Fondo La nanotecnología es una nueva área de la ciencia que implica trabajar con materiales y dispositivos que se encuentran en el nivel de nanoescala. Un nanómetro es una mil millonésima de un metro. Es decir, aproximadamente 1 / 80, 000 del diámetro de un cabello humano, o diez veces el diámetro de un átomo de hidrógeno. Que manipula las propiedades químicas y físicas de una sustancia en el nivel molecular. La nanotecnología altera la manera en que pensamos, que desdibuja los límites entre la física, la química y la biología, la eliminación de estos límites se plantean muchos desafíos y nuevas direcciones para la organización de la enseñanza y la investigación. Discurso de Richard Feynman que se llama 'No hay suficiente espacio en la parte inferior "en 1959 hizo hincapié en este concepto - Si nuestras mentes pequeñas, por alguna conveniencia, dividen el universo en partes, física, biología, geología, astronomía, psicología, etc - Recuerde que la naturaleza no lo sabe [1]. La nanobiotecnología es la unificación de la biotecnología y la nanotecnología. Esta disciplina híbrida también puede significar que las máquinas a escala atómica mediante la imitación o la incorporación de los sistemas biológicos a nivel molecular, o la construcción de pequeñas herramientas para estudiar o cambiar la estructura natural de un átomo por átomo propiedades. Nanobiotecnología puede tener una combinación de los clásicos de micro-tecnología con un enfoque de biología molecular. La biotecnología utiliza los conocimientos y las técnicas de la biología para manipular los procesos moleculares, genéticos y celulares para desarrollar productos y servicios, y se utiliza en diversos campos de la medicina a la agricultura. Convergencia, es una actividad o una tendencia que se produce a base de materiales y capacidades comunes, en este caso la disciplina que permite la convergencia de la nanotecnología. Las oportunidades potenciales que ofrece esta interfaz es realmente excepcional, la superposición de la biotecnología, la nanotecnología y tecnología de la información es llevar a buen término muchas aplicaciones importantes en ciencias de la vida. Esta tecnología se espera que genere innovaciones y desempeñan un papel vital en diversas aplicaciones biomédicas (fig. 1), no sólo en la administración de fármacos y la terapia génica, sino también en imagen molecular, los biomarcadores y biosensores. Objetivo específico de la terapia con medicamentos y métodos para el diagnóstico precoz de patologías son las áreas prioritarias de investigación en nanotecnología jugará un papel importante [2].  Figura 1. Esquema de la nanotecnología revolucionar las ciencias biomédicas. Los Institutos Nacionales de la Salud del Consorcio de Bioingeniería (BECON-) celebró un simposio en el 2000 titulado "Nanociencia y Tecnología tecnología: Dando forma a la Investigación Biomédica "[3]. Ocho áreas de la nanociencia y la nanotecnología se abordaron en la conferencia y se cree que la más pertinente a la investigación en biomedicina. Estas áreas incluyen la síntesis y el uso de nanoestructuras, las aplicaciones de la nanotecnología a la terapia, nanoestructuras biomiméticos y biológicos, ya sea electrónico, la biología de la interfaz, los dispositivos para la detección precoz de la enfermedad, las herramientas para el estudio de moléculas individuales, la nanotecnología y la ingeniería de tejidos. El objetivo de BECON-fue para mejorar la comunicación entre los científicos e ingenieros biomédicos que aportan los diferentes aspectos de sus habilidades y conocimientos para influir en estos problemas y hacer que la comunidad biomédica más conscientes de los desarrollos emergentes en el campo de la nanotecnología. Las deliberaciones de la conferencia están ampliamente reforzada por la experiencia del día a día, mayor capacidad para manipular las moléculas individuales a una escala nanométrica y para combinar las biomoléculas con otras estructuras a nanoescala. Esta capacidad ofrece la oportunidad de incontables nuevas aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico al permitir la construcción de nuevas estructuras de abajo hacia arriba [4]. En el futuro previsible, la aplicación clínica más importante de la nanotecnología será probablemente en el desarrollo farmacéutico. Estas aplicaciones aprovechan de las propiedades únicas de nanopartículas como las drogas o los componentes de las drogas o se han diseñado nuevas estrategias para la liberación controlada, inducidas por las drogas, y la recuperación de las drogas con baja biodisponibilidad [5-7]. Nanoescala cápsulas de polímero pueden ser diseñadas para romper y liberar fármacos a precios controlados, para permitir la liberación diferencial en ciertos ambientes, como un medio ácido, y para promover la captación en los tumores en comparación con tejidos normales [8]. Mucha de la investigación se centra ahora en la creación de nuevos polímeros y el estudio de polímeros específicos de drogas combinaciones. Nanocápsulas se puede sintetizar a partir de monómeros directamente o por medio de nanodeposition de polímeros preformados [9]. Nanocápsulas también se han formulado a partir de la albúmina y los liposomas. Sistemas implantables de administración de fármacos que se están desarrollando hará uso de nanoporos para controlar la liberación del fármaco. Uno de los temas clave en la bio-disponibilidad es la transfección de células en terapia génica del