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DOI : 10.2240/azojono0101

Incidence de Nanotechnologie sur les Sciences Biomédicales : Examen des Concepts Actuels sur la Convergence de la Nanotechnologie Avec la Biologie

Herbert Ernest et Rahul Shetty

Soumis : Le 26 mars 2005th

Posté : 18 maith 2005

Sujets Couverts

Résumé

Mouvement Propre

Développements Récents

Technologie Nano-ADN

Nanobiotechnologie dans l'Analyse Unique de Polymorphisme de Nucléotide de Haut-Débit

Nanoparticles comme Biomarqueurs

Nanotechnologie dans les Mesures de l'Oxygène Dissous

Application de Nanotechnologie aux Enzymes P450

Application de Nanotechnologie au Bureau D'études de Tissu

Accroissement des Organes Neufs

Représentation Moléculaire

Résumé

Remerciements

Références

Détails des Contacts

Deux des technologies les plus prometteuses du 21ème siècle sont biotechnologie et nanotechnologie.

Cette science des structures de nanoscale traite la création, l'enquête et l'utilisation des systèmes qui sont 1000 fois plus petits que les composants actuel utilisés dans le domaine de la microélectronique. La Biotechnologie traite le procédé métabolique avec des microoraganisms. Convergence de ces résultats de deux technologies dans l'accroissement de la nanobiotechnologie. Cette combinaison interdisciplinaire peut produire beaucoup d'outils novateurs.

Les applications biomédicales de la nanotechnologie sont les produits directs de telles convergences.

Cependant, les défis se posant à des scientifiques et à des ingénieurs travaillant dans le domaine de la nanotechnologie sont tout à fait énormes et extraordinairement composé en nature.

L'Installation de la nanotechnologie aux sciences biomédicales impliquent la création des matériaux et des dispositifs conçus pour agir l'un sur l'autre avec le fuselage aux échelles subcellulaires avec un niveau élevé de spécificité. Ceci pourrait être potentiellement traduit en cellulaire visé et les applications cliniques tissu-particulières ont visé des effets thérapeutiques maximaux avec des effets inverses très limités.

La Nanotechnologie en sciences biomédicales présente beaucoup d'opportunités révolutionnaires dans la lutte contre toutes sortes de cancer, troubles cardiaques et neurodegenerative, infection et d'autres maladies.

Cet article présente une synthèse de certaines des applications de la nanotechnologie en sciences biomédicales.

La Nanotechnologie est un secteur scientifique neuf qui concerne fonctionner des matériaux et des dispositifs qui sont au niveau de nanoscale. Un nanomètre est milliardième d'un compteur. C'est-à-dire, environ 1/80,000 du diamètre des cheveux, ou dix fois le diamètre d'un atome d'hydrogène. Il manipule les propriétés chimiques et physiques d'une substance au niveau moléculaire. La Nanotechnologie modifie la voie que nous pensons, il brouille les bornes entre la physique, chimie et la biologie, l'élimination de ces bornes posera beaucoup de défis et de sens neufs pour l'organisme de l'éducation et de la recherche.

La parole de Richard Feynman le ` qu'appelé Là est beaucoup de chambre au bas' a en 1959 mis l'accent sur ce concept - Si nos esprits de petit, pour un certain confort d'utilisation, divisent cet univers en pièces, physique, biologie, géologie, astronomie, psychologie et ainsi de suite - Rappelez-vous que la nature ne la connaît pas [1].

La Nanobiotechnologie est l'unification de la biotechnologie et de la nanotechnologie. Cette discipline hybride peut également signifier effectuer des machines d'atomique-échelle en imitant ou en comportant des systèmes biologiques au niveau moléculaire, ou établir les outils minuscules pour étudier ou changer l'atome naturel de propriétés de structure par l'atome. La Nanobiotechnologie peut avoir une combinaison de la micro-technologie classique avec un élan biologique moléculaire. La Biotechnologie emploie la connaissance et les techniques de la biologie pour manipuler moléculaire, génétique, et des processus cellulaires pour développer des produits et services, et est utilisée dans de divers domaines de médicament à l'agriculture. La Convergence, est une activité ou la tendance qui se produit basé sur les matériaux communs et capacité-dans ce cas la discipline qui active la convergence est nanotechnologie. Les occasions potentielles données par cette surface adjacente est vraiment en suspens ; la superposition de la biotechnologie, de la nanotechnologie et de la technologie de l'information introduit à la fructification beaucoup de requêtes importantes en sciences de la vie.

