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DOI : 10.2240/azojono0101

Impacto de la Nanotecnología en Ciencias Biomédicas: Revista de Conceptos Actuales en la Convergencia de la Nanotecnología Con Biología

Herberto Ernesto y Rahul Shetty

Sometido: 26 de marzo de 2005th

Asentado: 18 de mayoth 2005

Temas Revestidos

Extracto

Antecedentes

Recientes Desarrollos

Tecnología Nano-DNA

Nanobiotecnología en Único Análisis del Polimorfismo del Nucleótido de la Alto-Producción

Nanoparticles como Biomarkers

Nanotecnología en Mediciones del Oxígeno Disuelto

Aplicación de la Nanotecnología a las Enzimas P450

Aplicación de la Nanotecnología a la Ingeniería del Tejido

Incremento de Nuevos Órganos

Proyección De Imagen Molecular

Resumen

Acuses De Recibo

Referencias

Detalles del Contacto

Dos de las tecnologías más prometedoras del siglo XXI son biotecnología y nanotecnología.

Esta ciencia de las estructuras del nanoscale se ocupa de la creación, de la investigación y de la utilización de los sistemas que son 1000 veces más pequeños que los componentes usados actualmente en el campo de la microelectrónica. La Biotecnología se ocupa de proceso metabólico con microoraganisms. Convergencia de estos resultados de dos tecnologías en el incremento de la nanobiotecnología. Esta combinación interdisciplinaria puede crear muchas herramientas innovadoras.

Las aplicaciones biomédicas de la nanotecnología son los productos directos de tales convergencias.

Sin Embargo, los retos para los científicos y los representantes técnicos que trabajan en el campo de la nanotecnología son muy enormes y extraordinario complejo en naturaleza.

El Utilitario de la nanotecnología a las ciencias biomédicas implica la creación de los materiales y de los dispositivos diseñados para obrar recíprocamente con el cuerpo en las escalas subcelulares con un alto nivel de especificidad. Esto se podría potencialmente traducir a celular apuntada y las aplicaciones clínicas tejido-específicas tuvieron como objetivo efectos terapéuticos máximos con adverso-efectos muy limitados.

La Nanotecnología en ciencias biomédicas presenta muchas oportunidades revolucionarias en el combate contra toda clase de cáncer, de desordenes cardiacos y neurodegenerative, de infección y otras enfermedades.

Este artículo presenta una reseña de algunas de las aplicaciones de la nanotecnología en ciencias biomédicas.

La Nanotecnología es una nueva área de la ciencia que implica el trabajar con los materiales y los dispositivos que están en el nivel del nanoscale. Los nanómetros son milmillonésimas de un contador. Es decir, cerca de 1/80,000 del diámetro de un cabello humano, o diez veces el diámetro de un átomo de hidrógeno. Manipula las propiedades químicas y físicas de una substancia en nivel molecular. La Nanotecnología altera la manera que pensamos, él enmascara los límites entre la física, química y la biología, la eliminación de estos límites planteará muchos retos y nuevas direcciones para la organización de la educación y de la investigación.

Richard que el ` llamado discurso de Feynman Allí es un montón de sitio en la parte inferior' acentuó en 1959 este concepto - Si nuestras pequeñas mentes, para una cierta conveniencia, dividen este universo en piezas, la física, biología, geología, astronomía, psicología y así sucesivamente - Recuerde que la naturaleza no la conoce [1].

La Nanobiotecnología es la unificación de la biotecnología y de la nanotecnología. Esta disciplina híbrida puede también significar la fabricación de las máquinas de la atómico-escala imitando o incorporando sistemas biológicos en el nivel molecular, o la construcción de las herramientas minúsculas para estudiar o para cambiar el átomo natural de las propiedades de la estructura por el átomo. La Nanobiotecnología puede tener una combinación de la microtecnología clásica con una aproximación biológica molecular. La Biotecnología utiliza el conocimiento y las técnicas de la biología para manipular los procesos moleculares, genéticos, y celulares para desarrollar productos y servicios, y se utiliza en campos diversos del remedio a la agricultura. La Convergencia, es una actividad o la tendencia que ocurre basado en los materiales comunes y capacidad-en este caso la disciplina que activa convergencia es nanotecnología. Las oportunidades potenciales ofrecidas por este interfaz son verdad excepcionales; el traslapo de Biotech, del nanotech y de la tecnología de la información está trayendo a la fruición muchas aplicaciones importantes en ciencias de la vida.

Se prevee que Esta tecnología cree innovaciones y desempeñe un papel vital en las diversas aplicaciones biomédicas (Fig. 1), no sólo en salida y terapia génica de la droga, pero también en proyección de imagen molecular, biomarkers y biosensores. la medicación y los métodos Meta-Específicos para el diagnóstico precoz de patologías son las áreas de investigación de la prioridad donde la nanotecnología desempeñaría un papel destacado [2].

AZoNano - Gorrón En Línea de la Nanotecnología - ejemplo Esquemático de la nanotecnología que revoluciona ciencias biomédicas.

Figure1. Ejemplo Esquemático de la nanotecnología que revoluciona ciencias biomédicas.

