Nanomedycyna

Nanomedycyna

Jest to dziedzina, która zajmuje się

diagnozowaniem, naprawą, konstrukcją
(rozbudowa systemu obronnego) i analizą
ludzkiego organizmu na poziomie
molekularnym przy zastosowaniu
nanorobotów i nanostruktur (Robert A.
Freitas).

Sztuczne komórki –nanoroboty

fantazja czy niedaleka przyszłość?

• Respirocyty - sztuczne erytrocyty,

czyli komórki krwi odpowiedzialne za

transport tlenu w żywym organizmie.

• Urządzenia o wysokiej wydajności,

pracujące w sposób odwracalny,

wytwarzające we wnętrzu, ciśnienie

do 1000atm.

• Dostarczające tlen do organizmu

(R.A.Freitas, Artificial Cells,Blood Substitutes, and Immobil.Biotech.
26,1999,411-430)

Zakażenia bakteryjne

• Sztuczna komórka fagocytująca –

bakteriofag.

• Komórka wypełniona odpowiednimi

substancjami białkowymi

• Posiadająca zdolność przyłączania się

do błony otaczającej bakterie

Nanomedycyna - definicja

Nanomedycyna to jedna z dziedzin

wchodzących w skład
nanotechnologii, zajmująca się
wysoko wyspecjalizowanymi
działaniami medycznymi mającymi
na celu leczenie lub regeneracje
tkanek

Nanomedycyna obszary badań

• Analityka
• Nanowizualizacja
• Nanomateriały i nanourządzenia
• Nowe rodzaje terapii
• Systemy dozowania leków
• Normy, badania toksyczności,

związane z nanotechnologiami
stosowanymi w medycynie.

Terapia i diagnostyka przy zastosowaniu nanocząstek –

badania kliniczne

(w niektórych przypadkach niedaleka przyszłość)

Czynniki decydujące o atrakcyjności

(przydatności) nanocząstek w medycynie to;

• Rozmiar

pozwalający na swobodną

migracje przez membrany biologiczne (błona
komórkowa)

• Chemiczne właściwości powierzchni

pozwalające na jej modyfikacje w szerokim
zakresie, immobilizacja; leków, białek,
genów…

Czynniki wpływające na
właściwości biologiczne

nanocząstek

• Wysoka powierzchnia rozwinięcia
• Wysoka zdolności do modyfikacji

chemicznej (wielopoziomowe układy
z elementami nawigacyjnymi)

• Rozmiar i kształt – penetracja w

układy biologiczne pozbawiona
ograniczeń

Funkcjonalizacja

nanocząstek

• Proces polegający na modyfikacji

warstwy powierzchniowej czynnikami
chemicznymi i biologicznym

• Proces polegający na nadawaniu

nanocząstce odpowiednich
właściwości terapeutycznych lub
diagnostycznych

Rodzaje nanocząstek stosowanych w

medycynie

• Polimerowe, metaliczne, ceramiczne,

węglowe

• Płytki, cząstki kuliste, włókna
• Biodegradowalne
• Magnetyczne

Nanotechnologie w

wytwarzaniu

biomateriałów

• Nanokompozyty polimerowe
• Nanofunkcjonalizacja powierzchni

implantów (nanokompozyty warstwowe)

Dla produkcji
• Podłoży dla inżynierii tkankowej
• Nośników leków
• Biozgodnych, biofunkcyjnych implantów

(zwłaszcza dla regeneracji tkanek)

Nanomedycyna – najbliższe zastosowania kliniczne

• Nośniki leków – nanocząstki jako urządzenia

„naprowadzające”

• Nanocząstki magnetyczne - hipertermia

• Sensory

• Kropki kwantowe – zastosowania analityczne

• Nanostrukturalne implanty, podłoża dla inżynierii

tkanek, materiały dla medycyny regeneracyjnej

Nośniki leków; nanocząstki magnetyczne

(Fe

2

O

3

) jako urządzenia „naprowadzające”,

przy zastosowaniu zewnętrznego pola

magnetycznego

Terapia ogólnoustrojowa

Terapia przy zastosowaniu cząstek

magnetycznych, kierujących lek do

chorej tkanki

Sposoby wprowadzania

magnetycznych nośników
leków

do organizmu;

1. Iniekcja
2. Inhalacja

Lek

rozprowadzany

w całym

organizmie

pomaga

ale może

też szkodzić

Lek

wprowadzany

jedynie

do chorej tkanki

Nośniki leków – nanocząstki jako

urządzenia „naprowadzające”

Terapia przy zastosowaniu cząstek

magnetycznych, kierujących lek do

chorej tkanki, przy zastosowaniu

inhalacji lub iniekcji

Inhalacja

nanocząstki

Iniekcja

nanocząstki

Nowotwór

Pole

Magnetyczne

Nanometryczne cząstki magnetyczne

w terapii rakowej - hipertermia

Metoda wykorzystuje dużą wrażliwość komórek

nowotworowych na podwyższenie temperatury.

Metoda składa się z następujących etapów;

wprowadzenie bezpośrednio do chorej tkanki lub do

krwiobiegu cząstek magnetycznych a następnie

przyłożenie zmiennego pola magnetycznego o takiej

amplitudzie i częstości by spowodować grzanie się

cząstek.

• Hipertermia – parametry terapii

• Pacjent po iniekcji nanocząstek

• Pole magnetyczne ~ 100 KHz ~ 30 minut

• Temperatura 41-45

0

C

Quantum Dot

kropka kwantowa

Nanokryształy zbudowane z dwóch warstw

półprzewodnika;

nanokryształ CdSe pokryty ZnS, otoczony TOPO

(topotektanem).

„Twór” z pogranicza materii i cząstki kwantowej.

1. Wielkość strefy wzbronionej zależy do wielkości

kropki kwantowej i wraz z jej spadkiem,
rośnie

2. Zdolność adsorpcji i emisji światła o różnej

długości fali

3. Fotostabilność większa od znaczników

organicznych 100 –200x.

Kropki kwantowe

Zdolność rozkodowywania dużej liczby biomolekuł
przy użyciu kolorów i różnych ich poziomów
intensywności

Obserwacje zjawisk zachodzących w żywych
tkankach
w długich okresach czasu .

Możliwości wykrywania komórek rakowych i
śledzenia ich wędrówki

Nie stosowane do tej pory w klinice
Aktualnie - Intensywne badania nanokropek przez
fizyków, chemików, biologów

Kropki kwantowe wizualizacja in vivo

Kroki kwantowe, pokryte białkiem i PEG

(PEG obniża zdolność do aglomeracji

poprawia rozpuszczalność)

Zdolność przyłączania biologicznych

molekuł; białka, kwasy nukleinowe –

nawigacja typu, przeciwciało -antygen

Wielowymiarowa detekcja – emisja (dł. fali)

zależy od wielkości cząstki

Kontrowersje w dziedzinie ich toksyczności

Zagadnienia

• Nanocząstki w medycynie
• Co to jest hipertermia ?
• Do czego stosowane być mogą w

medycynie kropki kwantowe ?

• Nanonośniki leków