Baggrund Nanoteknologi er et nyt område af videnskaben, der involverer arbejdet med materialer og enheder, der er på nanoskala niveau. En nanometer er milliardtedel af en meter. Det vil sige, ca 1 / 80, 000 af diameteren af et menneskehår, eller ti gange diameteren af et brintatom. Det manipulerer de kemiske og fysiske egenskaber af et stof på molekylært niveau. Nanoteknologi ændrer den måde, vi tænker, det udvisker grænserne mellem fysik, kemi og biologi, afskaffelse af disse grænser vil udgøre mange udfordringer og nye retningslinjer for tilrettelæggelsen af uddannelse og forskning. Richard Feynman tale kaldes »Der er masser af plads på bunden" i 1959 understregede dette koncept - Hvis vores lille sind, for nogle bekvemmelighed, opdele dette univers i dele, fysik, biologi, geologi, astronomi, psykologi og så videre - Husk på, at naturen ikke kender det [1]. Nanobioteknologi er en forening for bioteknologi og nanoteknologi. Denne hybrid disciplin kan også betyde, at atomar skala maskiner ved at efterligne eller indeholder biologiske systemer på det molekylære niveau, eller bygge små værktøjer til at studere eller ændre naturlige struktur egenskaber atom for atom. Nanobioteknologi kan have en kombination af den klassiske mikro-teknologi med en molekylær biologisk tilgang. Bioteknologi bruger den viden og teknikker til biologi at manipulere molekylære, genetiske og cellulære processer til at udvikle produkter og tjenester, og bruges i forskellige områder fra medicin til landbruget. Konvergens, er en aktivitet eller en tendens, der opstår på grundlag af fælles materialer og muligheder, i dette tilfælde den disciplin, der muliggør konvergens er nanoteknologi. De potentielle muligheder, som denne grænseflade er virkelig fremragende, overlapningen biotek, Nanotech og informationsteknologi er at udmønte mange vigtige anvendelser inden for biovidenskab. Denne teknologi forventes at skabe innovationer og spiller en afgørende rolle i forskellige biomedicinske anvendelser (fig. 1), ikke kun i drug delivery og genterapi, men også i molekylær billeddannelse, biomarkører og biosensorer. Target-specifik medicinsk behandling og metoder til tidlig diagnose af sygdomme er de højest prioriterede forskningsområder, hvor nanoteknologi ville spille en fremtrædende rolle [2].  Figur 1. Skematisk illustration af nanoteknologi revolutionere biomedicinske videnskaber. National Institutes of Health Bioengineering Consortium (BECON) afholdt et symposium i 2000 med titlen "Nanovidenskab og Tech teknologi: Shaping Biomedical Research "[3]. Otte områder af nanovidenskab og nanoteknologi blev behandlet på konferencen, og menes at være den mest relevante for forskning i biomedicin. Disse områder omfattede syntese og brug af nanostrukturer, anvendelser af nanoteknologi på behandlingen, biomimetiske og biologiske nanostrukturer, elektronisk-biologi-interface, anordninger til tidlig påvisning af sygdom, redskaber til studiet af enkelte molekyler, nanoteknologi og tissue engineering. Det formål BECON var at forbedre kommunikationen mellem biomedicinske forskere og ingeniører, der bringer forskellige aspekter af deres færdigheder og viden til at bære på disse problemer og gøre det biomedicinske samfund mere opmærksomme på de nye udviklinger inden for nanoteknologi. Drøftelserne på konferencen er nu i vid udstrækning forstærkes af dag-til-dag oplevelse, voksende evne til at manipulere med enkelte molekyler på nanoskala og kombinere biomolekyler med andre nanoskala strukturer. Denne evne giver mulighed for utallige nye terapeutiske og diagnostiske applikationer ved at muliggøre opbygningen af nye strukturer fra bunden op [4]. Inden for en overskuelig fremtid, vil den vigtigste kliniske anvendelse af nanoteknologi sandsynligvis blive i farmaceutisk udvikling. Disse programmer udnytter de unikke egenskaber af nanopartikler som stoffer eller bestanddele af narkotika eller er designet til nye strategier til kontrolleret frigivelse, narkotika målretning og bjærgning af stoffer med lav biotilgængelighed [5-7]. Nanoskala polymer kapsler kan designes til at bryde ned og frigive medicin til kontrollerede priser, at give differentieret frigivelse i visse miljøer, såsom et surt medium, og at fremme optagelsen i tumorer versus normale væv [8]. En masse forskning er nu fokuseret på at skabe nye polymerer og udforske specifikke lægemiddel-polymer kombinationer. Nanokapslernes kan syntetiseres direkte fra monomerer eller ved hjælp af nanodeposition af preformed polymerer [9]. Nanokapslernes er også blevet formuleret fra albumin og liposomer. Implantabelt drug delivery systemer, der er under udvikling vil gøre brug af nanopores til at styre stof frigivelse. Et af de centrale spørgsmål i bio-tilgængelighed er celle transfektion i DNA genterapi. Nuværende metoder har væsentlige begrænsninger, herunder risikoen for utilsigtet overførsel af sygdom ved virale vektorer. Dette har fået forskerne til at udforske polymer-DNA komplekser og liposom-DNA komplekser til gen levering [10]. Det har også vist, at komprimeret DNA i form af nanopartikler kan bruges til at transfect postmitotic celler [11]. På trods af risikoen og begrænsninger, er virale vektorer en effektiv biomimetiske tilgang til narkotika målretning og levering. TAT peptid fra human immundefekt virus (HIV) og andre virale proteiner er ved at blive knyttet til DNA, proteiner og andre materialer til optagelse i celler. Disse nano-forsamlinger efterligner virkningen af den fusion proteiner, der gør viral transfektion effektiv [12, 13]. Nanoteknologi har også muliggjort udviklingen af biochips og har en rolle i grøn produktion (e. g biokompatibilitet og biokompleksitet områder). Andre anvendelsesområder omfatter design af sensorer til astronauter, soldater, biofluids (for håndtering af DNA og andre molekyler), in vitro-befrugtning af levende bestand, nanofiltrering, bioforarbejdning "by design« og sporbarhed af genetisk modificerede fødevarer (Tabel 1). Tabel 1 . Liste over Nanoteknologi applikationer til Biomedicinsk Institut | | Bio-detektion af patogener | 15 | | Påvisning af proteiner | 16 | | Sondering af DNA-struktur | 17 | | Tissue engineering | 18, 19 | | Varm destruktion af tumor (hypertermi) | 20 | | Phagokinetic undersøgelser | 21 | | MR Kontrastforstærkning | 22 | | Adskillelse og rensning af biomolekyler og celler | 23 | | Fluorescerende biologiske markører | 24, 25 | | Stof-og gen levering | 26, 27 | | Kunstige celler og deres forsamlinger | 28 | Design af proteiner til effektiv elektron transport eller med mekaniske egenskaber | 29 | Brug dip pen-teknologi | 30, 31 | Dannelse og vækst af nanostrukturer i levende Biosystemer (f.eks lucerne planter) | 32 | Biosensorer | 33 | Nanobiomotors | 34-36 | Biomineralization | 37 | Nanorobotics | 14, 38 | Nanocomputers | 39 | Nanorods for vaccination applikationer | 40 |
Sonderende områder for nanoteknologi vil omfatte forskning i tilstanden og / eller reparation af hjernen og andre områder, for at genvinde kognition. Det kan også finde anvendelse i at designe lægemidler som en funktion af patient genotyper og i at anvende kemikalier for at stimulere produktionen som funktion af plante-genotyper. Syntesen af mere effektive og biologisk nedbrydelige kemikalier til landbruget og til produktion af implantabelt detektorer kunne ledsages af nanoteknologi med minimale mængder af blod. Beskæftiger denne teknologi bør det også være muligt at udvikle metoder, der bruger spyt i stedet for blod til påvisning af sygdomme eller der kan udføre komplet blodprøver inden for en kort periode. Bredere emner omfatte økonomiske molekylær medicin, bæredygtigt landbrug, bevarelse af biokompleksitet, og muliggøre nye teknologier. Richard E. Smalley, vinder af 1996 Nobelprisen i kemi annonceret i hans kongressen vidnesbyrd om den USA regering over den stigende bevidsthed i det videnskabelige og tekniske samfund af vores indtræden i en ny guldalder. Spirende interesse for medicinske anvendelser af nanoteknologi har ført til fremkomsten af en ny disciplin kaldet nanomedicin [14]. På et større anvendelsesområde, er nanomedicin processen med at diagnosticere, behandle, forebygge sygdomme og traumatiske skader, for at lindre smerter, og af at bevare og forbedre menneskers sundhed, ved hjælp af molekylære værktøjer og molekylære viden om den menneskelige krop. Formålet med denne undersøgelse er at kaste mere lys over de seneste fremskridt og nanoteknologiens indvirkning på biomedicinske videnskaber. Den seneste udvikling Medicinsk diagnose med passende og effektiv levering af lægemidler er den medicinske områder, hvor nanostørrelse partikler har fundet praktisk anvendelse. Men der er mange andre interessante forslag om anvendelse af nanomechanical værktøjer inden for medicinsk forskning og klinisk praksis. Sådanne nanotools venter byggeri, og i øjeblikket er mere som en fantasi. Ikke desto mindre kan de være ganske nyttige, og blive en realitet i den nærmeste fremtid [41]. Nanodevices i lægevidenskab kan funktionen til at erstatte defekte eller forkert fungerende celler, såsom respirocyte foreslået af Freitas [42]. Denne menneskeskabte røde blodlegemer er teoretisk i stand til at levere ilt mere effektivt end en erytrocyt. Det kunne udskifte defekte naturlige røde blodlegemer i blodcirkulationen. Primær anvendelse af respirocytes kan indebære transfusable blod substitution, delvis behandling af blodmangel, prænatal / neonatal problemer, og lungesygdomme. Det er blevet rapporteret, at nanomaskiner kunne administrere medicin inden for en patients krop. Sådanne nanoconstructions kunne levere medicin til særlige websteder, der gør behandlingen mere nøjagtig og præcis [43]. Lignende maskiner med specifikke 'våben' kan bruges til at fjerne hindringer i kredsløb eller i identifikationen og drab af tumorceller. De andre vitale anvendelse af nanoteknologi i forbindelse med medicinsk forskning og diagnostik er nanorobotter. Nanorobotter, der opererer i den menneskelige krop, som kan overvåge niveauerne af forskellige stoffer og registrerer oplysningerne i den interne hukommelse. De kunne hurtigt bruges i undersøgelsen af en given væv, landmåling sin biokemiske, biomekaniske og histometrical funktioner i større detalje. Ligesom bioteknologi udvider omfanget og effektiviteten af behandlingsmuligheder til rådighed fra nanomaterialer, vil fremkomsten af molekylær nanoteknologi igen udvide enormt effektivitet, komfort og hastigheden af fremtidige medicinske behandlinger, mens på samme tid betydeligt reducere deres risiko, omkostninger og invasivitet. Bioteknologi tillader skræddersyede