Los Institutos Nacionales del Consorcio de la Bioingeniería de la Salud (BECON) llevaron a cabo un simposio en 2000 “Nanoscience dado derecho y Tecnología

El objetivo de BECON era aumentar la comunicación entre los científicos biomédicos y los representantes técnicos que traen diversos aspectos de sus habilidades y conocimiento para referir estos problemas y para hacer a la comunidad biomédica más enterada de los progresos emergentes en el campo de la nanotecnología. Las deliberaciones de la conferencia ahora son reforzadas extensamente por la experiencia cotidiana, aumentando capacidad de manipular las moléculas individuales en un nanoscale y de combinar biomoléculas con otras estructuras del nanoscale. Esta capacidad proporciona a la oportunidad para las nuevas aplicaciones terapéuticas y diagnósticas no dichas activando el edificio de estructuras nuevas de abajo hacia arriba [4].

En el futuro próximo, la aplicación clínica más importante de la nanotecnología estará probablemente en el revelado farmacéutico. Estas aplicaciones se aprovechan de las propiedades únicas de nanoparticles como drogas o de los componentes de drogas o se diseñan para las nuevas estrategias al desbloquear controlado, drogan el alcance, y la recuperación de drogas con la biodisponibilidad inferior [5-7].

Las cápsulas del polímero de Nanoscale se pueden diseñar para analizar y para release/versión las drogas a los tipos controlados, para permitir el desbloquear diferenciado en ciertos ambientes, tales como un media ácido, y para ascender la absorción en tumores comparado con los tejidos normales [8]. Mucha investigación ahora se centra en crear los polímeros nuevos y la exploración de combinaciones específicas del droga-polímero. Nanocapsules se puede sintetizar directamente de los monómeros o mediante el nanodeposition de los polímeros preformados [9]. Nanocapsules también se ha formulado de la albúmina y de los liposomas. Los sistemas de envío Implantables de la droga se están desarrollando que harán uso de nanopores para controlar el desbloquear de la droga.

Una de las cuestiones claves en biodisponibilidad es transfección de la célula en terapia génica de la DNA. Los métodos Actuales tienen limitaciones importantes, incluyendo el riesgo de transmisión inadvertida de la enfermedad por vectores virales. Esto ha llevado a investigadores a explorar los complejos polímero-DNA y los complejos liposoma-DNA para la salida del gen [10]. También se ha mostrado que la DNA condensada bajo la forma de nanoparticles se puede utilizar a las células postmitotic del transfect [11].

A Pesar Del riesgo y las limitaciones, los vectores virales son una aproximación biomimetic eficiente para drogar el alcance y salida. El péptido del tat del virus de inmunodeficiencia humana (HIV) y otras proteínas virales se están asociando a la DNA, a las proteínas, y a otros materiales para la absorción en las células. Estos nano-ensamblajes imitan la acción de las proteínas de la fusión que hacen la transfección viral eficiente [12, 13]. La Nanotecnología también ha activado el revelado de biochips y tiene un papel en la fabricación verde (las áreas e.g del biocompatibility y del biocomplexity). Otras aplicaciones incluyen el diseño de los sensores para los astronautas, los soldados, los biofluids (para manejar la DNA y otras moléculas), la fertilización in vitro de las existencias vivas, el nanofiltration, el ` del bioprocessing por diseño' y la rastreabilidad de la comida genético modificada (Cuadro 1).

Filete del Cuadro 1 de las aplicaciones de la Nanotecnología a las ciencias Biomédicas

Nano-Aplicaciones

Referencias

 

Bio-Detección de patógeno

15

 

Detección de proteínas

16

 

Sondeo de la estructura de la DNA

17

 

Ingeniería del Tejido

18, 19

 

Destrucción de Calor del tumor (hipertermia)

20

 

Estudios de Phagokinetic

21

 

Aumento del Contraste de MRI

22

 

Separación y purificación de biomoléculas y de células

23

 

Etiquetas de plástico biológicas Fluorescentes

24, 25

 

Salida de la Droga y del gen

26, 27

 

Células Artificiales y sus ensamblajes

28

Diseño de las proteínas para el transporte eficiente del electrón o con las características mecánicas

29

Usando tecnología de la pluma del declive

30, 31

Formación e incremento de nanostructures en biosistemas vivos (e.g por las instalaciones de la alfalfa)

32

Biosensores

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

Nanorods para las aplicaciones de la vacunación

40

Las áreas Exploratorias para la nanotecnología incluirán la investigación en la condición y/o la reparación del cerebro y otras áreas para recuperar la cognición. Puede ser que también encuentre la aplicación en el diseño de los productos farmacéuticos en función de genotipos pacientes y en la aplicación de las substancias químicas para estimular la producción en función de genotipos de la instalación. La síntesis de substancias químicas más efectivas y más biodegradables para la agricultura y la producción de detectores implantables se podían ayudar por la nanotecnología con cantidades mínimas de sangre. Empleando esta tecnología debe también ser posible desarrollar los métodos que utilizan la saliva en vez de la sangre para la detección de las enfermedades o que pueden realizarse terminan la prueba de la sangre dentro de un corto período de tiempo. Ediciones Más Amplias incluyen el remedio molecular económico, agricultura sostenible, protección del biocomplexity, y de activar tecnologías emergentes.

Richard E. Smalley, ganador del Premio Nobel 1996 En la Química anunciada en su testimonio del congreso al gobierno sobre la percatación cada vez mayor en la comunidad científica y técnica de nuestro asiento en una nueva época dorada. El interés Que Brotaba en las aplicaciones médicas de la nanotecnología ha llevado a la aparición de una nueva disciplina conocida como nanomedicine [14]. En una extensión más amplia, el nanomedicine es el proceso del diagnóstico, tratando, evitando enfermedad y daño traumático, de relevar dolor, y de preservar y de aumentar salud humana, usando las herramientas moleculares y el conocimiento molecular del cuerpo humano. El propósito de esta revista es lanzar más luz en los avances recientes y el impacto de la nanotecnología en ciencias biomédicas.