On s'attend à ce que Cette technologie produise des innovations et joue un rôle indispensable dans applications biomédicales variées (Fig. 1), non seulement dans l'accouchement et la thérapie génique de médicament, mais également dans la représentation moléculaire, les biomarqueurs et les biocapteurs. la pharmacothérapie et les méthodes Objectif-Particulières pour le diagnostic précoce des pathologies sont les champs de recherche prioritaires où la nanotechnologie jouerait un rôle important [2].

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - illustration Schématique de nanotechnologie révolutionnant les sciences biomédicales.

Figure1. Illustration Schématique de nanotechnologie révolutionnant les sciences biomédicales.

Les Instituts Nationaux du Consortium de Bio-ingénierie de Santé (BECON) ont retenu un colloque en 2000 « Nanoscience intitulé et le Tech

L'objectif de BECON était d'augmenter la transmission entre les savants en biomédecine et les ingénieurs qui portent différents aspects de leurs qualifications et connaissance pour concerner ces problèmes et pour mettre au courant la communauté biomédicale des développements apparaissants dans le domaine de la nanotechnologie. Les discussions de la conférence sont maintenant largement renforcées par une expérience de jour en jour, augmentant la capacité de manipuler différentes molécules à un nanoscale et de combiner des biomolécules avec d'autres structures de nanoscale. Cette capacité présente le moyen des applications thérapeutiques et diagnostiques neuves incalculables en activant le bâtiment des structures nouvelles de bas en haut [4].

Dans l'avenir, l'application clinique la plus importante de la nanotechnologie sera probablement dans le développement pharmaceutique. Ces applications tirent profit des seules propriétés des nanoparticles comme médicaments ou des constituants des médicaments ou sont conçues pour des stratégies neuves à la libération contrôlée, dopent la désignation d'objectifs, et la récupération des médicaments avec la biodisponibilité faible [5-7].

Des gélules de polymère de Nanoscale peuvent être conçues pour décomposer et sortir des médicaments aux tarifs réglés, pour permettre la release différentielle dans certains environnements, tels qu'un support acide, et pour introduire la prise dans les tumeurs contre les tissus normaux [8]. Beaucoup de recherche est maintenant concentrée sur produire les polymères nouveaux et explorer des combinaisons particulières de médicament-polymère. Nanocapsules peut être synthétisé directement des monomères ou au moyen de nanodeposition des polymères préformés [9]. Nanocapsules ont été également préparés de l'albumine et des liposomes. Les systèmes de distribution Implantables de médicament qui sont développés se serviront des nanopores pour régler la release de médicament.

Une des questions clés dans la disponibilité biologique est transfection de cellules dans la thérapie génique d'ADN. Les méthodes Actuelles ont des limitations significatives, y compris le risque de boîte de vitesses accidentelle de la maladie par les vecteurs viraux. Ceci a abouti des chercheurs à explorer les composés polymère-ADN et les composés liposome-ADN pour l'accouchement de gène [10]. On lui a également affiché que l'ADN compact sous forme de nanoparticles peut être utilisé aux cellules postmitotic de transfect [11].

En Dépit du risque et des limitations, les vecteurs viraux sont un élan biomimetic efficace pour doper la désignation d'objectifs et accouchement. Le peptide de fripes du virus de l'immunodéficience humaine (HIV) et d'autres protéines virales sont fixés à l'ADN, aux protéines, et à d'autres matériaux pour la prise dans des cellules. Ces nano-assemblages imitent l'action des protéines de fusion qui rendent la transfection virale efficace [12, 13]. La Nanotechnologie a également activé le développement des biopuces et a un rôle à la fabrication verte (des zones par exemple de biocompatibility et de biocomplexity). D'Autres applications comprennent le design des senseurs pour des astronautes, des soldats, des biofluids (pour traiter l'ADN et d'autres molécules), la fécondation in vitro du bétail, le nanofiltration, le ` de bioprocessing par design' et la traçabilité de la nourriture génétiquement modifiée (Tableau 1).