produktion og biopharmaceuticals og bioteknologiske lægemidler, hvoraf mange kræver særlig formulering teknologier til at løse narkotika-relaterede problemer. Sådanne store udfordringer at løse omfatte følgende: dårlig opløselighed, begrænset kemisk stabilitet in vitro og in vivo efter administration (dvs. kort halveringstid), dårlig biotilgængelighed og potentielt stærke bivirkninger, der kræver medicin berigelse på det sted, handling (målretning) [ 44]. Nanopartikel-luftfartsselskaber er blevet udviklet som en løsning til at løse sådanne problemer med levering, dvs narkotika nanokrystaller, fast lipid nanopartikler (SLN), nanostrukturerede lipid luftfartsselskaber (NLC) og lipid-drug konjugat (LDC) nanopartikler [44]. De luftfartsselskaber, som rapporteret af Muller og kolleger er egnede til at løse problemer med levering med bioteknologiske lægemidler af forskellig opløselighed. Målretning med disse luftfartsselskaber kan realiseres ved en meget enkel fremgangsmåde, den differentierede protein adsorption (PathFinder ® teknologi). Denne teknologi har vist sig at være effektiv nok til at akkumulere tilstrækkeligt store mængder af narkotika i hjernen til at nå terapeutiske niveauer og også opfylder de vigtigste krav for at blive forfulgt af en medicinalvirksomhed. Quantum Dot med nanodots af en bestemt farve menes at være fleksible og kunne tilbyde en billig og nem måde at screene en blodprøve for tilstedeværelse af en række forskellige virusser på samme tid. Det kunne også give læger en hurtig diagnose værktøj til at detektere, siger, at tilstedeværelsen af et bestemt sæt af proteiner, som tyder stærkt udbrud af myokardieinfarkt. På forskningsområdet, kan evnen til samtidigt tag flere biomolekyler både på og i celler tillader forskerne at se de komplekse cellulære forandringer og begivenheder i forbindelse med sygdom, der giver værdifulde spor for udviklingen af fremtidens lægemidler og terapi (Quantum Dot Corporation) [45 ]. The National Heart, Lung, og Blood Institute (NHLBI) planer om at fremme anvendelsen af nanoteknologi til HLBS (hjerte, lunge, blod og Sleep) forskning og lidelser. En anmodning om oplysninger (RFI) blev udviklet, med rådgivning fra forskere og læger med interesse i nanoteknologi, til lærredet det bredere videnskabelige samfund om tilgange til udvikling og anvendelse af nanoteknologi til HLBS lidelser. En arbejdsgruppe bestående af videnskabsmænd, ingeniører og læger med ekspertise på tværs af nanoteknologi, nanovidenskab, og HLBS medicin mødtes den 28. februar th, 2003, ved hjælp af RFI svar som udgangspunkt for drøftelserne. Arbejdsgruppen fik til opgave at vurdere inden for nanoteknologi og foreslå måder til forskning. Arbejdsgruppen advarede mod alt for stive eller mere restriktiv definition af nanoteknologi, understreger kontinuum af skalaen fra nanoskala til mikroskala. Gruppen har også identificeret områder muligheder og udfordringer for den videre udvikling er forbundet med anvendelsen af nanovidenskab og nanoteknologi til forbedret diagnosticering, behandling og forebyggelse af HLBS lidelser. Det så veludviklet prioriteret anbefalinger for at lette anvendelsen af nanoteknologi til biologiske spørgsmål og forbedrer patientens pleje [46]. RESIST Group på den walisiske School of Pharmacy ved Cardiff University og andre har set på, hvordan molekylemæssigt præget polymerer kan være lægeligt nyttige i den kliniske applikationer såsom kontrolleret stof frigivelse, narkotikaovervågning enheder og biologiske og antistof receptor efterligner. Histamin og efedrin molekylært påtrykt polymerer (mindsteimportpriserne) blev undersøgt som potentielle biologiske receptor efterligner mens et propanolol minimumsimportpris blev undersøgt for dets anvendelse som en hastighed formildende selektiv hjælpestof i en transdermal kontrolleret enhed [47]. Den første kunstige spændingsafhængige molekylære nanosieve blev fabrikeret af Charles R. Martin og kolleger [48] på Colorado State Universitet i 1995. Martins membran indeholder en række cylindriske guld nanotubules med indvendig diameter så lille som 1.6nm. Når tubuli er positivt ladede, er positive ioner udelukkes, og kun negative ioner transporteres gennem membranen. Når membranen får en negativ spænding, kan kun positive ioner passere. Lignende nanodevices kan kombinere spænding gating med pore størrelse, form og oplade begrænsninger for at opnå præcis kontrol af ion transport med betydelige molekylær specificitet. En udsøgt følsomme ion-kanal skifte biosensor blev bygget af en australsk forskergruppe [49]. Året 2003 kan betegnes som et meget specielt år for biomedicinsk forskning, fordi vi fejrede afslutningen af sekventering af hele det menneskelige genom, som faldt sammen med 50-årsdagen for opdagelsen af DNA dobbelt helix strukturen af Watson og Crick. I biomedicinsk billeddannelse, vi også vidne til tildelingen af Nobelprisen i medicin og fysiologi til to pionerer i Magnetic Resonance Imaging, professor Paul Lauterbur og Sir Peter Mansfield. Disse skelsættende begivenheder været med til at fremhæve konsekvenserne af den hastige udvikling i mange forskellige discipliner til biomedicinsk forskning. Løftestangseffekten og enorme fremskridt inden for elektronik og informationsteknologi er blevet fremkaldt af biomedicinsk billeddannelse