ADN. Los métodos actuales tienen limitaciones significativas, incluyendo el riesgo de transmisión inadvertida de enfermedades por vectores virales. Esto ha llevado a los investigadores a explorar el ADN de polímeros complejos y complejos de liposoma-DNA para la entrega de genes [10]. También se ha demostrado que el ADN se compacta en forma de nanopartículas pueden ser utilizados para transfectar células posmitóticas [11]. A pesar de los riesgos y limitaciones, los vectores virales son un método eficaz para biomiméticos inducidas por las drogas y el parto. El péptido tat del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y otras proteínas virales se adjuntan en el ADN, las proteínas y otros materiales para la captación en las células. Estos nano-asambleas de imitar la acción de las proteínas de fusión que hacen que la transfección viral eficiente [12, 13]. La nanotecnología también ha permitido el desarrollo de biochips y tiene un papel de color verde de fabricación (e. g biocompatibilidad y áreas biocomplejidad). Otras aplicaciones incluyen el diseño de sensores para los astronautas, soldados, biofluidos (para la manipulación de moléculas de ADN y otros), la fertilización in vitro de ganado, la nanofiltración, bioprocesamiento "por el diseño y la trazabilidad de los alimentos genéticamente modificados (Tabla 1). Mesa 1 . Lista de aplicaciones de la nanotecnología a las ciencias biomédicas | | Bio-detección de patógenos | 15 | | Detección de las proteínas | 16 | | Sondeo de la estructura del ADN | 17 | | Ingeniería de tejidos | 18, 19 | | El calor de la destrucción del tumor (hipertermia) | 20 | | Estudios Phagokinetic | 21 | | Mejora de contraste MRI | 22 | | Separación y purificación de biomoléculas y células | 23 | | Fluorescentes marcadores biológicos | 24, 25 | | De drogas y la entrega de genes | 26, 27 | | Células artificiales y sus asambleas | 28 | El diseño de proteínas para el transporte de electrones eficiente o con características mecánicas | 29 | Usando dip tecnología de lápiz | 30, 31 | Formación y el crecimiento de nanoestructuras en la vida biosistemas (por ejemplo, las plantas de alfalfa) | 32 | Biosensores | 33 | Nanobiomotors | 34-36 | Biomineralización | 37 | Nanorobótica | 14, 38 | Nanocomputadoras | 39 | Nanorods para las aplicaciones de la vacunación | 40 |
Áreas de exploración de la nanotecnología se incluyen la investigación sobre la condición y / o reparación del cerebro y otras áreas para la recuperación de la cognición. También podría encontrar aplicación en el diseño de productos farmacéuticos en función de los genotipos de los pacientes y en la aplicación de productos químicos para estimular la producción en función de las especies vegetales. La síntesis de productos químicos más eficaces y biodegradable para la agricultura y la producción de detectores implantable podría ser con la ayuda de la nanotecnología con cantidades mínimas de sangre. El empleo de esta tecnología también debería ser posible desarrollar métodos que utilizan saliva en lugar de sangre para la detección de enfermedades o que se pueden realizar pruebas de sangre completa en un plazo corto de tiempo. Cuestiones más generales incluyen la medicina molecular económica, la agricultura sostenible, la conservación de la biocomplejidad, y permitiendo a las nuevas tecnologías. Richard E. Smalley, Premio Nobel 1996 en Química anunció en su testimonio ante el Congreso de la EE.UU. gobierno acerca de la creciente conciencia en la comunidad científica y técnica de nuestra entrada en una nueva edad de oro. Creciente interés en las aplicaciones médicas de la nanotecnología ha dado lugar a la aparición de una nueva disciplina conocida como la nanomedicina [14]. En un ámbito más amplio, la nanomedicina es el proceso de diagnosticar, tratar, prevenir enfermedades y lesiones traumáticas, de aliviar el dolor, y de preservar y mejorar la salud humana, el uso de herramientas moleculares y el conocimiento molecular del cuerpo humano. El propósito de esta revisión es arrojar más luz sobre los últimos avances y el impacto de la nanotecnología en las ciencias biomédicas. Acontecimientos recientes Diagnóstico médico con la entrega adecuada y eficaz de los productos farmacéuticos son las áreas médicas donde las partículas de tamaño nanométrico han encontrado aplicaciones prácticas. Sin embargo, hay muchas otras propuestas interesantes para el uso de herramientas nanomecánicos en los campos de la investigación médica y la práctica clínica. Nanoherramientas tales están a la espera de la construcción, y en la actualidad son más como una fantasía. Sin embargo, pueden ser muy útiles, y convertirse en una realidad en un futuro próximo [41]. Nanodispositivos en las ciencias médicas podría funcionar para reemplazar las células defectuosas o no funciona correctamente, como el propuesto por respirocito Freitas [42]. Este hecho por el hombre de los glóbulos rojos es teóricamente capaz de proporcionar oxígeno con más eficacia que un eritrocito. Se podría reemplazar las células defectuosas rojo natural en la circulación sanguínea. Las principales aplicaciones de respirocitos puede implicar la sustitución de la sangre transfusable, el tratamiento parcial de la anemia, problemas prenatales / neonatales y trastornos pulmonares. Se ha informado que las nanomáquinas podrían administrar medicamentos dentro del cuerpo de un paciente. Nanoconstructions podrían administrar medicamentos a