Liste du Tableau 1 d'applications de Nanotechnologie aux sciences Biomédicales

Nano-Applications

Références

 

Bio-Dépistage des agents pathogènes

15

 

Dépistage des protéines

16

 

Sondage de la structure d'ADN

17

 

Bureau d'études de Tissu

18, 19

 

Destruction Par La Chaleur de tumeur (hyperthermie)

20

 

Études de Phagokinetic

21

 

Amélioration de Contraste d'IRM

22

 

Séparation et purification des biomolécules et des cellules

23

 

Marqueurs biologiques Fluorescents

24, 25

 

Accouchement de Médicament et de gène

26, 27

 

Cellules Artificielles et leurs assemblages

28

Design des protéines pour le transport efficace d'électron ou avec les configurations mécaniques

29

Utilisant la technologie de crayon lecteur d'immersion

30, 31

Formation et accroissement des nanostructures dans des biosystèmes vivants (par exemple par des centrales de luzerne)

32

Biocapteurs

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

Nanorods pour des applications de vaccination

40

Les zones Exploratoires pour la nanotechnologie comprendront la recherche dans l'état et/ou le réglage du cerveau et d'autres zones pour regagner la cognition. Elle pourrait également trouver l'application en concevant des pharmaceutiques en fonction des génotypes patients et en appliquant des produits chimiques pour stimuler la production en fonction des génotypes de centrale. La synthèse des produits chimiques plus pertinents et plus biodégradables pour l'agriculture et la production des détecteurs implantables ont pu être facilitées par nanotechnologie avec des quantités minimales de sang. Utilisant cette technologie il devrait également être possible de développer les méthodes qui utilisent la salive au lieu du sang pour le dépistage des maladies ou qui peuvent exécuter remplissent le test sanguin au cours d'une courte période. Des délivrances Plus Grandes comprennent le médicament moléculaire économique, l'agriculture durable, économie de biocomplexity, et d'activer des technologies émergentes.

Richard E. Smalley, lauréat du Prix 1996 Nobel en Chimie annoncée dans son témoignage congressionnel au gouvernement au sujet de la conscience croissante dans la communauté scientifique et technique de notre entrée dans un âge d'or neuf. L'intérêt En Pleine Expansion pour les applications médicales de la nanotechnologie a mené à l'émergence d'une discipline neuve connue sous le nom de nanomedicine [14]. Sur une étendue plus large, le nanomedicine est le procédé de diagnostiquer, traitant, évitant la maladie et la lésion traumatique, de détendre la douleur, et de préserver et d'augmenter la santé des personnes, utilisant les outils moléculaires et la connaissance moléculaire du corps humain. Le but de cette révision est de projeter plus de lumière sur les progrès récents et l'incidence de la nanotechnologie sur les sciences biomédicales.

Développements Récents

Le Diagnostic médical avec l'accouchement approprié et pertinent des pharmaceutiques sont les zones médicales où nanosize les particules ont trouvé des applications pratiques. Cependant, il y a beaucoup d'autres propositions intéressantes pour l'usage des outils nanomechanical dans les domaines de la recherche médicale et de la pratique clinique. De Tels nanotools attendent la construction, et sont actuellement plutôt un fantasme. Cependant, ils pourraient être tout à fait utiles, et devenir une réalité dans un avenir proche [41].

Nanodevices en sciences médicales pourrait fonctionner pour remonter les cellules défectueuses ou fonctionnantes incorrect, telles que le respirocyte proposé par Freitas [42]. Cette hématie fabriquée par l'homme est théoriquement capable de fournir l'oxygène plus effectivement qu'un globule rouge. Il pourrait remonter les cellules rouges naturelles défectueuses dans la circulation sanguine. Les Premières applications des respirocytes peuvent concerner le remplacement transfusable de sang, des problèmes prénatals/néonataux de demande de règlement partielle de l'anémie, et des troubles de poumon.

