Erprobung und Dokumentation eines breiten Spektrums neuer Anwendungen für Nanopartikel, insbesondere in der Nanomedizin, begonnen.
Die Entwicklung von Nanotechnologien für nanomedizinische Anwendungen ist zu einer Priorität der National Institutes of Health (NIH) geworden.
Zwischen 2004 und 2006 hat das NIH im Rahmen der NIH Nanomedicine Roadmap Initiative ein Netzwerk von acht Nanomedizin-Entwicklungszentren eingerichtet. Im Jahr 2005 hat das National Cancer Institute (NCI) 144,3 Millionen über 5 Jahre für sein "Alliance for Nanotechnology in Cancer" -Programm zugesagt, das sieben Exzellenzzentren für Krebs-Nanotechnologie (Kim, 2007) finanziert.
Die Förderung unterstützt verschiedene Forschungsprojekte in den Bereichen Diagnostik, Geräte, Biosensoren, Mikrofluidik und Therapeutik.
Zu den langfristigen Zielen der NIH-Initiative gehören Ziele wie die Nutzung von Nanopartikeln zum Auffinden von Krebszellen vor dem Wachstum von Tumoren, das Entfernen und / oder Ersetzen von "zerbrochenen" Zellteilen oder Zellmechanismen mit miniaturisierten, molekularen Größe biologische "Maschinen" und verwenden ähnliche "Maschinen" als Pumpen oder Roboter, um Medikamente zu liefern, wann und wo innerhalb des Körpers benötigt. Alle diese Ideen sind auf der Grundlage der gegenwärtigen Technologie möglich. Wir wissen jedoch nicht genug über die physikalischen Eigenschaften intrazellulärer Strukturen und Wechselwirkungen zwischen Zellen und Nanopartikeln, um alle diese Ziele zu erreichen. Das primäre Ziel des NIH ist es, das gegenwärtige Wissen über diese Wechselwirkungen und zellulären Mechanismen zu erweitern, so dass präzise gebaute Nanopartikel ohne nachteilige Nebenwirkungen integriert werden können.
Viele verschiedene Arten von Nanopartikeln werden derzeit für Anwendungen in der Nanomedizin untersucht.Sie können kohlenstoffbasierte skelettartige Strukturen sein, wie die Fullerene, oder micellartige lipidbasierte Liposomen, die bereits für zahlreiche Anwendungen in der Arzneimittelabgabe und der kosmetischen Industrie verwendet werden.
Kolloide, in der Regel Liposomen-Nanopartikel, die aufgrund ihrer Löslichkeit und Suspensionsfähigkeit ausgewählt werden, werden in Kosmetika, Cremes, Schutzüberzügen und schmutzabweisenden Textilien verwendet. Andere Beispiele für kohlenstoffbasierte Nanopartikel sind Chitosan- und Alginat-basierte Nanopartikel, die in der Literatur für die orale Abgabe von Proteinen beschrieben sind, und verschiedene Polymere, die zur Insulinabgabe untersucht werden.
Zusätzliche Nanopartikel können aus Metallen und anderen anorganischen Materialien wie Phosphaten hergestellt werden. Nanopartikelkontrastmittel sind Verbindungen, die die Ergebnisse von MRI und Ultraschall in biomedizinischen Anwendungen der In-vivo-Bildgebung verbessern. Diese Partikel enthalten typischerweise Metalle, deren Eigenschaften im Nanomaßstab dramatisch verändert sind. Gold "Nanoschalen" sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Strahlung bei bestimmten Wellenlängen zu absorbieren, im Kampf gegen Krebs nützlich, insbesondere Weichteiltumoren.
Sobald die Nanoschalen in die Tumorzellen eindringen und eine Bestrahlungsbehandlung durchgeführt wird, absorbieren sie die Energie und heizen sich so weit auf, dass die Krebszellen abgetötet werden. Positiv geladene Silbernanopartikel adsorbieren an einzelsträngige DNA und werden zu deren Nachweis verwendet. Viele andere Werkzeuge und Vorrichtungen für die In-vivo-Bildgebung (Fluoreszenz-Detektionssysteme) und zur Verbesserung des Kontrasts in Ultraschall- und MRI-Bildern werden entwickelt.
In der Literatur gibt es zahlreiche Beispiele für Krankheitsbekämpfungsstrategien mit Nanopartikeln. Insbesondere im Fall von Krebstherapien werden häufig Arzneimittelabgabeeigenschaften mit Bildgebungstechnologien kombiniert, so dass Krebszellen während der Behandlung visuell lokalisiert werden können. Die vorherrschende Strategie besteht darin, spezifische Zellen anzusteuern, indem Antigene oder andere Biosensoren (z. B. RNA-Stränge) mit der Oberfläche von Nanopartikeln verbunden werden, die spezialisierte Eigenschaften der Zellwände erkennen. Sobald die Zielzelle identifiziert ist, werden die Nanopartikel an der Zelloberfläche haften oder über einen speziell konstruierten Mechanismus in die Zelle eintreten und ihre Nutzlast abgeben.