Recientes Desarrollos

El Diagnóstico médico con la salida apropiada y efectiva de productos farmacéuticos es las áreas médicas donde nanosize las partículas han encontrado aplicaciones prácticas. Sin Embargo, hay muchas otras ofertas interesantes para el uso de herramientas nanomechanical en los campos de la investigación médica y de la práctica clínica. Tales nanotools están aguardando la construcción, y están actualmente más bién una fantasía. Sin Embargo, puede ser que sean muy útiles, y se conviertan en una realidad en un futuro próximo [41].

Nanodevices en ciencias médicas podría funcionar para reemplazar las células defectuosas o incorrectamente de funcionamientos, tales como el respirocyte propuesto por Freitas [42]. Este glóbulo rojo artificial es teóricamente capaz de proporcionar al oxígeno más efectivo que un eritrocito. Podría reemplazar los glóbulos rojos naturales defectuosos en la circulación de sangre. Las aplicaciones Primarias de respirocytes pueden implicar la substitución transfusable de la sangre, de problemas prenatales/neonatales del tratamiento parcial de la anemia, y de desordenes del pulmón.

Ha estado señalado que los nanomachines podrían administrar las drogas dentro del cuerpo de un paciente. Tales nanoconstructions podrían entregar las drogas a los sitios peculiares que hacían el tratamiento más exacto y exacto [43]. Las máquinas Similares con las armas específicas del `' se podían utilizar para quitar obstáculos en el sistema circulatorio o en la identificación y la matanza de las células del tumor.

La otra aplicación vital de la nanotecnología en relación a la investigación médica y los diagnósticos son nanorobots. Nanorobots, operatorio en el cuerpo humano, podía vigilar los niveles de diversas pastas y registrar la información en la memoria interna. Podían ser utilizadas rápidamente en el examen de un tejido dado, reconociendo sus características bioquímicas, biomecánicas, e histometrical minuciosamente. Apenas pues la biotecnología amplía el rango y la eficacia de las opciones del tratamiento disponibles de los nanomaterials, el advenimiento de la nanotecnología molecular desplegará otra vez enormemente la eficacia, la comodidad y la velocidad de los tratamientos médicos futuros mientras que al mismo tiempo importante reduce su riesgo, costo, e invasividad.

La Biotecnología permiso la producción específica y los biopharmaceuticals y las drogas biotecnológicas, muchas cuyo requiera las tecnologías especiales de la formulación superar problemas droga-asociados. Tales retos importantes a resolver incluyen el siguiente: solubilidad pobre, estabilidad química limitada in vitro y in vivo después de la administración (es decir semivida corta), biodisponibilidad pobre y efectos secundarios potencialmente fuertes que requieren el enriquecimiento de la droga en el sitio de la acción (alcance) [44]. Los portadores de Nanoparticulate se han desarrollado como una solución para superar tales problemas de la salida, es decir nanocrystals de la droga, nanoparticles sólidos del lípido (SLN), portadores nanostructured y (NLC) nanoparticles conyugal de la lípido-droga (LDC) [44] del lípido. Los portadores según lo señalado por la Moleta y los colegas son convenientes resolver problemas de la salida con las drogas de Biotech de diversa solubilidad. El Alcance con estos portadores se puede observar por una aproximación muy simple, la adsorción diferenciada de la proteína (tecnología de PathFinder®). Esta tecnología demostrada ser bastante eficiente acumular cantidades suficientemente altas de drogas en el cerebro para alcanzar niveles terapéuticos y también para satisfacer el requisito mayor de ser perseguido por una compañía farmacéutica.

El Punto de Quantum con los nanodots de un color específico se cree para ser flexible y podría ofrecer una manera barata y fácil de revisar una muestra de sangre para la presencia de varios diversos virus al mismo tiempo. Podría también dar a médicos una herramienta rápida de la diagnosis para detectar, por ejemplo, la presencia de un conjunto determinado de proteínas que indica fuertemente el inicio del infarto del miocardio. En la parte de la investigación, la capacidad de marcar simultáneamente biomoléculas con etiqueta múltiples en y dentro de las células podría permitir que los científicos miren los cambios y las acciones celulares complejos asociados a la enfermedad, proporcionando a las pistas valiosas para el revelado de los productos farmacéuticos futuros y de la terapéutica (Quantum Dot Corporation) [45].

El Corazón, el Pulmón, y los planes Nacionales del Instituto de la Sangre (NHLBI) para fomentar la aplicación de la nanotecnología a la investigación y a los desordenes de HLBS (Corazón, Pulmón, Sangre y Sueño). Una solicitud de información (RFI) fue desarrollada, con consejo de científicos y de médicos con intereses en nanotecnología, a la lona la comunidad científica más amplia en aproximaciones a desarrollar y a aplicar la nanotecnología a los desordenes de HLBS. Un grupo de trabajo que comprendía científicos, representantes técnicos, y a médicos con experiencia a través de la nanotecnología, del nanoscience, y del remedio de HLBS se reunió el 28 de febrero de 2003th, usando las reacciones de la IRF como el punto de partida para las discusiones. Confiaron al Grupo de Trabajo con evaluar el campo de la nanotecnología y sugerir las maneras para la investigación. El Grupo de Trabajo advirtió contra excesivamente la definición rígida o restrictiva de la nanotecnología, acentuando la serie continua de escala del nanoscale a la microescala. El Grupo también determinó áreas de la oportunidad y de retos al revelado adicional asociado a la aplicación del nanoscience y a la nanotecnología a la diagnosis, al tratamiento, y a la prevención mejorados de los desordenes de HLBS. También desarrolló recomendaciones prioritarias de facilitar la aplicación de la nanotecnología a las preguntas biológicas y mejoró la atención a los pacientes [46].