On a signalé que les nanomachines pourraient gérer des médicaments dans le fuselage d'un patient. De Tels nanoconstructions pourraient livrer des médicaments aux sites particuliers rendant la demande de règlement plus précise et précise [43]. Des machines Assimilées avec les armes particulières de `' ont pu être utilisées pour supprimer des obstacles dans l'appareil circulatoire ou dans l'identification et le massacre des cellules tumorales.

L'autre application indispensable de la nanotechnologie par rapport à la recherche médicale et les diagnostics sont des nanorobots. Nanorobots, fonctionnant au corps humain, a pu surveiller des niveaux de différents composés et enregistrer l'information dans la mémoire interne. Ils pourraient être rapidement utilisés dans l'examen d'un tissu donné, étudiant ses caractéristiques techniques biochimiques, bioméchaniques, et histometrical plus en détail. Juste comme la biotechnologie étend le domaine et l'efficacité des options de demande de règlement fournies par des nanomaterials, l'avènement de la nanotechnologie moléculaire augmentera de nouveau énormément l'efficacité, le confort et la vitesse de futures demandes de règlement médicales tout en en même temps de manière significative réduisant leur risque, coût, et pouvoir envahissant.

La Biotechnologie permet la production sur mesure et les biopharmaceuticals et les médicaments biotechnologiques, on dont exigez des technologies spéciales de formulation de surmonter des problèmes médicament-associés. De Tels défis majeurs à résoudre comprennent ce qui suit : solubilité faible, stabilité chimique limitée in vitro et in vivo après administration (c.-à-d. demi vie courte), biodisponibilité faible et effets secondaires potentiellement intenses exigeant l'enrichissement de médicament au site de l'action (désignation d'objectifs) [44]. Des porteurs de Nanoparticulate ont été développés en tant qu'une solution pour surmonter de tels problèmes d'accouchement, c.-à-d. les nanocrystals de médicament, les nanoparticles solides de lipide (SLN), les porteurs nanostructured de lipide (NLC) et les nanoparticles conjugués (LDC) de lipide-médicament [44]. Les porteurs comme enregistrés par Muller et des collègues conviennent pour résoudre des problèmes d'accouchement avec les médicaments biotechnologiques de la solubilité différente. La Désignation D'objectifs avec ces porteurs peut être réalisée par un élan très simple, l'adsorption différentielle de protéine (technologie de PathFinder®). Cette technologie prouvée pour être assez efficace pour accumuler des montants de médicaments suffisamment élevés dans le cerveau pour atteindre les niveaux thérapeutiques et pour remplir également la condition principale d'être poursuivi par une société pharmaceutique.

On pense qu'est flexible et pourrait le Point de Quantum avec des nanodots d'une couleur particulière offrir un bon marché et une manière simple pour examiner une prise de sang pour la présence d'un certain nombre de différents virus en même temps. Il pourrait également donner à des médecins un outil rapide de diagnostic pour trouver par exemple la présence d'un ensemble particulier de protéines qui indique fortement le début de l'infarctus du myocarde. Sur le front de recherches, la capacité d'étiqueter simultanément les biomolécules multiples sur et à l'intérieur des cellules pourrait permettre à des scientifiques d'observer les modifications et les événements cellulaires complexes associés avec la maladie, fournissant des indices précieux pour le développement de futures pharmaceutiques et de thérapeutique (Quantum Dot Corporation) [45].

Le Coeur, le Poumon, et les régimes Nationaux de l'Institut de Sang (NHLBI) pour stimuler l'application de la nanotechnologie à la recherche et aux troubles de HLBS (Coeur, Poumon, Sang et Sommeil). Une demande de renseignements (RFI) a été développée, avec le conseil des scientifiques et des médecins avec des intérêts en nanotechnologie, à la toile la communauté scientifique plus grande aux élans à développer et à s'appliquer la nanotechnologie aux troubles de HLBS. Un groupe de travail comportant des scientifiques, des ingénieurs, et des médecins avec des compétences en travers de nanotechnologie, de nanoscience, et de médicament de HLBS s'est réuni le 28 février 2003th, utilisant les réactions d'IFR comme point de départ pour des discussions. Le Groupe de Travail évaluer la zone de la nanotechnologie et suggérer des voies pour la recherche. Le Groupe de Travail a averti contre excessivement la définition rigide ou restrictive de la nanotechnologie, mettant l'accent sur le continuum d'échelle du nanoscale à la micro-échelle. Le Groupe a également recensé des zones d'opportunité et de défis au développement ultérieur associé avec l'application du nanoscience et la nanotechnologie au diagnostic, à la demande de règlement, et à la prévention améliorés des troubles de HLBS. Il a aussi bien développé des recommandations prioritaires de faciliter l'application de la nanotechnologie aux questions biologiques et a amélioré les soins aux patients [46].