los sitios peculiares haciendo el tratamiento más exacto y preciso [43]. Máquinas similares, con específica "armas" podría ser utilizado para eliminar los obstáculos en el sistema circulatorio o en la identificación y destrucción de las células tumorales. La otra aplicación importante de la nanotecnología en relación con la investigación médica y el diagnóstico son nanorobots. Nanorobots, que operan en el cuerpo humano, puede controlar los niveles de diferentes compuestos y registrar la información en la memoria interna. Que podrían ser utilizados rápidamente en el examen de un determinado tejido, encuestando a sus características bioquímicas, biomecánicas y histométrico con mayor detalle. Al igual que la biotecnología se extiende el alcance y la eficacia de las opciones de tratamiento disponibles a partir de nanomateriales, el advenimiento de la nanotecnología molecular una vez más se expandirá enormemente la eficacia, la comodidad y la velocidad de los futuros tratamientos médicos, mientras que al mismo tiempo que reduce significativamente el riesgo, costo y agresividad. La biotecnología permite a la medida de producción y los productos biofarmacéuticos y los medicamentos biotecnológicos, muchos de los cuales requieren de tecnologías especiales para superar la formulación de medicamentos asociados a los problemas. Como principales retos a resolver son las siguientes: una mala solubilidad, estabilidad química limitados in vitro e in vivo después de la administración (es decir, de vida media corta), una baja biodisponibilidad y potencialmente fuertes efectos secundarios que requieren de enriquecimiento de drogas en el lugar de la acción (targeting) [ 44]. Portadores de nanopartículas se han desarrollado como una solución para superar estos problemas de entrega, es decir, drogas nanocristales, nanopartículas sólidas lipídicas (SLN), portadores de lípidos nanoestructurados (NLC) y el fármaco conjugado de lípidos (PMA) nanopartículas [44]. Las compañías aéreas según lo informado por Müller y sus colegas son adecuados para resolver los problemas de entrega con los medicamentos biotecnológicos de solubilidad diferentes. Objetivo de estas compañías puede ser realizado por un enfoque muy simple, el diferencial de proteínas de adsorción (Pathfinder ® de tecnología). Esta tecnología demostró ser lo suficientemente eficaz para acumular cantidades suficientemente altas de las drogas en el cerebro para llegar a los niveles terapéuticos, y también cumplir con el requisito principal para ser perseguido por una empresa farmacéutica. Quantum Dot con nanopuntos de un color específico se cree que son flexibles y pueden ofrecer una forma barata y fácil de detectar una muestra de sangre para detectar la presencia de un número de virus diferentes al mismo tiempo. También podría dar a los médicos una herramienta de diagnóstico rápido para detectar, por ejemplo, la presencia de un conjunto particular de proteínas que indica claramente el inicio de un infarto de miocardio. En el frente de la investigación, la posibilidad de etiquetar de forma simultánea múltiples biomoléculas, tanto dentro como dentro de las células podría permitir a los científicos observar los complejos cambios celulares y los eventos asociados con la enfermedad, proporcionar pistas valiosas para el desarrollo de futuros fármacos y terapias (Quantum Dot Corporation) [45 ]. El Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NHLBI), los planes para fomentar la aplicación de la nanotecnología para HLBs (corazón, pulmón, sangre y sueño) y trastornos de la investigación. Una solicitud de información (RFI) ha sido desarrollado, con el asesoramiento de científicos y médicos con intereses en la nanotecnología, el lienzo de la comunidad científica en general sobre los enfoques de desarrollo y aplicación de la nanotecnología a los trastornos HLBs. Un grupo de trabajo formado por científicos, ingenieros y médicos con experiencia a través de la nanotecnología, nanociencia, y la medicina HLBs se reunió el 28 de febrero de 2003, utilizando la respuestas a la solicitud como punto de partida para los debates. El Grupo de Trabajo encargado de evaluar el campo de la nanotecnología y sugiriendo formas para la investigación. El Grupo de Trabajo advirtió en contra de definición demasiado rígida o restrictiva de la nanotecnología, con énfasis en el continuo de la escala de la nanoescala a la microescala. El Grupo también identificaron áreas de oportunidad y los retos asociados a un mayor desarrollo con la aplicación de la nanociencia y la nanotecnología para mejorar el diagnóstico, tratamiento y prevención de los trastornos HLBs. Que tan bien desarrollado recomendaciones prioritarias para facilitar la aplicación de la nanotecnología a las cuestiones biológicas y mejor atención al paciente [46]. El Grupo de resistir a la Escuela de Gales de Farmacia de la Universidad de Cardiff y otros han visto cómo los polímeros molecularmente impresos podrían ser médicamente útiles en aplicaciones clínicas tales como la liberación controlada de fármacos, dispositivos de seguimiento de las drogas, e imita receptor biológico y de los anticuerpos. Polímeros de histamina y la efedrina impresos molecularmente (PIM) fueron estudiados como receptor biológico potencial imita, mientras que un MIP propanolol se ha investigado para su uso como una tasa de atenuación de excipiente selectiva en un dispositivo transdérmico controlado [47]. La