El Grupo del OPONER en la Escuela Galés de la Farmacia en la Universidad de Cardiff y otros han observado cómo los polímeros molecular impresos podrían ser médicamente útiles en aplicaciones clínicas tales como desbloquear controlado de la droga, dispositivos de la supervisión de la droga, e imitadores biológicos y del anticuerpo del receptor. Los polímeros molecular impresos de la Histamina y de la efedrina (MIPs) fueron estudiados como imitadores biológicos potenciales del receptor mientras que un propanolol MIPS fue investigado para su uso como tipo que atenuaba el excipiente selectivo en un dispositivo controlado transdérmico [47].

El primeros moleculares voltaje-bloqueada artificiales nanosieve fueron fabricados por Charles R. Martin y colegas [48] en la Universidad de Estado de Colorado en 1995. La membrana de Martin contiene un arsenal de nanotubules cilíndricos del oro con los diámetros interiores tan pequeños como 1.6nm. Cuando los túbulos están positivo - se excluyen los iones cargados, positivos y solamente las iones negativo se transportan a través de la membrana. Cuando la membrana recibe un voltaje negativo, sólo los iones positivos pueden pasar. Los nanodevices Similares pueden combinar el voltaje que bloquea con talla del poro, dimensión de una variable, y apremios de la carga para lograr el mando exacto del transporte de ión con especificidad molecular importante. Un biosensor exquisitamente sensible del interruptor de canal del ión fue construido por un grupo de investigación Australiano [49].

El año 2003 se podría llamar un año muy especial para la investigación biomédica porque celebramos la realización de la secuencia del genoma humano entero que coincidió con el aniversarioth 50 del descubrimiento de la estructura de doble hélice de la DNA por Watson y la Tortícolis. En proyección de imagen biomédica, también atestiguamos conceder del Premio Nobel En Remedio y Fisiología a dos pioneros en Proyección De Imagen De resonancia magnética, de Profesor Paul Lauterbur y de Sir Peter Mansfield. Estas acciones del punto de referencia en tierra ayudaron a destacar el impacto del revelado rápido en muchas disciplinas diversas a la investigación biomédica. La acción de una palanca y los enormes avances en la tecnología de la información de la electrónica y ha sido causada por la investigación biomédica de la proyección de imagen [50]. Las oportunidades y los retos en la investigación biomédica futura mienten en la incorporación del conocimiento ganada de biología molecular con química, la física, la ingeniería, la tecnología de la información, y la nanotecnología para entender la ambigüedad y la complejidad de la vida y para subir con nuevos métodos diagnósticos y terapéuticos.

Los nanoparticles del fosfato de Calcio presentan una clase única de los vectores no-virales, que pueden servir como portadores eficientes y alternativos de la DNA para la salida apuntada de genes. El diseño y la síntesis de la talla ultrabaja, los nanoparticles dopados DNA altamente monodispersed del fosfato de calcio de la talla alrededor de 80nm en diámetro ha estado señalado [51]. La DNA encapsulada dentro del nanoparticle se protege contra el ambiente externo de la ADNasa y se podría utilizar con seguridad para transferir la DNA encapsulada bajo in vitro y in vivo las condiciones.

La aplicación de una combinación del nanomedicine con el biophotonics para ópticamente seguir su trayectoria los caminos celulares de la salida del gen y la transfección resultante usando nanoparticles como vector no-viral se ha demostrado recientemente [52]. La salida del Gen es un área del considerable interés actual; los materiales genéticos (DNA, ARN, y oligonucleótidos) se han utilizado como remedio molecular y se entregan a los tipos específicos de la célula a inhiben una cierta expresión génica indeseable o expresan las proteínas terapéuticas.

Tecnología Nano-DNA

El descubrimiento de la reacción en cadena de polimerasa (PCR) [53, 54] pavimentó la manera a una nueva era de investigación biológica. El impacto se puede aserrar al hilo no sólo en el campo de la biología molecular, pero también en otros campos aliados de la ciencia. Las clases Nuevas de las conjugaciones semisintéticas de la DNA-proteína, de las redes oligoméricas uno mismo-ensambladas consistiendo en el streptavidin y la DNA doble-trenzada, que se pueden convertir en nanocircles supramoleculares bien definidos se han desarrollado [55, 56].