Le Groupe de RÉSISTANCE à l'École d'Obturation de la Pharmacie à l'Université de Cardiff et d'autres ont regardé comment les polymères moléculairement imprimés pourraient être médicalement utiles dans les applications cliniques telles que la release réglée de médicament, les dispositifs de surveillance de médicament, et les imitateurs biologiques et d'anticorps de récepteur. Des polymères moléculairement imprimés d'Histamine et d'éphédrine (MIPs) ont été étudiés en tant qu'imitateurs biologiques potentiels de récepteur tandis qu'un propanolol MIP était vérifié pour son usage comme tarifs atténuant l'excipient sélecteur dans un dispositif réglé transdermique [47].

Le premier moléculaire tension-déclenché artificiel nanosieve a été fabriqué par Charles R. Martin et les collègues [48] à l'Université De L'Etat Du Colorado en 1995. La membrane de Martin contient un choix de nanotubules cylindrique d'or avec les diamètres intérieurs aussi petits que 1.6nm. Quand les tubules sont franchement - des ions chargés et positifs sont exclus et seulement des ions négatifs sont transportés par la membrane. Quand la membrane reçoit une tension négative, seulement les ions positifs peuvent réussir. Les nanodevices Assimilés peuvent combiner la tension déclenchant avec la taille de pore, la forme, et les contraintes de charge pour réaliser le contrôle précis du transport d'ion avec la spécificité moléculaire significative. Un biocapteur extraordinairement sensible de contact de canal ionique a été établi par un organisme de recherche Australien [49].

L'année 2003 pourrait se nommer une année très spéciale pour la recherche biomédicale parce que nous avons célébré l'achèvement de l'ordonnancement du génome humain entier qui a coïncidée avec l'anniversaireth 50 de la découverte de la structure de double hélix d'ADN par Watson et Torticolis. Dans la représentation biomédicale, nous étions témoin également de l'attribution du Prix Nobel en Médicament et Physiologie à deux pionniers dans l'Imagerie par Résonance Magnétique, de Professeur Paul Lauterbur et de Monsieur Peter Mansfield. Ces événements de point de repère ont aidé à mettre en valeur l'incidence du développement rapide dans beaucoup de diverses disciplines à la recherche biomédicale. La puissance de levier et les énormes progrès en électronique et technologie de l'information a été provoquée par la recherche biomédicale de représentation [50]. Les opportunités et les défis dans la future recherche biomédicale se situent dans la constitution de la connaissance gagnée de la biologie moléculaire avec la chimie, la physique, le bureau d'études, la technologie de l'information, et la nanotechnologie pour comprendre l'ambiguïté et la complexité de la durée de vie et pour proposer des méthodes diagnostiques et thérapeutiques neuves.

Les nanoparticles de Phosphate de calcium présentent une seule classe des vecteurs non viraux, qui peuvent servir de porteurs efficaces et alternatifs d'ADN à l'accouchement visé des gènes. Le design et la synthèse de la taille très réduite, les nanoparticles fortement monodispersed de phosphate de calcium dopés par ADN de la taille autour de 80nm de diamètre a été enregistré [51]. L'ADN encapsulé à l'intérieur du nanoparticle est protégé contre l'environnement externe de DNase et pourrait être utilisé en toute sécurité pour transférer l'ADN encapsulé sous in vitro et in vivo des conditions.