primera artificiales voltaje nanosieve molecular fue fabricada por Charles R. Martin y sus colegas [48] en Colorado Estado Universidad en el 1995. Membrana de Martin contiene una matriz de nanotubos de oro cilíndrica con un diámetro interior tan pequeño como 1,6 nm. Cuando los túbulos están cargados positivamente, los iones positivos son excluidos y sólo los iones negativos son transportados a través de la membrana. Cuando la membrana recibe un voltaje negativo, sólo puede pasar los iones positivos. Nanodispositivos similares se pueden combinar gating de tensión con el tamaño del poro, la forma y las limitaciones de carga para lograr un control preciso del transporte de iones con la especificidad molecular significativa. Un canal de iones muy sensible biosensor cambio fue construido por un grupo de investigación de Australia [49]. El año 2003 podría calificarse como un año muy especial para la investigación biomédica, porque celebramos la finalización de la secuenciación del genoma humano completo, que coincidió con el 50 aniversario del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN por Watson y Crick. En imágenes biomédicas, también fuimos testigos de la concesión del Premio Nobel de Medicina y Fisiología a dos pioneros de la resonancia magnética, el profesor Paul Lauterbur y Sir Peter Mansfield. Estos hitos contribuido a destacar el impacto del rápido desarrollo en disciplinas muy diversas a la investigación biomédica. La influencia y los enormes avances en electrónica y tecnología de la información ha sido provocada por la investigación biomédica de imágenes [50]. Las oportunidades y desafíos en el futuro están la investigación biomédica en la incorporación de los conocimientos adquiridos en la biología molecular con la química, física, ingeniería, tecnología de la información y la nanotecnología para entender la ambigüedad y la complejidad de la vida y llegar a nuevos métodos diagnósticos y terapéuticos. Nanopartículas de fosfato de calcio presente una única clase de vectores no virales, que pueden servir como portadores de ADN eficiente y alternativas para la administración dirigida de genes. El diseño y la síntesis de ultra-baja capacidad, altamente monodispersas ADN fosfato de calcio dopado con nanopartículas de tamaño de alrededor de 80 nm de diámetro, se ha comunicado [51]. El ADN encapsulado en el interior de la nanopartícula está protegido de la DNasa ambiente externo y puede ser utilizado de forma segura para transferir el ADN encapsulado bajo condiciones in vitro y en condiciones in vivo. La aplicación de una combinación de la nanomedicina en biofotónica para ópticamente el seguimiento de los mecanismos celulares de la entrega de genes y la transfección resultante por el uso de nanopartículas como un vector no viral se ha demostrado recientemente [52]. La entrega de genes es un área de interés actual considerable, el material genético (ADN, ARN y oligonucleótidos) se han utilizado como medicina molecular y se entregan a los tipos de células específicas para inhibir o alguna expresión de los genes indeseables o expresar proteínas terapéuticas. Nano-ADN Tecnología tecnología El descubrimiento de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) [53, 54] abrió el camino a una nueva era de la investigación biológica. El impacto se puede sentir no sólo en el campo de la biología molecular, sino también en otros campos afines de la ciencia. Nuevas clases de semi-sintéticos conjugados proteína-ADN, auto-ensamblado de redes oligoméricos que consta de estreptavidina y el ADN de doble cadena, que se puede convertir en bien definidos nanocircles supramolecular se han desarrollado [55, 56]. Los conjugados estreptavidina ADN-son aplicables como bloques de construcción modular para la producción de nuevos reactivos inmunológicos para el análisis de trazas ultrasensible de proteínas y otros antígenos por medio de la inmuno-PCR metodología [57-59]. Inmuno-PCR es una combinación de la especificidad de un anticuerpo basada en inmuno-ensayo con el poder exponencial de la amplificación de PCR, por lo que resulta en un nivel de 1.000 veces de la sensibilidad, en comparación con el estándar de ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) los métodos de . Auto-ensamblado de estreptavidina ADN conjugados también se han aplicado en el campo de la nanotecnología. Por ejemplo, los conjugados se utilizan como sistemas modelo para las redes de nanopartículas de iones intercambiables, como los estándares de calibración "material blando" a escala nanométrica para la microscopía de sonda [60, 61], o como bloques de construcción programados para la construcción racional de la arquitectura biomoleculares complejas , que se pueden utilizar como plantillas para el crecimiento de los dispositivos de escala nanométrica inorgánicos [62, 63]. Conjugados covalentes de ADN de cadena sencilla y estreptavidina se utilizan como adaptadores biomoleculares para la inmovilización de las macromoléculas con biotina en sustratos sólidos a través de la hibridación de ácidos nucleicos. Este "ADN dirigido por inmovilización" permite funcionalización selectiva reversible y el sitio de sustratos sólidos con nanopartículas de metales y semiconductores o, viceversa, para la funcionalización de ADN dirigida de nanopartículas de oro con las proteínas, como las inmunoglobulinas y enzimas. La fabricación de nanoestructuras funcionales biometallic de nanopartículas de oro