NANOTECHNOLOGIA W DIAGNOSTYCE I TERAPII NOWOTWORÓW

1.

Molekularne biomarkery we wczesnej diagnostyce raka
Oparte na:

DNA – powstały na skutek np. mutacji punktowych, niestabilności mikrozygot i. in.

RNA

Białkach – np.antygen prostaty PSA, alfa – feroproteina AFP;

Cechy dobrego markera:

dokładność i specyficzność – powinien rozróżniać przypadki chorobwe i zdrowe, być
skierowanym na konkretne kom. nowotworowe;

pozwala rozróżniać przypadki złośliwe;

niedrogi;

powinien rozpoznawać nowotwór już w jego wczesnej fazie, aby leczenie było efektywne;

Modele biomarkerów w diagnostyce raka:
pęcherza, piersi, jelita grubego, jajników, płuc
Dlaczego akurat te nowotwory ?
Występują najczęściej, najwięcej badań prowadzonych jest w kierunku nowotworów tych narządów.

Nowotwór jelita grubego:

−

kom. linie nowotworowe jelita są bardzo często badane pod kątem wpływu diety, na rozwój
nowotworu;

−

konieczność przebadania wielu linii nowotworowych, aby wybrać tą najbardziej
reprezentatywną;

−

badania przeprowadzane głównie na myszach i szczurach;

−

główne linie: nowotwór indukowany poprzez mutację genetyczną;

−

badania nad prewencją – badanie co z produktół żywieniowych, używek chroni nas przed tym
nowotworem;

−

badanie biomarkerów;

2.

Mikroskopia sił atomowych w diagnostyce raka (spektroskopia sił
atomowych, sonocytologia, mechanika komórkowa – wyznaczanie modułu
Younga)

Mikroskopia sił atomowych :

−

obrazowanie 3D i detekcja pojedynczych molekuł pozwala na przeprowadzanie badań
biofizycznych;

−

identyfikacja relacji pomiędzy ostrzem zaopatrzonym w przeciwciało/ligand, a receptorem
błonowym komórki;

−

pomiar siły oddziaływania między ligandem a receptorem;

Sonocytologia:

−

każda z membran/ błon komórkowych wykazuje drgania z częstotliwością kHz;

−

za pomocą AFM możemy odbierać te drgania;

−

drgania można wzmocnić do stanu słyszalności;

−

na podstawie dźwięku wmitowanego przez membrany, można rozróżnić komórkę zdrową od
nowotworowej;

−

PROBLEM: trzeba opracować techniki, pozwalające na jednoznaczne i obiektywne rozróżnianie
dźwięków wytwarzanych przez komórki zdrowe i nowotworowe;

Mechanika komórkowa:

−

charakterystyka odpowiedzi komórki na zadany stres;

−

uzyskujemy odpowiedź o rozdzielczości nanometrów;

−

otrzymujemy dane o strukturze komórki, można przeprowadzić obliczenia dające nam
parametry mechaniczne komórki;

−

badania zarówno statycznych jak i dynamicznych właściwości komórki;

−

badanie przeprowadzane in vitro i ex vivo(pobieram komórki od pacjenta, przeprowadzam na

nich testy, wsadzam je pacjentowi w to samo mijsce, z którego je zabrałam :P)

−

otrzymujemy dużą liczbę danych do statystyki, trzeba je odpowiednio przetworzyć, wykluczyć
możliwość zmiany całkowitego wyniku, spowodowanej jednym pomiarem, który znacznie
odbiega od średniej;

−

PROBLEM: konieczność kontroli dużej ilości parametrów AFM i przygotowania
odpowiedniej/reprezentatywnej/ hodowli komórkowej;

−

moduł Younga komórek nowotworowych jest o rząd wielkości większy, od modułu Younga
komórek zdrowych;

−

Wyliczenie modułu Younga komórek:

−

E = ¾ * (1– v

2

)/√R * dF/d(p

3/2

) gdzie:

−

v – współczynnik równy najczęściej 0,5;

−

R- promień ostrza;

−

F – siła oddziaływania;

−

p – penetracja w głąb komórki;

−

pierwszego takiego pomiaru dokonano na kom. nowotworu płuc;

−

PROBLEM: dla małych penetrcji, trudno zauważyć różnicę;

−

kom. nowotworowe mają mniejszą sztywność;

Żródła niepewności:

hodowla:

−

wiek hodowli, zastosowane medium hodowlane, stadium podziałowe komórek, różnice
podziałowe w hodowli komórek( zdrowe komórki spowalniają proces);

AFM:

−

promień ostrza, nieliniowość związana z naciskiem ostrza, heterogeniczność komórek, trudność
w określeniu momentu kiedy ostrze dotyka komórki, złożoność struktur komórkowych;

Podsumowanie:

−

porównanie mechaniki zdrowych i nowotworowych komórek ze statystyką i znajomością
geometrii komórki;

−

znalezienie czynników wpływających na zmianę właściwości mechanicznych komórki;

−

pomiary dynamiczne;

−

wyznaczanie modułu E w 3D;

−

połączenie AFM i fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej => możliwość badania organelli;

−

połączenie AFM i mikroskopii konfokalnej Ramana => śledzenie zmian w komórkach na poziomie
molekularnym;

3.

Nanocząstki stosowane w chemioterapii

−

rozmiar nanocząstek 10 – 100 nm;

−

należy znaleźć takie nanocząstki, które będą działać tylko na komórki nowoworowe;

−

najczęściej o postaci liposomów, polimerół;

−

możliwość enkapsulacji – uzyskujemy dzięki temu cząstki o powierzchni hydrofilowej lub
hydrofobowej;

−

muszą posiadaćokreśłone rozmiary i charakterystyki powierzchni;

−

możliwość stosowania w diagnostyce jak również terapii;

−

terapia bezpośrednia: nanocząstki zawierające substancję cytotoksyczną, powodującą
natychmiastową śmierć komórki;

4.

Nanowektorowa farmakokinetyka i farmakodynamika

−

uwalnianie leku – nanowektory wykorzystywane do uwalniania leku w komórkach
nowotworowych, penetracja leku zazwuczaj 3 warstwy komórek => w czasie jednego zabiegu
nowotwór zeradykowany o 30%;

−

modelowanie działania leków:
- trzykompartmentowy model aplikacjisubstancji antynowotworowej
- możliwość badania wpływu stężenia tlenu i diety na przyrost masy nowotworu;
- modele odpowiedzi na dany lek w nanoskali;

−

inne:

−

wykorzystanie nanocząstek tl.żelaza do poprawy kontrastu w badaniach MR;

−

w badaniach patologicznych – badania histogenezy nowotworu;

−

wykorzystanie materiałów magnetycznych do hipertermii;

−

badania nad ewentualnym szkodliwym wpływem nanocząstek;

−

badanie związku regulacji pH komórkowego a fizjologią nowotworu;

−

zastosowanie w terapii fotodynamicznej;

−

w leczeniu raka kości, pęcherza;

−

nanocząstki zawierające selen – antynowotworowe materiały ortopedyczne;

−

nanocząstki w immunoterapii antynowotworowej;