forskning [50]. De muligheder og udfordringer i fremtiden biomedicinsk forskning ligger i indarbejdelsen af viden fra molekylær biologi med kemi, fysik, teknik, informationsteknologi og nanoteknologi til at forstå tvetydighed og kompleksitet af livet og komme med nye diagnostiske og terapeutiske metoder. Calcium fosfat nanopartikler præsentere en enestående klasse af ikke-virale vektorer, der kan fungere som effektive og alternative DNA bærere til målrettet levering af gener. Den design og syntese af ultra-ringe størrelse, meget monodispersed DNA doteret calciumphosphat nanopartikler af størrelse omkring 80nm i diameter er blevet rapporteret [51]. DNA-indkapslet inden i nanopartikel er beskyttet fra det eksterne DNase miljøet, og kan anvendes sikkert til at overføre de indkapslede DNA under in vitro og in vivo betingelser. Anvendelsen af en kombination af nanomedicin med biofotonik til optisk sporing den cellulære pathways af genet levering og de deraf følgende transfektion ved hjælp af nanopartikler som en non-viral vektor er blevet demonstreret for nylig [52]. Gene levering er et område af stor aktuel interesse, de genetiske materiale (DNA, RNA og oligonukleotider) er blevet anvendt som molekylær medicin og leveres til bestemte celletyper for enten at hæmme nogle uønskede genekspression eller udtrykke terapeutiske proteiner. Nano-DNA Tech teknologi Opdagelsen af polymerase chain reaction (PCR) [53, 54] banet vejen til en ny æra af biologisk forskning. Konsekvenserne kan mærkes, ikke blot inden for molekylær biologi, men også på andre lignende områder af videnskaben. Nye klasser af semi-syntetisk DNA-protein konjugater, selv-samlet Oligomert netværk bestående af streptavidin og dobbelt-strenget DNA, som kan omdannes til veldefinerede supramolekylære nanocircles er blevet udviklet [55, 56]. DNA-streptavidin konjugater er gældende modulære byggeklodser til produktion af nye immunologiske reagenser til ultrafølsomme sporanalyse af proteiner og andre antigener ved hjælp af immuno-PCR-metode [57-59]. Immuno-PCR er en kombination af specificiteten af et antistof-baseret immuno-assay med den eksponentielle magt forstærkning af PCR, og derfor resulterer i en 1000-fold grad af følsomhed i forhold til standard ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) metoder . Self-monteret DNA-streptavidin konjugater er også blevet anvendt inden for nanoteknologi. For eksempel er konjugater bruges som modelsystemer for ion-omskiftelig nanopartikel netværk, som nanometer-skala 'blødt materiale' kalibreringsstandarder til scanning probe mikroskopi [60, 61], eller som programmeret byggesten til rationel opbygning af komplekse biomolekylære arkitektur , der kan anvendes som skabeloner for væksten i nanometer-skala uorganiske enheder [62, 63]. Kovalente konjugater af single-strandede DNA og streptavidin bruges som biomolekylære adaptere til immobilisering af biotinyleret makromolekyler på fast underlag gennem nukleinsyre hybridisering. Denne "DNA-dirigerede immobilisering" åbner mulighed for reversibel og site-selektive funktionalisering af faste substrater med metaller og halvleder nanopartikler, eller vice versa, for DNA rettet funktionalisering af guld nanopartikler med proteiner, som immunoglobuliner og enzymer. Fremstilling af funktionelle biometallic nanostrukturer fra guld nanopartikler og antistoffer anvendes som diagnostiske værktøjer i bioanalytics [64]. Nanobioteknologi i High-Throughput single nucleotide Polymorfi Analyse Efter offentliggørelsen af et kort over variation i det humane genom sekvens, som indeholder mere end to millioner enkelt nukleotid polymorfier (SNP) (Den internationale SNP Map Working Group, 2001), er den næste udfordring for udviklingen af de teknologier, at bruge disse oplysninger på en omkostningseffektiv -effektiv måde. Genotypebestemmelse metoder skal forbedres for at øge gennemløb af mindst to størrelsesordener, så farmaceutiske, bioteknologiske og akademiske forskning for at afdække sammenhænge mellem genetiske varianter og sygdomme, med deraf følgende potentiale for udvikling af nye diagnoser og behandlinger. Nye metoder til DNA ekstraktion og forstærkning har indskrænket den tid der kræves for disse processer til sekunder. Mikrofluidenheder aktivere polymorfi detektion gennem en meget hurtig fragment adskillelse ved hjælp af kapillar elektroforese og high-performance væskekromatografi, sammen med blanding og transport af reagenser og biomolekyler i integrerede systemer [65]. De grundlæggende mål i udviklingen af en DNA-ekstraktion og rensning system, der vil være kompatible med high-throughput SNP genotypebestemmelse krav er: · Frigivelse af DNA fra celler i løsning uden enten enzymatisk (dvs. endonucleases) eller mekanisk (klipning) opdeling af DNA; · Fjernelse af celleaffald (fx proteiner), som kan hæmme DNA-forstærkning eller hybridisering assays; · High-throughput og økonomisk DNA prøveforberedelse med forenklede protokoller, der reducerer antallet af involverede procedurer; · Undgåelse af farlige kemiske krav så meget som muligt for at minimere håndtering og omkostninger til bortskaffelse; · Sammenhæng i både kvalitet og kvantitet af DNA afkast blandt de prøver så at kvantificeringen er unødvendig, og efterfølgende forstærkning og / eller hybridisering kan være at en høj