Las conjugaciones DNA-streptavidin son aplicables como bloques huecos modulares para la producción de nuevos reactivos inmunológicos para el análisis de trazo ultrasensible de proteínas y de otros antígenos mediante la metodología inmuno-POLIMERIZACIÓN EN CADENA [57-59]. Inmuno-POLIMERIZACIÓN EN CADENA es una combinación de la especificidad de un immunoensayo anticuerpo-basado con la potencia exponencial de la amplificación de la POLIMERIZACIÓN EN CADENA, por lo tanto dando por resultado un grado de 1000 dobleces de sensibilidad con respecto a métodos estándar de ELISA (análisis Enzima-Conectado del inmunosorbente).

las conjugaciones Uno mismo-Ensambladas DNA-streptavidin también se han aplicado en el campo de la nanotecnología. Por ejemplo, las conjugaciones se utilizan como sistemas modelo para las redes ión-cambiables del nanoparticle, como patrones materiales suaves de la calibración del ` de la nanómetro-escala' para la microscopia de exploración de la antena [60, 61], o como bloques huecos programados para la construcción racional de la configuración biomolecular compleja, que se puede utilizar como modelos para el incremento de los dispositivos inorgánicos de la nanómetro-escala [62, 63]. Las conjugaciones Covalentes de la DNA y del streptavidin de una sola fila se utilizan como adaptadores biomoleculares para la inmovilización de macromoléculas biotinylated en los substratos sólidos con el hibridación del ácido nucléico. Este ` DNA-dirigió la inmovilización' tiene en cuenta para el functionalization reversible y sitio-selectivo de substratos sólidos con los nanoparticles del metal y del semiconductor o, vice versa, el functionalization dirigido DNA de los nanoparticles del oro con las proteínas, tales como inmunoglobulinas y enzimas. La fabricación de nanostructures biometallic funcionales de nanoparticles del oro y los anticuerpos se aplican como herramientas diagnósticas en el bioanalytics [64].

Después de la publicación de una correspondencia de la variación en la serie del genoma humano que contiene sobre dos millones de únicos polimorfismos del nucleótido (SNPs) (El Grupo de Trabajo Internacional de la Correspondencia de SNP, 2001), el reto siguiente es el revelado de las tecnologías para utilizar esta información en una manera de poco costo. Los métodos de Genotyping tienen que ser mejorados para aumentar la producción en por lo menos dos órdenes de magnitud de activar la investigación farmacéutica, biotecnológica y académica para destapar asociaciones entre las variantes y las enfermedades genéticas, con el potencial consiguiente para el revelado de diagnósticos y de terapias nuevos. Las Nuevas aproximaciones a la extracción y a la amplificación de la DNA han acortado los tiempos requeridos para estos procesos a los segundos. Los dispositivos de Microfluidic activan la detección del polimorfismo con la separación muy rápida del fragmento usando la electroforesis capilar y la cromatografía líquida de alto rendimiento, así como la mezcla y el transporte de reactivos y de biomoléculas en los sistemas integrados [65]. Los objetivos básicos en el revelado de un sistema de la extracción y de la purificación de la DNA que sea compatible con requisitos genotyping de la alto-producción SNP son:

·         Desbloquear de la DNA de las células en la solución sin la ruptura (que pela) enzimática (es decir endonucleases) o mecánica de la DNA;

·         Retiro de los escombros celulares (e.g proteínas) que puede obstaculizar análisis de la amplificación o del hibridación de la DNA;

·         Alto-Producción y preparación económica de la muestra de la DNA con los protocolos simplificados que reducen el número de procedimientos implicados;

·         Evitación de requisitos químicos peligrosos tanto cuanto sea posible de disminuir costos de la manipulación y de la eliminación;

·         El Estado Coherente de la calidad y cantidad de rendimiento de la DNA entre muestras de modo que la cuantificación sea innecesaria, y la amplificación y/o el hibridación subsiguientes pueden estar a un alto nivel de reproductibilidad;

·         Un proceso muy eficiente, asegurar suficiente fuente para el número enorme de análisis anticipados; y

·         Un interfaz que activará el cargamento directo de biopsias convencional conectado muestreadas al sistema [65].

El potencial para que la nanotecnología contribuya al análisis rápido de la alto-producción SNP es el más evidente con las plataformas elegantes del biochip. El revelado de una plataforma electrónicamente direccionable del microarray según lo descrito por Heller L. y otros 2000 [66] ha dado lugar a Nanogen Inc. (San Diego, California, los E.E.U.U.). El reto de proporcionar a una o más plataformas de la tecnología capaces de la producción de la investigación de SNP de la orden de 107 genotipos por día necesitará ser logrado, para permitir asociaciones importantes entre los genes y las enfermedades que se establecerán. Además, las plataformas de la tecnología también necesitarán entregar las economías de escala, tales que el costo por genotipo será menos de 0,01$ para la magnitud de blindaje necesaria ser posibles. Del campo rápidamente que se convertía de la nanotecnología, las herramientas nuevas y los procesos se han introducido con el potencial de proporcionar a las capacidades requeridas [67-69].

Las Diferencias de SNPs que ocurren en gran proximidad en el genoma son el uno al otro normalmente correlacionado debido al mecanismo articulado durante el proceso de réplica, y el fragmento de esta correlación se llama desequilibrio del mecanismo articulado. Donde una asociación importante ocurre entre la variación genética observada en SNPs específico y la presencia de una enfermedad, los genes susceptibles pueden ser determinados. Las apreciaciones estadísticas necesarias para eliminar resultados falso-positivos fueron revisadas por McCarthy e Hilfiker (2000) [70]. Sugieren que un aumento lineal en tamaño de muestra sea necesario para cada aumento del orden de magnitud en el número de etiquetas de plástico probadas. Por Lo Tanto, la identificación positiva de un gen susceptible de un programa de cribado incluyendo 1 Millón de SNPs requeriría un tamaño de muestra mínimo de 1000 (es decir una condición atmosférica mínima de 10 SNPs9 tiene que ser revisada).