L'application d'une combinaison de nanomedicine avec le biophotonics pour cheminer optiquement les voies cellulaires de l'accouchement de gène et la transfection donnante droit à l'aide des nanoparticles comme vecteur non viral a été expliquée récent [52]. L'accouchement de Gène est une zone d'intérêt actuel considérable ; des matériels génétiques (ADN, ARN, et oligonucléotides) ont été utilisés en tant que médicament moléculaire et sont fournis à la cellule particulière que les types à empêchent une certaine expression du gène indésirable ou expriment les protéines thérapeutiques.

Technologie Nano-ADN

La découverte de l'amplification en chaîne par polymérase (PCR) [53, 54] a préparé le terrain à une ère neuve de recherche biologique. L'incidence peut être ressentie non seulement dans le domaine de la biologie moléculaire, mais également dans d'autres domaines alliés de la science. Des classes Nouvelles des conjugués semisynthétiques d'ADN-protéine, des réseaux oligomères auto-assemblés se composant du streptavidin et de l'ADN, qui bicaténaire peuvent être convertis en nanocircles supramoléculaires bien définis ont été développées [55, 56].

Les conjugués ADN-streptavidin s'appliquent en tant que synthons modulaires pour la production des réactifs immunologiques neufs pour l'analyse de trace ultra-sensible des protéines et d'autres antigènes au moyen de méthodologie immuno-ACP [57-59]. Immuno-ACP est une combinaison de la spécificité d'un immunoessai anticorps-basé avec l'alimentation électrique exponentielle de l'amplification de l'ACP, par conséquent ayant pour résultat un degré de 1000 fois de sensibilité par rapport aux méthodes normales d'ELISA (Méthode ELISA).

les conjugués ADN-streptavidin Auto-Assemblés ont été également appliqués dans le domaine de la nanotechnologie. Par exemple, les conjugués sont utilisés en tant que systèmes modèles pour les réseaux ion-permutables de nanoparticle, en tant que normes matérielles douces d'étalonnage de ` de nanomètre-échelle' pour la microscopie de balayage de sonde [60, 61], ou en tant que synthons programmés pour la construction rationnelle de l'architecture biomoléculaire complexe, qui peut être utilisée comme descripteurs pour l'accroissement des dispositifs minéraux de nanomètre-échelle [62, 63]. Des conjugués Covalents de l'ADN monocatenaire et du streptavidin sont utilisés en tant qu'adaptateurs biomoléculaires pour l'immobilisation des macromolécules biotinylated aux substrats solides par l'hybridation d'acide nucléique. Ce ` ADN-a dirigé l'immobilisation' tient compte pour le functionalization réversible et site-sélecteur des substrats solides avec des nanoparticles en métal et de semi-conducteur ou, vice versa, du functionalization dirigé par ADN des nanoparticles d'or avec des protéines, telles que des immunoglobulines et des enzymes. La fabrication des nanostructures biometallic fonctionnels des nanoparticles d'or et des anticorps sont appliqués comme outils de diagnostic dans le bioanalytics [64].

Après la publication d'un plan de variation de la séquence de génome humain contenant plus de deux millions de polymorphismes uniques de nucléotide (SNPs) (Le Groupe de Travail International de Plan de SNP, 2001), le prochain défi est le développement des technologies pour utiliser cette information d'une façon rentable. Des méthodes de Génotypage doivent être améliorées afin d'augmenter le débit par au moins deux ordres de grandeur pour activer pharmaceutique, biotechnologique et la recherche universitaire pour découvrir des associations entre les variants génétiques et les maladies, avec le potentiel conséquent pour le développement des diagnostics et des traitements nouveaux. Les élans Neufs à l'extraction et à l'amplification d'ADN ont raccourci les temps nécessaires pour ces procédés aux secondes. Les dispositifs de Microfluidic activent le dépistage de polymorphisme par la séparation très rapide d'éclat utilisant l'électrophorèse capillaire et la chromatographie liquide haute performance, avec le mélange et le transport des réactifs et des biomolécules dans des systèmes intégrés [65]. Les objectifs de base dans le développement d'un système d'extraction et de purification d'ADN qui sera compatible avec des conditions de génotypage du haut-débit SNP sont :

·         Release de l'ADN des cellules dans la solution sans panne (de tonte) enzymatique (c.-à-d. endonucléases) ou mécanique de l'ADN ;