grad af reproducerbarhed; · En meget effektiv proces, for at sikre tilstrækkelig forsyning til det enorme antal af forventede assays, og · En grænseflade, der vil gøre det muligt direkte lastning af konventionelt udtages biopsier på systemet [65]. Potentialet for nanoteknologi til at bidrage til en hurtig high-throughput SNP analyse er mest tydelig med smart biochip platforme. Udviklingen af en elektronisk adresserbare microarray platform, som beskrevet af Heller L. et al 2000 [66] har givet anledning til Nanogen Inc. ( San Diego , California , USA ). Udfordringen i at yde en eller flere teknologiplatforme i stand til at SNP screening gennemløb af størrelsesordenen 10 7 genotyper per dag vil være nødvendigt at opnå, at give signifikant sammenhæng mellem gener og sygdomme, der skal etableres. Desuden vil den teknologiske platform (e) også nødt til at skabe stordriftsfordele, således at udgiften pr genotype vil være mindre end 0,01 $ for størrelsen af screening nødvendigt at være gennemførlig. Fra den rivende udvikling inden for nanoteknologi, nye værktøjer og processer er blevet indført med potentiale til at give de kvalifikationer, der kræves [67-69]. Forskelle af SNPs opstår i umiddelbar nærhed af hinanden på genomet er normalt korreleret på grund af kobling i løbet af processen til at formere sig, og omfanget af denne sammenhæng kaldes koblingsuligevægt. Hvis en signifikant association opstår mellem den genetiske variation observeret ved specifikke SNPs og tilstedeværelsen af en sygdom, kan modtagelige gener identificeres. De statistiske beregninger er nødvendig for at eliminere falsk-positive resultater blev gennemgået af McCarthy og Hilfiker (2000) [70]. De foreslår en lineær stigning i stikprøve er nødvendig for enhver størrelsesorden stigning i antallet af testede markører. Derfor ville positiv identifikation af en modtagelig gen fra et screeningsprogram med 1 million SNPs kræver en mindste stikprøvestørrelse på 1000 (dvs. mindst 10 9 SNPs er nødt til at være screenet). Nanopartikler som biomarkører Nanopartikler kan bruges til både kvantitative og kvalitative in vitro påvisning af tumorceller. De øger påvisning processen ved at koncentrere sig og beskytte en markør fra nedbrydning, for at gøre analysen mere følsomme. For eksempel var streptavidin-coatede lysstofrør polystyren nanospheres Fluospheres ® (grøn fluorescens) og TransFluospheres ® (rød fluorescens), der anvendes i én farve flowcytometri til at opdage den epidermale vækstfaktor receptor (EGFR) på A431 celler (humane epidermoid carcinoma celler) [71 ]. Resultaterne har vist, at fluorescerende nanospheres forudsat en følsomhed på 25 gange mere end den konjugerede streptavidin-fluorescein. Nyt værktøj kan nu udviklet, designet ved skæringspunktet mellem proteomics og nanoteknologi, hvor nanoharvesting agenter kan instilleres i omløb (f.eks derivatized guld partikler) eller i blodet strømaftagere til at fungere som "molekylær mopper", at opsuge og forstærke bundet og kompleksbundet biomarkører, der findes [72-74]. Disse nanopartikler, med deres bundne diagnostiske last, kan være direkte forespørges via massespektrometri til at afsløre den lave molekylevægt og beriget biomarkør signaturer. I sidste ende, er nytten af en metode til påvisning af sygdommen vurderes på dens kliniske betydning for patientens udfaldet og sygdomsfri overlevelse [75]. Hvad er et presserende behov i studiet af sygdomme i almindelighed, er udviklingen af biomarkører, der kan opdage helbredelige sygdomme tidligere, og ikke afsløre fremskreden sygdom bedre. Kontraststoffer er blevet læsset på nanopartikler for tumor diagnose formål. De fysisk-kemiske egenskaber (partikelstørrelse, overflade ladning, overfladebelægning, stabilitet) af nanopartikler tillader omdirigering og koncentrationen af markøren på det specifikke område af interesse. Mærkede kolloide partikler kunne bruges som billeddiagnostiske agenter. På den anden side, er nogle ikke-mærket kolloid systemer, der allerede er i brug, og nogle er stadig at blive afprøvet som kontraststoffer i relaterede diagnose procedurer såsom CT-og NMR-billeddannelse. Til dato, er en undersøgelse af radionukleidkontaminering brug i diagnostisk billeddannelse med nanopartikler til kræft opdagelse endnu ikke offentliggjort. Men kan som konventionelle kolloide partikler kan være celler i organer som lever, milt, lunger og knoglemarv, og så længe-cirkulerende nanopartikler har en kompartment lokalisering i blodcirkulationen og lymfesystemet-alle disse organer bliver potentielle lokaliteter for tumor udvikling, kan disse kolloide systemer potentielt kan forbedre tumor diagnose. I fremtiden kan nanopartikler, der er udviklet med specifikke bindingsaffiniteter resuspenderes i de indsamlede kropsvæsker, eller måske endda injiceret direkte i blodbanen. De nanopartikler, sammen med den bundne molekyler, kunne direkte fanget på manipuleret filtre og direkte udspurgt af ultrahøj opløsning massespektrometri (fx Fourier Transform Ion Cyklotron Resonance). Nanoteknologi i målinger af opløst ilt Ilt er en af de vigtigste metabolitter i aerobe systemer, samt måling af opløst ilt er af vital betydning i medicinske, industrielle og miljømæssige formål. Nylige interesse for metoder til måling af koncentrationen af opløst ilt har været fokuseret