y los anticuerpos son utilizados como herramientas de diagnóstico en bioanalítica [64]. Nanobiotecnología en Alto Rendimiento Análisis de polimorfismo de nucleótido único Tras la publicación de un mapa de la variación en la secuencia del genoma humano que contiene más de dos millones de polimorfismos de nucleótido único (SNPs) (La Internacional SNP Mapa del Grupo de Trabajo, 2001), el siguiente reto es el desarrollo de las tecnologías a utilizar esta información en un costo eficaz manera. Métodos de genotipado tienen que ser mejoradas con el fin de aumentar el rendimiento por lo menos dos órdenes de magnitud para permitir la investigación farmacéutica, biotecnológica y académicas para descubrir asociaciones entre variantes genéticas y enfermedades, con el consiguiente potencial para el desarrollo de nuevos diagnósticos y terapias. Nuevos enfoques para la extracción de ADN y la amplificación han reducido los tiempos necesarios para estos procesos de segundos. Dispositivos de microfluídica activar la detección de polimorfismo a través de la separación fragmento muy rápida mediante electroforesis capilar y cromatografía de alta resolución líquido, junto con la mezcla y el transporte de reactivos y biomoléculas en sistemas integrados [65]. Los objetivos básicos en el desarrollo de la extracción del ADN y el sistema de purificación que será compatible con el alto rendimiento de genotipado de SNP requisitos son los siguientes: · Liberación del ADN de las células en una solución sin que ninguno enzimáticos (endonucleasas es decir) o mecánicos (corte) el desglose del ADN; · La eliminación de los desechos celulares (proteínas, por ejemplo) que pueden obstaculizar la amplificación de ADN o los ensayos de hibridación; · De alto rendimiento económico y la preparación de muestras de ADN con protocolos simplificados que reducen el número de procedimientos involucrados; · La evitación de los requisitos químicos peligrosos tanto como sea posible para minimizar la manipulación y disposición; · La consistencia de la calidad y cantidad de rendimiento de ADN entre las muestras de modo que la cuantificación es innecesaria, y posterior amplificación y / o la hibridación puede ser a un alto grado de reproducibilidad; · Un proceso altamente eficiente, para garantizar el suministro suficiente para la enorme cantidad de pruebas previstas, y · Una interfaz que permitirá a la carga directa de la biopsia convencional muestra en el sistema [65]. El potencial de la nanotecnología para contribuir a la rápida de alto rendimiento de análisis de SNP es más evidente con las plataformas biochip inteligente. El desarrollo de una plataforma de microarrays direccionable electrónicamente según lo descrito por L. Heller et al 2000 [66] ha dado lugar a Nanogen Inc. ( San Diego , California , EE.UU. ). El reto de proporcionar una o más plataformas de tecnología capaz de SNP de cribado del orden de 10 7 genotipos por día tendrá que ser alcanzado, para permitir una asociación significativa entre los genes y las enfermedades que se establezcan. Además, la plataforma tecnológica (s) también tendrá que entregar las economías de escala, de tal manera que el coste por genotipo será inferior a 0,01 $ por la magnitud de detección necesarios para ser viable. Desde el campo de rápido desarrollo de herramientas de la nanotecnología novela, y los procesos se han introducido con el potencial de proporcionar las capacidades necesarias [67-69]. Las diferencias de los SNPs que ocurren en las proximidades de uno al otro en el genoma suele ser correlacionados debido a la vinculación en el proceso de replicación, y el alcance de esta correlación se denomina desequilibrio de ligamiento. Cuando una asociación significativa se produce entre la variación genética observada en SNPs específicos y la presencia de una enfermedad, los genes susceptibles pueden ser identificados. Las estimaciones estadísticas necesarias para eliminar los resultados falsos positivos fueron examinados por McCarthy y Hilfiker (2000) [70]. Ellos sugieren un aumento lineal en tamaño de la muestra es necesario que cada fin de aumentar la magnitud del número de marcadores de la prueba. Por lo tanto, la identificación positiva de un gen susceptible de un programa de cribado de los cuales 1 millón de SNPs se requiere una muestra mínima de 1000 (es decir, un mínimo de 10 9 SNPs tienen que estar protegidos). Nanopartículas como marcadores biológicos Las nanopartículas pueden ser utilizadas para tanto cuantitativos como cualitativos en la detección in vitro de las células tumorales. Que mejoran el proceso de detección mediante la concentración y la protección de un marcador de la degradación, a fin de hacer el análisis más sensibles. Por ejemplo, recubiertas de estreptavidina fluorescentes nanoesferas de poliestireno Fluospheres ® (fluorescencia verde) y TransFluospheres ® (fluorescencia roja) se aplicaron en la citometría de flujo de un solo color para detectar el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) en las células A431 (células humanas de carcinoma epidermoide) [71 ]. Los resultados han demostrado que las nanoesferas fluorescentes con una sensibilidad de 25 veces más que la del conjugado de estreptavidina-fluoresceína. Las nuevas herramientas de ahora puede ser desarrollado, diseñado en la intersección de la proteómica y la nanotecnología, la cual los agentes nanoharvesting puede ser inculcado en la circulación (por