·         Démontage des saletés cellulaires (par exemple protéines) qui peut entraver des analyses d'Amplification de l'ADN ou d'hybridation ;

·         Haut-Débit et préparation des échantillons économique d'ADN avec les protocoles simplifiés qui réduisent le nombre de procédures concernées ;

·         Manière D'éviter des conditions chimiques dangereuses autant que possible de réduire à un minimum des coûts de traiter et de disposition ;

·         La Régularité de la qualité et la quantité de rendement d'ADN parmi des échantillons de sorte que la quantification soit inutile, et l'amplification et/ou l'hybridation ultérieures peuvent être à un niveau élevé de reproductibilité ;

·         Un procédé très efficace, pour assurer assez d'alimentation pour le nombre énorme d'analyses anticipées ; et

·         Une surface adjacente qui activera la charge directe des biopsies en circuit conventionnel échantillonnées au système [65].

Le potentiel pour que la nanotechnologie contribue à l'analyse rapide du haut-débit SNP est le plus évident avec les plates-formes intelligentes de biopuce. Le développement d'une plate-forme électroniquement adressable de puce ADN comme décrit par Heller L. et autres 2000 [66] a provoqué Nanogen Inc. (San Diego, la Californie, ETATS-UNIS). Le défi de fournir un ou plusieurs plates-formes techniques capables du débit d'examen critique de SNP de la commande de 107 génotypes par jour devra être réalisé, pour permettre des associations significatives entre les gènes et les maladies à déterminer. Supplémentaire, la plate-forme technique devra également fournir des économies d'échelle, telles que le coût selon le génotype sera moins de 0,01$ pour l'importance d'examiner nécessaire pour être faisable. De la zone se développante rapidement de la nanotechnologie, des outils nouveaux et les procédés ont été introduits avec le potentiel de fournir les capacités exigées [67-69].

Les Différences des SNP se produisant dans la grande proximité entre eux sur le génome est normalement due marqué à la liaison au cours du processus de réplication, et l'ampleur de cette corrélation se nomme déséquilibre de liaison. Là Où une association significative se produit entre la variation génétique observée aux SNP particuliers et la présence d'une maladie, des gènes susceptibles peuvent être recensés. Les évaluations statistiques requises pour éliminer des résultats faussement positifs ont été révisées par McCarthy et Hilfiker (2000) [70]. Ils proposent qu'une augmentation linéaire de taille de l'échantillon soit nécessaire pour chaque ordre de grandeur l'augmentation du nombre de repères testés. Par Conséquent, l'identification sans équivoque d'un gène susceptible d'un programme de dépistage comprenant 1 Million de SNP exigerait une taille de l'échantillon minimum de 1000 (c.-à-d. un minimum de 10 SNP9 doivent être examinés).

Nanoparticles peut être utilisé pour le dépistage in vitro quantitatif et qualitatif des cellules tumorales. Elles augmentent le procédé de dépistage en concentrant et en protégeant un repère contre la dégradation, afin de rendre l'analyse plus sensible. Par exemple, des nanospheres fluorescents streptavidin-enduits de polystyrène Fluospheres® (fluorescence verte) et TransFluospheres® (fluorescence rouge) ont été appliqués en cytométrie de flux unique de couleur pour trouver le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) sur les cellules A431 (cellules épidermoïdes humaines de carcinome) [71]. Les résultats ont prouvé que les nanospheres fluorescents ont fourni une sensibilité 25 fois de davantage que cela de la streptavidin-fluorescéine conjuguée.

Des outils Neufs peuvent maintenant être développés, conçu à l'intersection de la protéomique et de la nanotechnologie, par lequel des agents nanoharvesting puissent être inculqués dans la circulation (par exemple particules dérivatisées d'or) ou dans les dispositifs de ramassage de sang pour agir en tant que ″ moléculaire de balais de ″ qui absorbent et amplifient les biomarqueurs attachés et complexés qui existent [72-74]. Ces nanoparticles, avec leur cargaison diagnostique attachée, peuvent être directement questionnés par l'intermédiaire de la spectrométrie de masse pour indiquer les signatures de faible poids moléculaire et enrichies de biomarqueur. Éventuel, l'installation de n'importe quel élan pour trouver la maladie est évaluée sur son incidence clinique aux résultats et à la rémission patients [75]. Ce Qui est instamment exigé dans l'étude des maladies généralement est le développement des biomarqueurs qui peuvent trouver les maladies durcissables premières, et de ne pas trouver la maladie avancée mieux.