primært på optiske sensorer, på grund af deres fordele i forhold til konventionelle amperometriske elektroder i, at de er hurtigere, ikke forbruger ilt, og er ikke let forgiftet [76, 77]. Optisk Pebble (prober indkapslet af biologisk lokaliserede indlejre) nanosensorer er blevet udviklet for opløst ilt ved hjælp af organisk modificeret silikat (ormosil) nanopartikler som en matrix. De ormosil nanopartikler er forberedt gennem en sol-gel-baseret proces, som omfatter dannelsen af kerne partikler med phenyltrimethoxysilane som en forløber efterfulgt af dannelsen af en belægning lag med methyltrimethoxy som en forløber [78]. Den meget gennemtrængelige struktur og hydrofobe karakter ormosil nanopartikler, samt deres lille størrelse, resultere i en fremragende overordnet quenching reaktion på opløst ilt og en lineær respons over hele spektret, fra 0 -100% ilt-mættet vand. Dette Pebble sensor har en højere følsomhed og en bredere linearitet samt længere excitation og emissionen bølgelængder, hvilket resulterer i reduceret baggrundsstøj for cellulære måling. Pebble sensorer er fremragende med hensyn til deres reversibilitet og stabilitet til udvaskning og lang tids opbevaring. En real-time overvågning af ændringer i af opløst ilt på grund af celle respiration i et lukket kammer blev foretaget af genet pistol leveret rullesten. Denne sensor er nu anvendes til samtidig intracellulær målinger af ilt og glukose [78]. Anvendelse af nanoteknologi til P450-enzymer Cytochrom P450 er særdeles relevante for den bio-analytiske område [79]. De danner en stor familie af enzymer til stede i alle væv afgørende betydning for metabolismen af de fleste lægemidler i brug i dag, spiller en afgørende rolle i udvikling af nye lægemidler og opdagelse proces. De fungerer som katalysatorer for indsættelsen af en af de to atomer af et ilt molekyle ind i en række forskellige substrater (R) med en ganske bred regioselectivity, der fører til samtidig reduktion af de andre iltatom til vand, som vist i nedenstående ligning [29] .  Flere metoder er blevet rapporteret i litteraturen for screening af substrat omsætningen med P450s i et high throughput-format [80-83]. Men de alle langt fra er begrænset til at teste aktiviteten af P450 enzymer gennem påvisning af konverteringen af en bestemt markør substrat, men Tsotsou et al 2002 [84] har været i stand til at udvikle en metode, der kaldes alkalimetaller metode, som kan opdage omsætning af NAD (P) H eller NAD (P) + afhængige enzym. De fremskridt på disse forsknings-fronter og deres kombinationer giver en stærk platform for fremtidige anvendelser af disse enzymer, med særlig henvisning til protein array-teknologi. Anvendelse af nanoteknologi til Tissue Engineering Tissue engineering er baseret på skabelsen af nye væv in vitro efterfulgt af kirurgisk placering i kroppen eller stimulering af normale reparation in situ ved hjælp af bioartificial konstruerer eller implantater af levende celler indført i eller i nærheden af det område af skader. Selv om det er hovedsageligt beskæftiget sig med hjælp af menneskeligt materiale, enten fra patienten selv (autolog) eller fra andre menneskelige kilder (allogene), materiale fra andre pattedyr kilder er også blevet anvendt i mennesker (xenogene). Inddragelse af mikroelektronik og nanoteknologi til at skabe et virkeligt bioartificial væv eller organ, der kan træde i stedet for en, der er uhelbredeligt syge, som et øje, har øre, hjerte, eller joint været planlagt. Implantable proteser og nanoscaffolds til brug ved dyrkning af kunstige organer er mål for nanoteknologi forskere. Nanoengineering af hydroxyapatit for knogle udskiftning er rimeligt avancerede [85, 86]. I fremtiden, kunne vi forestille os en verden, hvor medicinsk nanodevices rutinemæssigt implanteret eller endda sprøjtes ind i blodbanen til at overvåge wellness og til automatisk at deltage i reparation af systemer, der afviger fra etablerede normer. Disse nanobots kan gøres personlig ved at skræddersy dem til patientens genotype og fænotype for at optimere intervention på tidligt som muligt i løbet af sygdommens udtryk [4]. Vækst i nye organer Nanoskala bygning af celler kan opnås ved at deres programsatte replikation. De signaler sendes frem og tilbage med instruktion i den ønskede størrelse og form danner byggepladsen. Når du er færdig instruktioner er færdig, kan de organer skal dyrkes efter forudsætningen specifikationer. Disse organer kunne være de nødvendige DNA-kodet til at være forenelig med de nødvendige menneskelige krop immunologiske status. Dette kan øge integrationen af kunstige konstruktioner med levende væv, der udgør en mere hensigtsmæssig grænseflade til biologiske systemer. Med fordel i mangel af immunreaktion i modsætning til nutidens donor organtransplantation. I de kommende år dette kan udrette et kvantespring i forvaltningen af organsvigt lidelser.  