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– v2)/√R * dF/d(p3/2) 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;