Ein Medikament wird abgegeben, wenn das Nanopartikel auch ein bildgebendes Mittel ist, können Ärzte seinen Fortschritt verfolgen und die Verteilung der Krebszelle ist bekannt. Ein derartiges spezifisches Targeting und Detektieren wird bei der Behandlung von metastasierten Krebserkrankungen der Spätphase und schwer erreichbaren Tumoren helfen und Hinweise auf die Ausbreitung dieser und anderer Krankheiten geben. Es verlängert auch das Leben von bestimmten Medikamenten, von denen festgestellt wurde, dass sie innerhalb eines Nanopartikels länger anhalten, als wenn der Tumor direkt injiziert wurde, da oft Medikamente, die in einen Tumor injiziert wurden, wegdiffundieren, bevor die Tumorzellen effektiv abgetötet werden.
Eine signifikante Entwicklung bei der Behandlung von Krebs war die Paarung von siRNA (kleine interferierende RNA) Behandlungen mit Nanopartikel-Lieferung. 1999 wurde siRNA erstmals als ein neues Mittel zur Hemmung der Proteinexpression in Zellen beschrieben.Die RNA-Stränge wurden jedoch oft durch zelluläre Mechanismen zerstört, bevor sie ihre Ziele erreichten. Nanopartikel bieten die Schutz- und Freisetzungsmechanismen, die siRNA-Moleküle benötigen, um Zielgewebe zu erreichen.
Mehrere Unternehmen haben bereits klinische Versuche mit Nanopartikel-gelieferten siRNA-Therapien begonnen (Alper 2006).
Molekulare Selbstorganisation ist das Phänomen, durch das sich Moleküle spontan zu definierten, stabilen Formationen zusammensetzen, die auf atomaren Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, hydrophoben und Van-der-Waals-Kräften beruhen. Die "Bottom-up" -Konstruktion von Nanopartikeln nutzt die molekulare Selbstorganisation, um spezifische Strukturen aufzubauen, die auf unserem Verständnis dieser spontanen Formationen basieren. Eine Anwendung davon besteht darin, die Spezifität der Watson-Crick-DNA-Basenpaarung zu nutzen, um Nukleinsäuren definierter Strukturen mit bestimmten Anwendungen zu erzeugen. In einer weiteren neuartigen Anwendung der molekularen Selbstorganisation, die sich in der Schweiz in der Entwicklung befindet, werden Porenproteine während der Polymerzusammensetzung in Nanopartikel eingebracht. Die Poren sind in die Oberflächenmatrix eingebaut, und ihr Öffnen und Schließen ermöglicht eine Arzneimittelabgabe, die für bestimmte Umweltbedingungen (in diesem Fall pH-Änderungen) in der Zelle spezifisch ist (Broz et al.
2006). Poren öffnen oder schließen sich oft, wenn sie auf pH-Wert, Temperatur oder andere Umweltfaktoren reagieren. Die Verwendung ähnlicher Poren in Nanopartikeln ermöglicht eine spezifische Abgabe oder Biosensorik unter spezifischen zellulären Bedingungen, beispielsweise Insulinabgabe, wenn der Blutzuckerspiegel einen Bedarf anzeigt.
Nach der Zuführung der Nutzlast ist es oft wünschenswert, dass die Nanopartikel irgendwie entfernt oder metabolisiert werden, idealerweise ohne toxische Nebenwirkungen.
Die Vorteile der Verwendung von Nanopartikeln liegen tatsächlich darin, dass toxische Nebenwirkungen herkömmlicher Bestrahlung und Chemotherapien vermieden werden können, indem nur der Tumor oder ungesunde Zellen behandelt werden und nahe gelegenes gesundes Gewebe nicht beschädigt wird. Von einigen Nanopartikeln wird erwartet, dass sie relativ sicher sind, weil sie sich innerhalb der Zellen auflösen, und einige bestehen aus Materialien, die bereits in der Biomedizin verwendet werden, wie Nanopartikel, die aus den gleichen Polymeren hergestellt werden (Bullis, 2006). Wie auch immer der Ansatz aussieht, die Vorteile der Nanopartikelzufuhr sind enorm und umfassen eine verbesserte Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen durch gezielte Behandlung bestimmter Organe, Gewebe oder Tumore, wodurch die höchste Medikamentendosis direkt dort bereitgestellt wird, wo sie benötigt wird. Medikament trifft sein Ziel.
Nanomedizin ist ein relativ neuer Bereich der Biotechnologie, aber die Möglichkeiten für neue Therapien und Operationen zur Behandlung von Krankheiten und Krankheiten wie Krebs scheinen endlos. Das Konzept von Nanorobotern und Zellreparaturmaschinen ist ebenfalls lebensfähig und könnte eines Tages genauso selbstverständlich sein wie die Einnahme eines Aspirins heute.
Quellen:
Kim, 2007. Nanotechnologische Plattformen und physiologische Herausforderungen für Krebstherapeutika.
In der Presse, Doi. org / 10. 1016 / j. Nano. 2006. 12. 002.
Alper, 2006, Nanopartikel und siRNA - Partner auf dem Weg zu neuen Krebstherapien.NCI-Allianz für Nanotechnologie bei Krebs. // Nano. Krebs. gov / news_center / monatliches_feature_2006_august. asp.
Broz et al. , 2006. Auf dem Weg zu intelligenten nanoskaligen Bioreaktoren: Ein pH-schaltbarer, mit Kanälen ausgerüsteter, funktioneller Polymer-Nanocontainer. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.
Bullis, 2006. Single-Shot-Chemo. Technologiereview. // www. Technologiereview. com / read_article. Aspx? ch = besondereSektionen & sc = emergingtech & id = 16469.
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