ejemplo, partículas de oro derivado) o en los dispositivos de recolección de sangre para actuar como "limpiadores moleculares" que absorben y ampliar la biomarcadores unido y complejos que existen [72-74]. Estas nanopartículas, con su carga de diagnóstico atado, se puede consultar directamente a través de espectrometría de masas para revelar el bajo peso molecular y biomarcadores firmas enriquecido. En última instancia, la utilidad de cualquier método para la detección de la enfermedad se evalúa el impacto clínico de la evolución del paciente y la supervivencia libre de enfermedad [75]. Lo que se requiere con urgencia en el estudio de las enfermedades en general, es el desarrollo de biomarcadores que pueden detectar enfermedades curables antes, y no la detección de la enfermedad avanzada mejor. Los agentes de contraste han sido cargados en nanopartículas con fines de diagnóstico del tumor. Las características físico-químicas (tamaño de las partículas, carga de la superficie, recubrimiento de superficies, la estabilidad) de las nanopartículas permiten la redirección y la concentración del marcador en el sitio específico de interés. Etiquetado partículas coloidales pueden ser utilizados como agentes de radiodiagnóstico. Por otra parte, algunos sistemas coloidales no etiquetados ya están en uso y algunos todavía están siendo probados como agentes de contraste en los procedimientos de diagnóstico relacionados, tales como la tomografía computarizada y las imágenes de RMN. Hasta la fecha, un estudio del uso de radionucleidos en diagnóstico por imagen con nanopartículas para la detección del cáncer aún no se ha publicado. Sin embargo, como convencional, las partículas coloidales pueden ser células de órganos como el hígado, el bazo, los pulmones y la médula ósea y el tiempo de circulación de las nanopartículas pueden tener una localización compartimental en la circulación de la sangre o el sistema linfático, todos estos órganos que los sitios potenciales para el desarrollo del tumor, estos sistemas coloidales podría mejorar el diagnóstico del tumor. En el futuro, las nanopartículas que se han diseñado con determinadas afinidades de unión puede ser resuspendido en los fluidos corporales recogidos, o tal vez incluso se inyecta directamente en la circulación. Las nanopartículas, junto con las moléculas unidas, podrían verse capturado en los filtros de ingeniería y directamente interrogado por la ultra-espectrometría de masas de alta resolución (por ejemplo, la Transformada de Fourier de resonancia ciclotrón de iones). La nanotecnología en las mediciones de oxígeno disuelto El oxígeno es uno de los principales metabolitos en los sistemas aeróbicos, y la medición de oxígeno disuelto es de vital importancia en aplicaciones médicas, industriales y ambientales. El reciente interés en los métodos para medir la concentración de oxígeno disuelto se han centrado principalmente en sensores ópticos, debido a sus ventajas sobre los convencionales electrodos amperométricos en que son más rápidos, que no consumen oxígeno, y no son fácilmente envenenado [76, 77]. PEBBLE óptico (sondas encapsulados por incrustación biológica localizada) nanosensores se han desarrollado para el oxígeno disuelto utilizando orgánicamente modificadas de silicato (ormosil) nanopartículas como una matriz. Las nanopartículas ormosil se preparan mediante un proceso sol-gel a base, que incluye la formación de partículas del núcleo con phenyltrimethoxysilane como precursor seguido por la formación de una capa de recubrimiento con metiltrimetoxi como precursor [78]. La estructura de alta permeabilidad y la naturaleza hidrofóbica de las nanopartículas ormosil, así como su pequeño tamaño, resultan en una respuesta excelente de enfriamiento global de oxígeno disuelto y una respuesta lineal en todo el rango de 0 a 100% de oxígeno saturado de agua. Este sensor PEBBLE tiene una mayor sensibilidad y una mayor linealidad, así como mayores longitudes de onda de excitación y emisión, lo que reduce el ruido de fondo para la medición de celulares. Los sensores PEBBLE son excelentes en cuanto a su reversibilidad y la estabilidad a la lixiviación y el almacenamiento a largo plazo. Un sistema de monitoreo en tiempo real de los cambios en el oxígeno disuelto debido a la respiración celular en una cámara cerrada se hizo con una pistola de genes entregado PEBBLE. Este sensor se está aplicando ahora para medidas simultáneas intracelular de oxígeno y glucosa [78]. Aplicación de la nanotecnología a las enzimas del citocromo P450 Los citocromos P450 son altamente relevantes para el área de bio-analítica [79]. Ellos forman una gran familia de enzimas presentes en todos los tejidos esenciales para el metabolismo de la mayoría de los medicamentos en uso hoy en día, juega un papel vital en el desarrollo de fármacos y procesos de descubrimiento. Actúan como catalizadores para la inserción de uno de los dos átomos de una molécula de oxígeno en una variedad de sustratos (R) con regioselectividad muy amplio, que conduce a la reducción concomitante de otro átomo de oxígeno al agua, como se muestra en la siguiente ecuación [29] .  