Nanoparticles se puede utilizar para la detección in vitro cuantitativa y cualitativa de las células del tumor. Aumentan el proceso de la detección concentrando y protegiendo una etiqueta de plástico contra la degradación, para hacer el análisis más sensible. Por ejemplo, los nanospheres fluorescentes streptavidin-revestidos Fluospheres® (fluorescencia verde) y TransFluospheres® (fluorescencia roja) del poliestireno fueron aplicados en único cytometry de flujo del color para detectar el receptor epidérmico del factor de incremento (EGFR) en las células A431 (células epidérmicas humanas) del carcinoma [71]. Los resultados han mostrado que los nanospheres fluorescentes proporcionaron a una sensibilidad 25 veces de más que el de la streptavidin-fluoresceína conyugal.

Las Nuevas herramientas se pueden ahora desarrollar, diseñado en la intersección del proteomics y de la nanotecnología, por el que los agentes nanoharvesting se puedan inculcar en la circulación (e.g partículas derivatizadas del oro) o en los dispositivos de la colección de la sangre para actuar como ″ molecular de las fregonas del ″ que remojan hacia arriba y amplifiquen los biomarkers encuadernados y complexed que existen [72-74]. Estos nanoparticles, con su cargamento diagnóstico encuadernado, se pueden preguntar directamente vía la espectrometría de masa para revelar las firmas de poco peso molecular y enriquecidas del biomarker. Final, el utilitario de cualquier aproximación para detectar enfermedad se evalúa en su impacto clínico al resultado paciente y a la supervivencia sana [75]. Qué se requiere urgente en el estudio de enfermedades generalmente es el revelado de los biomarkers que pueden detectar enfermedades curables anterior, y de no detectar enfermedad avanzada mejor.

Los agentes del Contraste se han cargado sobre los nanoparticles para los propósitos de la diagnosis del tumor. Las características fisicoquímicas (talla de partícula, carga superficial, capa superficial, estabilidad) de los nanoparticles permiten el cambio de dirección y la concentración de la etiqueta de plástico en el sitio específico del interés. Las partículas coloidales Etiqueta se podían utilizar como agentes radiodiagnósticos. Por otra parte, algunos sistemas coloidales no-etiqueta son ya funcionando y algunos todavía se están probando como agentes del contraste en procedimientos relacionados de la diagnosis tales como tomografía calculada y proyección de imagen del RMN.

Hasta la fecha, un estudio del uso del radionucleide en proyección de imagen diagnóstica con los nanoparticles para la detección del cáncer debe todavía ser publicado. Sin Embargo, como las partículas coloidales convencionales pueden ser células de órganos como el hígado, el bazo, los pulmones y la médula y mientras que la largo-circulación de nanoparticles puede tener una localización de compartimiento en la circulación de sangre o el sistema linfático todos estos órganos que son sitios potenciales para el revelado del tumor, estos sistemas coloidales podrían potencialmente mejorar diagnosis del tumor.

En el futuro, los nanoparticles que se dirigen con afinidades obligatorias específicas se pueden suspender de nuevo en los fluídos corporales cerco, o quizás incluso inyectar directamente en la circulación. Los nanoparticles, así como las moléculas encuadernadas, se podrían capturar directamente en los filtros dirigidos y preguntar directamente por espectrometría de masa ultra de alta resolución (e.g. Fourier Transforma Resonancia de Ciclotrón del Ión).

El Oxígeno es uno de los metabilitos mayores en sistemas aerobios, y la medición del oxígeno disuelto es de importancia vital en aplicaciones médicas, industriales, y ambientales. El interés Reciente en los métodos para medir la concentración de oxígeno disuelta se ha centrado principal en los sensores ópticos, debido a sus ventajas sobre los electrodos amperimétricos convencionales en que son más rápidas, no consumen el oxígeno, y no están envenenadas fácilmente [76, 77].

Los nanosensors Ópticos del GUIJARRO (antenas encapsuladas por embutir biológico localizado) se han desarrollado para el oxígeno disuelto usando nanoparticles orgánico modificados del silicato (ormosil) como matriz. Los nanoparticles del ormosil se preparan con un proceso solenoide-gel-basado, que incluye la formación de partículas de la base con el phenyltrimethoxysilane como precursor seguido por la formación de una capa de recubrimiento con el methyltrimethoxysilane como precursor [78]. La estructura altamente permeable y la naturaleza hidrofóbica de los nanoparticles del ormosil, así como sus tamaño pequeño, dan lugar a una reacción de enfriamiento total excelente al oxígeno disuelto y a una reacción lineal sobre el rango entero, a partir de 0 aguas oxígeno-saturadas -100%. Este sensor del GUIJARRO tiene una sensibilidad más alta y longitudes de onda más amplias del linearidad así como más largas de la excitación y de la emisión, dando por resultado el ruido de fondo reducido para la medición celular. Los sensores del GUIJARRO son excelentes en términos de su reversibilidad y estabilidad a la lixiviación y al almacenamiento de larga duración. Una supervisión en tiempo real de cambios en el oxígeno disuelto debido a la respiración de la célula en un compartimiento cerrado fue hecha por el GUIJARRO entregado pistola del gen. Este sensor está siendo aplicado ahora para las mediciones intracelulares simultáneas del oxígeno y de la glucosa [78].