Figur 2. Grafisk fremstilling af nanoskala opbygning og vækst af nye organer. Molecular Imaging Nye billeddiagnostiske metoder, der anvender genetisk kodet lysstofrør og selvlysende reportere (dvs. belyst eller glødende identifikation tags) tilbyder afslørende indsigt i den levende krop som aldrig set før. Oplysninger fra disse journalister kan bruges til at øge vores forståelse af den menneskelige biologi og udvikling af behandlingsmetoder for mange sygdomme, herunder kræft, infektion, neurodegenerative og hjerte-kar-sygdom. Ud over skrider hidtil gjort med molekylære agenter, der er førende i branchen også fremvisning af hastigt udviklende imaging teknologier, der tillader forskerne at se organismer på det molekylære niveau (Tabel 2). Tabel 2. Nyeste produkter i Molecular Imaging og tilhørende producerende virksomheder | | SPECT / CT hybrid billeddannende systemer | Philips Medical Systems / Siemens Medical Solutions | | GFAP-Luc (glial fibrillære syre protein) | Xenon | | Ultralyd bobler | Schering AG | | NeuroSpec ™ (billeddiagnostiske agent) | Tyco Healthcare / Mallinckrodt Inc. | | udforske Locus Ultra ( Volumetrisk CT system) | GE Medical systemet | Definity ® eller Sonolysis ™ (nanosurgery) | ImaRx |
· SPECT / CT hybride systemer indfange både funktionel information om molekylære og cellulære processer (vækst og aktivitet) og anatomiske detaljer (størrelse og form) af en målrettet molekylær struktur mere hurtigt, effektivt og klart end standard imaging enheder. Billederne fra disse systemer kan bistå med hurtig identifikation af tumorer, analyse af passende behandling, levering af målrettet terapi til præcist at ødelægge target-celler, og følge op på at vurdere effektivitet af behandlingen. · Xenon præsenterede sin nyere lys producere transgene dyremodeller (GFAP-Luc) under Society for Molecular Imaging er 3. årlige møde. Denne model kan vise sig at være en vigtig model for sporing af skader og reparation i kroniske neurologiske lidelser som post-iskæmisk slagtilfælde eller Parkinsons sygdom. · En ultralyd kontraststof er lavet af bittesmå "mikrobobler", der spreder lys og gøre det muligt for klinikeren at se, hvilken del af hjertemusklen er dårligt fungerende. Følsomheden og fleksibilitet af ultralyd gør den til den mest følsomme metode til billeddannelse mikrobobler, fordi det bevidst forstyrrer mønstret og producerer en meget stærk og meget karakteristisk forbigående effekt. For eksempel, · Definity ® ellers kendt som Sonolysis ™ er gasfyldte mikrobobler for nye terapeutiske applikationer. For at opløse vaskulær trombose, er mikrobobler indgivet intravenøst til en patient eller injiceres lokalt i en bestemt vaskulær struktur såsom en vaskulær graft. Ultralyd anvendes eksternt (eller kan anvendes internt via kateter) over det område, som blodprop til at give lokal, målrettet indsats. Da mikroboblerne perfuse den størkne, de fungerer som mikromekaniske enheder, hvor ultralyds pulser boblerne og blæser op bobler i ultralyd feltet, hvilket fører til blodprop opløsning. Sonolysis nanosurgery er lokalt målrettet nanoinvasive terapi til behandling af vaskulær trombose. Sammenlignet med alternative behandlingsformer til behandling af blodpropper, giver sonolysis de potentielle fordele ved at være mindre invasiv end mekanisk thrombectomy og hurtigere end konventionel medicinsk behandling med mindre risiko for blødninger. · NeutroSpec ™ er et billeddiagnostiske agent, der etiketterne hvide blodlegemer og myeloide forstadier uden behov for fjernelse og reinjektion af blod til patienter. Dette nye produkt er for patienter med tvetydige tegn på blindtarmsbetændelse, som er fem år gammel og op. NeutroSpec også letter visualiseringen af billeder genereres via gammakamera tillader læger til hurtigt og let finde de steder for infektion og dermed eliminere forsinkelser og / eller risici, som normalt er tilknyttet alternativ hvide blodlegemer mærkning processer. · udforske Locus Ultra er et første klasses volumetriske CT-system, der kan quantitating fysiologiske målinger og udarbejde anatomi af væv, tumorer og orgel perfusion. Den Locus Ultra udfører også billedoptagelse med en sats på en sub-sekund, der gør det muligt dynamisk imaging. Resumé Den tværfaglige inden for nanoteknologi ansøgning for at opdage nye molekyler og manipulere dem, der findes naturligt kunne være blændende i sit potentiale til at forbedre sundhedsplejen. Spin-offs af nanobioteknologi kunne udnyttes på tværs af alle lande i verden. I fremtiden, kunne vi forestille os en verden, hvor medicinsk nanodevices rutinemæssigt implanteret eller endda sprøjtes ind i blodbanen for at overvåge sundhed og til automatisk at deltage i reparation af systemer, der afviger fra det normale mønster. Den fortsatte fremgang inden for biomedicinsk nanoteknologi er etablering og samarbejde mellem forskergrupper i komplementære områder. Sådanne samarbejder skal opretholdes ikke kun på specialmedier markniveau, men også internationalt. En succesfuld udvikling og implementering af internationale samarbejder skaber et globalt perspektiv på forskning og samler fordelene for menneskeheden i almindelighed. Men nanoteknologi i medicin står over for enorme tekniske forhindringer i at lange forsinkelser og mange fejl er uundgåelige. Ligeledes bør det ikke tages for givet de farer og negative konsekvenser af nanobioteknologi når den anvendes i krigsførelse, i hænderne på terrorister og katastrofer i forbindelse med dens anvendelse i energiproduktionen, når og hvor det rammer, eller de risici, der er forbundet med nanopartikler i blodcirkulationen. Det skal blive værdsat, at nanoteknologi ikke i sig selv en enkelt ny videnskabelig disciplin, men snarere et mødested for de traditionelle videnskaber som kemi, fysik, biologi og materialevidenskab at samle den nødvendige samlede viden og ekspertise, der kræves for udviklingen af disse nye teknologier. Anerkendelser Forfatterne ønsker at udtrykke deres taknemlighed til Prof. Guy M. Tremblay og Dr. Jakob Bonlokke for deres kritiske gennemgang af manuskriptet og hjælpsomme forslag og også fru Cecile Bilodeau, audio-visuelle afdeling for at designe Figur 1. Referencer 1. Richard Feynman, "Six Easy Pieces", Addison-Wesley Pub. Co, Menlo Park , CA , 1963. 