Varios métodos han sido reportados en la literatura para la detección de la rotación del sustrato por el P450 en un formato de alto rendimiento [80-83]. Sin embargo, todos están a la altura de estar limitado a las pruebas de la actividad de las enzimas del citocromo P450 a través de la detección de la conversión de un sustrato marcador específico, pero Tsotsou et al 2002 [84], han sido capaces de desarrollar un método llamado el método alcalino que puede detectar el movimiento de cualquier NAD (P) H o NAD (P) + enzima dependiente. El progreso en estos frentes de investigación y sus combinaciones ofrecen una potente plataforma para futuras aplicaciones de estas enzimas, con especial referencia a la tecnología de la proteína matriz. Aplicación de la Nanotecnología a la Ingeniería de Tejidos La ingeniería de tejidos se basa en la creación de nuevos tejidos in vitro seguida de la colocación quirúrgica en el cuerpo o la estimulación de la reparación normal in situ mediante construcciones bioartificial o implantes de células vivas introducido en o cerca de la zona de daño. A pesar de que se ocupa principalmente con el uso de material humano, ya sea del propio paciente (autólogo) o de otras fuentes humanas (alogénico), material de otras fuentes de mamíferos se han aplicado también en los seres humanos (xenogénicas). La participación de la microelectrónica o la nanotecnología en la creación de un tejido u órgano bioartificial verdad que puede tomar el lugar de uno que está enfermo en fase terminal, como un ojo, el oído, el corazón o conjunta se ha previsto. Implantables prótesis y nanoscaffolds para su uso en el cultivo de órganos artificiales son los objetivos de los investigadores de nanotecnología. Nanoingeniería de hidroxiapatita para que el hueso es bastante avanzada [85, 86]. En el futuro, podemos imaginar un mundo donde nanodispositivos médicos rutinariamente implantado o incluso inyectados en el torrente sanguíneo para controlar el bienestar y para participar automáticamente en la reparación de los sistemas que se desvían de las normas establecidas. Estos nanobots podrían ser personalizada mediante la adaptación de ellos con el genotipo y el fenotipo de los pacientes para optimizar la intervención en las primeras etapas en el curso de la expresión de la enfermedad [4]. El crecimiento de nuevos órganos La construcción a nanoescala de las células se puede lograr mediante su replicación programada. Las señales se transmiten hacia atrás y adelante con la instrucción para el tamaño deseado y la forma la forma de la obra. Cuando las instrucciones completas están terminados, los órganos pueden ser cultivadas de acuerdo a las especificaciones de requisitos previos. Estos órganos podrían haber codificado el ADN necesario para que sea compatible con la necesaria condición humana inmunológica del cuerpo. Esto puede mejorar la integración de las estructuras artificiales con los tejidos vivos, presentando una interfaz más adecuado para los sistemas biológicos. Con la ventaja de la ausencia de reacción inmune a diferencia de hoy en día el trasplante de donante de órganos. En los próximos años esto se puede lograr un salto cualitativo en la gestión de los trastornos de insuficiencia orgánica.  Figura 2. Representación gráfica de la construcción a nanoescala y el crecimiento de nuevos órganos. Imagen Molecular Nueva imagen de los enfoques que utilizan los periodistas genéticamente codificados fluorescentes y bioluminiscentes (es decir, etiquetas de identificación de iluminados o brillantes) están ofreciendo puntos de vista que revela al cuerpo vivo como nunca antes observada. La información proporcionada por estos reporteros se puede utilizar para mejorar nuestra comprensión de la biología humana y el desarrollo de enfoques terapéuticos para muchas enfermedades, incluyendo cáncer, infección, enfermedades neurodegenerativas y las enfermedades cardiovasculares. Además de los progresos realizados hasta el momento con los agentes moleculares, líderes de la industria también están mostrando rápida evolución de las tecnologías de imagen que permitirá a los científicos para ver los organismos a nivel molecular (Tabla 2). Tabla 2. Últimos productos en Imagen Molecular y asociadas Las empresas que producen | | SPECT / CT híbrido sistemas de imágenes | Philips Medical Systems / Siemens Medical Solutions | | GFAP-luc (proteína glial fibrilar ácida) | Xenón | | Burbujas de ultrasonido | Schering AG | | NeuroSpec ™ (agente de radiodiagnóstico) | Tyco Healthcare / Mallinckrodt Inc. | | eXplore Locus Ultra ( TC volumétrica del sistema) | GE Medical System | Definity ® o Sonolysis ™ (nanosurgery) | ImaRx |
· SPECT / CT sistemas híbridos capturar información funcional sobre los procesos moleculares y celulares (crecimiento y la actividad) y el detalle anatómico (tamaño y forma) de una estructura molecular específica con mayor rapidez, eficiencia y claridad de los dispositivos de imagen estándar. Las imágenes obtenidas a partir de estos sistemas puede ayudar en la rápida identificación de los tumores, el análisis de un tratamiento adecuado, la entrega de la terapia dirigida a destruir precisamente las células diana, y el seguimiento para evaluar la efectividad del tratamiento. · Xenon presentó su más reciente producción de la luz de modelos animales transgénicos (GFAP-luc) en la Sociedad para la 3 ª Reunión Anual de Imagen Molecular. Este modelo puede llegar a ser un modelo importante para el seguimiento de los daños y la reparación de las enfermedades crónicas neurológicas como el post-ictus isquémico o enfermedad de Parkinson. · Un agente de contraste de ultrasonido está hecho de diminutas "microburbujas", que dispersan la luz y que el médico pueda ver qué parte del músculo del