Aplicación de la Nanotecnología a las Enzimas P450

Los Citocromos P450 son altamente relevantes al área bio-analítica [79]. Forman una familia grande de enzimas presentes en todos los tejidos esenciales para el metabolismo de la mayoría del hoy funcionando de las drogas, desempeñando un papel vital en el proceso del revelado y de descubrimiento de la droga. Actúan como catalizadores para la inserción de uno de los dos átomos de una molécula del oxígeno en una variedad de substratos (r) con regioselectivity muy amplio, llevando a la reducción concomitante del otro átomo de oxígeno para regar tal y como se muestra en de la ecuación abajo [29].

Varios métodos han sido señalados en la literatura para la investigación de la rotación del substrato por P450s en un alto formato de la producción [80-83]. Sin Embargo, todos faltan la limitación a probar la actividad de las enzimas P450 con la detección de la conversión de un substrato específico de la etiqueta de plástico, pero Tsotsou y otros 2002 [84] han podido desarrollar un método llamado el método del alcali, que puede detectar la rotación de cualquier NAD (P) H o de NAD (P)+ enzima del dependiente. El progreso en cuanto a estas partes de la investigación y sus combinaciones proporcionan a una plataforma potente para las aplicaciones futuras de estas enzimas, con especial referencia a tecnología del arsenal de la proteína.

Aplicación de la Nanotecnología a la Ingeniería del Tejido

La ingeniería del Tejido se basa en la creación de los nuevos tejidos in vitro seguidos por la colocación quirúrgica en el cuerpo o el estímulo de la reparación normal in situ usando construcciones o implantes bioartificial de las células vivas introducidas en o cerca del área del daño. Aunque se refiere principal a usar el material humano, del paciente ellos mismos (autólogo) o de otras fuentes humanas (allogeneic), el material de otras fuentes mamíferas también se ha aplicado en los seres humanos (xenogeneic).

La implicación de la microelectrónica o la nanotecnología en crear un tejido o un órgano que pueden tomar el lugar de uno que sea terminal enfermo, por ejemplo un aro, oído, un corazón, o una junta verdaderamente bioartificial se ha considerado. Los dispositivos prostéticos y los nanoscaffolds Implantables para el uso en el crecimiento de órganos artificiales son metas de los investigadores de la nanotecnología. Nanoengineering del hydroxyapatite para el repuesto del hueso razonablemente avance [85, 86].

En el futuro, podríamos imaginarnos un mundo donde los nanodevices médicos se implantan o aún se inyectan rutinario en la circulación sanguínea para vigilar salud y para participar automáticamente en la reparación de los sistemas que se desvían de normas establecidas. Estos nanobots podrían ser personalizados adaptándolas al genotipo y al fenotipo pacientes para optimizar la intervención en el primero tiempo en el curso de la expresión de la enfermedad [4].

Incremento de Nuevos Órganos

El edificio de Nanoscale de células se puede lograr por su réplica programada. Las señales se transmiten hacia adelante y hacia atrás con la instrucción para el formulario deseado de la talla y de la dimensión de una variable el emplazamiento de la obra. Cuando se acaban las instrucciones completas, los órganos se pueden crecer según los pliegos de condiciones necesarios de antemano.

Estos órganos podían tener la DNA necesaria codificada para ser compatibles con el estatus inmunológico requerido del cuerpo humano. Esto puede aumentar la integración de estructuras artificiales con los tejidos vivos, presentando un interfaz más apropiado a los sistemas biológicos. Con la ventaja en ausencia de trasplante dispensador de aceite de hoy desemejante del órgano de la reacción inmune. En los próximos años esto puede lograr un Salto cualitativo en la administración de los desordenes del incidente del órgano.

AZoNano - Gorrón En Línea de la Nanotecnología - representación Gráfica de la construcción del nanoscale y del incremento de nuevos órganos.

Representación Gráfica de la construcción del nanoscale y del incremento de nuevos órganos.

Proyección De Imagen Molecular

Las Nuevas aproximaciones de la proyección de imagen usando reporteros fluorescentes y bioluminiscentes genético codificados (las etiquetas de identificación es decir, iluminadas o que brillan intensamente) están ofreciendo discernimientos que revelan al cuerpo vivo según lo nunca observado antes. La Información proporcionada por estos reporteros se puede utilizar para aumentar nuestra comprensión de la biología humana y el revelado de las aproximaciones terapéuticas para muchas enfermedades, incluyendo la enfermedad del cáncer, de la infección, neurodegenerative y cardiovascular.

Además de progresa hecho hasta ahora con los agentes moleculares, líderes del sector también están mostrando las tecnologías de la imagen en plena evolución que permiten que los científicos vean organismos en el nivel molecular (Cuadro 2).

Los Últimos productos del Cuadro 2. en Proyección De Imagen Molecular y Empresas Productoras asociadas

Nombre de Producto

Compañía (IES)

 

Sistemas híbridos de la proyección de imagen de SPECT/CT

Philips Medical Systems/Soluciones Médicas de Siemens

 

GFAP-Lucas (proteína ácida fibrilosa glial)

Xenón

 

Burbujas del Ultrasonido

Schering AG

 

NeuroSpec™ (agente radiodiagnóstico)

Tyco Healthcare/Mallinckrodt Inc.