2. Sahoo KS og Labhasetwar V. "Nanotech metoder til Drug Delivery and Imaging", DDT Vol.. 8, nr. 24, 1112-1120, 2003. 3. BECON Nanoscience og Nanoteknologi Symposium Report, juni (2000). National Institutes of Health Bioengineering Consortium, 2000. National Institute of Health hjemmeside, adgang til 20 mar 2005. 4. Thrall JH "Nanoteknologi og Medicin. Radiologi ", bd. 230 (2), 315-318, 2004. 5. Roy I., Ohulchanskyy TY, Pudavar HE, et al, "Keramisk-Based Nanopartikler narres vanduopløselige fotosensibiliserende lægemidler mod cancer: A Novel Drug-Carrier System til Fotodynamisk terapi.", J. Am. Chem. Soc., 125, 7860-7865, 2003. 6. Brigger I. , Dubernet C., og Couvreur P., "Nanopartikler i kræftbehandling og diagnose", adv. Drug afgivet. Rev, 54,631-651, 2002. 7. Crommelin DJ, Storm G., Jiskoot W., Stenekes R., Mastrobattista E. og Hennink vi, "nanoteknologiske tilgange til levering af makromolekyler", J. Kontrol Release, 87,81-88, 2003. 8. Na K. og Bae YH, "selv-samlet Hydrogel Nanopartikler Responsive til Tumor Ekstracellulær Ph Fra pullulan Afledte / sulfonamid Konjugat: Karakterisering, Aggregering og Adriamycin Slip In Vitro", Pharm. Res., 19,681-683, 2002. 9. Couvreur P., Barratt G., Fattal E., Legrand P. og Vauthier C., "Nanocapsule Tech teknologi: A Review ", Crit. Rev Der. Drug. Carrier Syst., 19, 99-134, 2002. 10. Xu L., Frederik P. og Pirollo KF, "Self-samling af en virus-Efterligning nanostruktur System til effektiv Tumor-Målrettet Gene Delivery", Hum. Gene Der., 13, 469-481, 2002. 11. Liu G., Li D., Pasumarthy MK, et al. "Nanopartikler af Komprimeret DNA Transfect Postmitotic celler", J. Biol. Chem., 278, 32578-32586, 2003. 12. Lewin M., Carlesso N., Tung CH, et al, "Tat peptid derivatized magnetiske nanopartikler Tillad i Vivo Sporing og gendannelse af stamceller«, Nat. Biotek., 18, 410-413, 2000. 13. Reynolds AR, Moein Moghimi S. og Hodivala-Dilke K., "Nanopartikel Mediated Gene Levering til Tumor nydannede kar", Trends Mol. Med., 9, 2-4, 2003. 14. Robert A. Freitas Jr., "Nanomedicin", bind I: grundlæggende kapaciteter, Landes Bioscience, Georgetown , TX , 1999 15. Edelstein RL, Tamanaha CR, Sheehan PE, Miller MM, Baselt DR, Whitman LJ og Colton RJ, "The BARC biosensor anvendes til sporing af biologiske kampmidler", Biosensorer Bioelectron., 14, 805-813, 2000. 16. Nam JM, Thaxton CC og Mirkin CA, "Nanopartikler-Based Bio-Bar Koder for ultrafølsomme Påvisning af proteiner", Videnskab, 301,1884-1886, 2003. 17. Mahtab R., Rogers JP og Murphy CJ, "protein-Sized Quantum Dot Luminescence kan skelne mellem 'Straight', 'Bent' og 'knæk' oligonukleotider", J. Am. Chem. Soc., 117, 9099-9100, 1995. 18. Ma J., Wong H., Kong LB og Peng KW, "Biomimetic Behandling af Nanokrystallinske Bioaktive Apatit Coating på Titanium", Nanoteknologi, 14,619-623, 2003. 19. de la Isla A., Brostow W., Bujard B., Estevez M., Rodriguez JR, Vagas S. og Castano VM "Nanohybrid ridse sikker for tænder og knogler viskoelasticitet manifesteret i Tribologi", Mat. Resr. Innovat., 7, 110-114, 2003. 20. Yoshida J. og Kobayashi T., "Intracellulær Hypertermi for Cancer Brug Magnetit Kationiske Liposomer", J. Magn. Mater., 194,176-184, 1999. 48. Nishizawa M., Menon VP og Martin CR, "Metal Nanotubule membraner med elektrokemisk Omstillelig Ion-Transport Selektivitet", Science, 268, 700-702, 1995. 49. Cornell B., Braach-Maksvytis V., Kong L., Osman P., Raguse B., Wieczorek L. og Pace R., "en biosensor, der bruger Ion-Channel-switche", Nature, 387, 580-583, 1997 . 50. Li KC, Pandit SD , Guccione S. og Bednarski MD, "Molecular Imaging Applications i Nanomedicin", Biomedicinsk Microdevices, 6 (2), 113-116, 2004. 51. Roy I., Mitra S., Maitra A. og Mozumdar S., "calciumphosphat nanopartikler som ny ikke-virale vektorer for målrettet Gene Delivery", International Journal of Farmaci, 250, 25-33, 2003. 52. Roy I., Ohulchanskyy TY, Bharali DJ, Pudavar HE, Mistretta RA, Kaur N. og Prasad PN, "optisk sporing af økologisk Modified Silica nanopartikler som DNA Carriers: En ikke-viral, Nanomedicin Approach for Gene Delivery", PNAS, 102 (2), 279-284, 2005. 53. Mullis K., Faloona F., Scharf S., Saiki R., Horn G. og Erlich H., "specifikke enzymatiske Forstærkning af DNA in vitro: Den Polymerase Chain Reaction", Cold Spring Harbor symptomer. Quant. Biol., 51, 263-273, 1986. 54. Saiki RK, Bugawan TL, Horn GT, Mullis KB og Erlich HA, "Analyse af Enzymatisk Amplified B-globin og Hladqa DNA med allelspecifik Oligonucleotid Probes", Nature, 324, 163-166, 1986. 55. Niemeyer CM, Adler M., Pignataro B., Lenhert S., Gao S., Chi LF, Fuchs H. og Blohm D., "selvsamling af DNA-Streptavidin Nanostrukturer og deres anvendelse som Reagenser I Immunio-PCR", Nucleic Acids Res., 27, 4553-4561, 1999.
Date Added: May 19, 2005
Last Update: 5. October 2011 21:45
|