corazón es el mal funcionamiento. La sensibilidad y la flexibilidad de ultrasonido hace que sea el método más sensible de microburbujas de imagen, ya que deliberadamente interrumpe el patrón y produce un efecto transitorio muy fuerte y muy característico. Por ejemplo, · Definity ® también conocida como Sonolysis ™ son microburbujas rellenas de gas para las nuevas aplicaciones terapéuticas. Para la disolución de la trombosis vascular, las microburbujas se administra por vía intravenosa a un paciente o inyectados localmente en una estructura específica vascular, como un injerto vascular. El ultrasonido se aplica externamente (o puede ser aplicado internamente a través de catéter) en el área de la coagulación de la sangre para proporcionar una acción localizada, dirigida. Como las microburbujas perfundir el coágulo, que actúan como dispositivos micromecánicos que los pulsos de ultrasonidos de las burbujas y explota las burbujas en el campo de la ecografía, lo que lleva a la disolución de coágulos de sangre. Nanosurgery Sonolysis a nivel local es la terapia dirigida nanoinvasive para el tratamiento de la trombosis vascular. En comparación con las terapias alternativas para el tratamiento de la trombosis, sonolysis ofrece las ventajas potenciales de ser menos invasiva que la trombectomía mecánica y más rápido que la terapia con medicamentos convencionales con menor riesgo de sangrado. · NeutroSpec ™ es un agente de radiodiagnóstico que las etiquetas de los glóbulos blancos y precursores mieloides, sin necesidad de remoción y re-inyección de la sangre en los pacientes. Este nuevo producto es para los pacientes con signos equívocos de apendicitis, que son cinco años de edad en adelante. NeutroSpec también facilita la visualización de las imágenes generadas a través de cámara de rayos gamma que permite a los médicos a localizar rápida y fácilmente los sitios de infección, eliminando las demoras y / o los riesgos normalmente asociados con procesos alternativos de glóbulos blancos de etiquetado de la célula. · eXplore Locus Ultra es una primera clase de TC volumétrico capaz de cuantificar medidas fisiológicas y de la anatomía de los tejidos elaborados, los tumores y la perfusión de órganos. El Ultra Locus también lleva a cabo la adquisición de imágenes a razón de un menos de un segundo, lo que permite imágenes dinámicas. Resumen El campo multidisciplinar de la aplicación de la nanotecnología para el descubrimiento de nuevas moléculas y la manipulación de los disponibles de forma natural puede ser deslumbrante en su potencial para mejorar la atención de la salud. El spin-offs de la nanobiotecnología podrían ser utilizados en todos los países del mundo. En el futuro, podemos imaginar un mundo donde nanodispositivos médicos rutinariamente implantado o incluso inyectados en el torrente sanguíneo para controlar la salud y de participar automáticamente en la reparación de los sistemas que se desvían de los patrones normales. El continuo avance en el campo de la nanotecnología biomédica es el establecimiento y la colaboración de grupos de investigación en campos complementarios. Este tipo de colaboraciones que se mantenga no sólo en el nivel de especialidad del campo, sino también internacionalmente. El desarrollo e implementación exitosa de las colaboraciones internacionales fomenta una perspectiva global en la investigación y que reúne a los beneficios a la humanidad en general. Sin embargo, la nanotecnología en la medicina se enfrenta a enormes dificultades técnicas en las largas demoras y numerosos fracasos son inevitables. Del mismo modo, no debe darse por sentado los peligros y las consecuencias negativas de la nanobiotecnología, cuando se aplica en la guerra, en manos de los terroristas y los desastres asociados a su aplicación en la generación de energía cuando y donde quiera que las huelgas o los riesgos asociados a las nanopartículas en la circulación sanguínea. Debe tenerse en cuenta que la nanotecnología no es en sí una sola disciplina científica emergente, sino más bien un punto de encuentro de las ciencias tradicionales como la química, la física, la biología y la ciencia de los materiales para reunir los conocimientos necesarios colectiva y los conocimientos necesarios para el desarrollo de estas nuevas tecnologías. Agradecimientos Los autores desean expresar su agradecimiento al Prof. Guy M. Tremblay, y el Dr. Jakob Bonlokke para su revisión crítica del manuscrito y sus útiles sugerencias y también la Sra. Cecilia Bilodeau, audio-visual del departamento para el diseño de la figura 1. Referencias 1. Richard Feynman, "Seis piezas fáciles", Addison-Wesley Pub. Co., Menlo Park , California , 1963. 2. Sahoo KS y Labhasetwar V. "Nanotecnología: Enfoques para la entrega de la droga y la imagen", el DDT vol. 8, No. 24, 1112-1120, 2003. 3. BECON-Nanociencia y Nanotecnología Informe del Simposio de junio (2000). 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Centro para la Investigación Hospital Laval 2725 Chemin Sainte-Foy- Ciudad de Quebec Quebec G1V 4G5 Canadá E-mail: @ Ernest.Herbert crhl.ulaval.ca Tel. +1 (418) 656-8711, ext 2653 Fax. +1 (418) 656-4509 | Rahul Shetty (autor correspondiente) Departamento de Cirugía Cardiaca Hospital Laval 2725 Chemin Sainte-Foy- Ciudad de Quebec Quebec G1V 4G5 Canadá E-mail: @ Rahul.Shetty crhl.ulaval.ca Tel. +1 (418) 656-8711, ext 2653 Fax. +1 (418) 656-4509 |
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