 

explore el Lugar Geométrico Ultra (el sistema)

Sistema Médico de GE

Definity® o Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         Los sistemas híbridos de SPECT/CT capturan la información funcional sobre procesos moleculares y celulares (incremento y actividad) y el detalle anatómico (talla y dimensión de una variable) de una estructura molecular apuntada más rápidamente, eficientemente y sin obstrucción que los dispositivos de proyección de imagen estándar. Las imágenes obtenidas de estos sistemas pueden ayudar con la identificación rápida de tumores, análisis del tratamiento apropiado, salida de la terapia apuntada para destruir exacto las células de meta, y siguen para evaluar eficacia del tratamiento.

·         El Xenón presentó sus más nuevos modelos animales transgénicos fotogénicos (GFAP-Lucas) durante la Sociedad para la 3ro Reunión Anual de la Proyección De Imagen Molecular. Este modelo puede demostrar ser un modelo importante para el daño que sigue su trayectoria y reparación en condiciones neurológicas crónicas tales como recorrido poste-isquémico o enfermedad de Parkinson.

·         Un agente del contraste del ultrasonido se hace de “″ minúsculo de las microburbujas que dispersa la luz y permite que el clínico vea está funcionando qué pieza del músculo cardíaco mal. La sensibilidad y la adaptabilidad del ultrasonido le hace el método más sensible de microburbujas de la proyección de imagen porque rompe deliberadamente el modelo y produce un efecto transitorio muy fuerte y altamente característico. Por ejemplo,

·         Definity® conocido de otra manera como Sonolysis™ es microburbujas de gas para las aplicaciones terapéuticas nuevas. Para disolver trombosis vascular, las microburbujas se administran intravenoso a un paciente o se inyectan localmente en una estructura vascular específica tal como un injerto vascular. El Ultrasonido se aplica externamente (o puede ser aplicado internamente vía el catéter) sobre el área del coágulo de sangre para proporcionar a la acción localizada, apuntada. Mientras Que las microburbujas inundan el coágulo, actúan como dispositivos micromecánicos donde el ultrasonido pulsa las burbujas y explota las burbujas en el campo del ultrasonido, llevando a la disolución del coágulo de sangre. El nanosurgery de Sonolysis está localmente terapia nanoinvasive apuntada para el tratamiento de la trombosis vascular. Comparado con las terapias alternativas para tratar trombosis, el sonolysis permite los méritos potenciales de ser menos invasor que thrombectomy mecánico y más rápidamente medicación que convencional con menos riesgo de extracción de aire.

·         NeutroSpec™ es un agente radiodiagnóstico que etiqueta los glóbulos blancos y los precursores mieloides sin la necesidad del retiro y de la re-inyección de la sangre en pacientes. Este nuevo producto está para los pacientes con los señales ambiguos del apéndice que son cinco-año-viejos y altos. NeutroSpec también facilita la visualización de las imágenes generadas vía cámara gamma permitiendo que los médicos de manera rápida y fácil localicen los sitios de la infección de tal modo que eliminan los retrasos y/o los riesgos afiliados normalmente con procesos de etiqueta del glóbulo blanco alternativo.

·         explore el Lugar Geométrico Ultra es un sistema volumétrico de primera clase del CT capaz de cuantificar mediciones fisiológicas y la anatomía elaborada de tejidos, de tumores y de la perfusión de órgano. El Lugar Geométrico Ultra también realiza la adquisición de la imagen al índice de un sub-segundo, activando proyección de imagen dinámica.

Resumen

El campo multidisciplinario de la aplicación de la nanotecnología para descubrir las nuevas moléculas y manipular esos disponibles podía deslumbrar naturalmente en su potencial de mejorar atención sanitaria. Los efectos de la nanobiotecnología se podían utilizar a través de todos los países del mundo.

En el futuro, podríamos imaginarnos un mundo donde los nanodevices médicos se implantan o aún se inyectan rutinario en la circulación sanguínea para vigilar salud y para participar automáticamente en la reparación de los sistemas que se desvían del modelo normal. El adelanto continuado en el campo de la nanotecnología biomédica es el reconocimiento y la colaboración de los grupos de investigación en campos complementarios. Tales colaboraciones tienen que ser mantenidas no sólo en la especialidad en el terreno, pero internacionalmente también. El revelado y la puesta en vigor acertados de colaboraciones internacionales fomenta una perspectiva global en la investigación y reúne las ventajas a la humanidad en general. Sin Embargo, la nanotecnología en remedio hace frente a obstáculos técnicos enormes en que los largos retrasos y los incidentes numerosos son inevitables. Asimismo, no debe ser tomada para concedió los peligros y las consecuencias negativas de la nanobiotecnología cuando está aplicada en la guerra, en las manos de los terroristas y de los desastres asociados a su aplicación en la generación de la energía cuando y pulso dondequiera que o de los riesgos asociados a los nanoparticles en la circulación de sangre. Debe ser apreciado que la nanotecnología no es en sí mismo una única disciplina científica emergente sino bastante una punta de reunión de ciencias tradicionales como la química, la física, la biología y la ciencia material para reunir el conocimiento y la experiencia colectivos requeridos requeridos para el revelado de estas tecnologías nuevas.

Acuses De Recibo

Los autores desean expresar su gratitud al Profesor Tirante M. Tremblay y el Dr. Jacobo Bonlokke para su revista crítica del manuscrito y de las sugerencias útiles y también Ms Cecile Bilodeau, departamento audio-visual para diseñar el Cuadro 1.

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Date Added: May 19, 2005 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 01:48

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