Des agents de Contraste ont été chargés sur des nanoparticles pour le diagnostic de tumeur. Les caractéristiques techniques physico-chimiques (dimension particulaire, charge extérieure, couche extérieure, stabilité) des nanoparticles permettent la redirection et la concentration du repère au site particulier d'intérêt. Des particules colloïdales Étiquetées ont pu être utilisées en tant qu'agents radiodiagnostiques. D'autre part, quelques systèmes colloïdaux non-étiquetés sont déjà en service et certains sont encore testés comme agents de contraste des procédures relatives de diagnostic telles que la tomodensitométrie et la représentation RMN.

Jusqu'à présent, une étude d'utilisation de radionucleide dans la représentation diagnostique avec des nanoparticles pour le dépistage du cancer doit être publiée encore. Cependant, pendant que les particules colloïdales conventionnelles peuvent être des cellules des organes comme le foie, la rate, les poumons et la moelle osseuse et pendant que la long-diffusion des nanoparticles peut avoir une localisation compartimentée dans la circulation sanguine ou le système lymphatique tous ces organes étant les sites potentiels pour le développement de tumeur, ces systèmes colloïdaux pourraient potentiellement améliorer le diagnostic de tumeur.

À l'avenir, des nanoparticles qui sont conçus avec des affinités obligatoires particulières peuvent être resuspendus dans les liquide organiques rassemblés, ou être peut-être même injectés directement dans la circulation. Les nanoparticles, avec les molécules attachées, pourraient être directement capturés sur les filtres conçus et être directement remis en cause par spectrométrie de masse ultra à haute résolution (par exemple Résonance De Cyclotron D'Ion de Transformée de Fourier).

L'Oxygène est l'une des métabolites principales dans des systèmes aérobies, et la mesure de l'oxygène dissous est d'importance indispensable dans des applications médicales, industrielles, et environnementales. L'intérêt Récent pour les méthodes pour mesurer la concentration dissous en oxygène a été concentré principalement sur les senseurs optiques, dus à leurs avantages par rapport aux électrodes ampèremétriques conventionnelles du fait elles sont plus rapides, n'absorbent pas l'oxygène, et ne sont pas facilement empoisonnées [76, 77].

Des nanosensors Optiques de CAILLOU (sondes encapsulées par encastrer biologiquement localisé) ont été développés pour l'oxygène dissous utilisant les nanoparticles organiquement modifiés de silicate (ormosil) comme modification. Les nanoparticles d'ormosil sont préparés par un procédé solenoïde-gel-basé, qui comprend la formation des particules de noyau avec le phenyltrimethoxysilane comme précurseur suivi de la formation d'une couche vêtante avec le methyltrimethoxysilane comme précurseur [78]. La structure hautement perméable et la nature hydrophobe des nanoparticles d'ormosil, ainsi que leur petite taille, résultent en excellente réaction de trempage générale à l'oxygène dissous et réaction linéaire sur le domaine entier, des 0 eaux -100% oxygène-saturées. Ce senseur de CAILLOU a une sensibilité plus élevée et des longueurs d'onde de linéarité ainsi que plus longues plus grandes d'excitation et d'émission, ayant pour résultat le bruit de fond réduit pour la mesure cellulaire. Les senseurs de CAILLOU sont excellents en termes de leur réversibilité et stabilité à la lixiviation et à la conservation à long terme. Un suivi en temps réel des changements de l'oxygène dissous dû à la respiration de cellules dans une cavité fermée a été effectué par le CAILLOU livré par canon de gène. Ce senseur est maintenant appliqué pour des mesures intracellulaires simultanées de l'oxygène et du glucose [78].

Application de Nanotechnologie aux Enzymes P450

Les Cytochromes P450 sont hautement appropriés à la zone bio-analytique [79]. Ils forment une famille nombreuse des enzymes actuelles en tous les tissus essentiels au métabolisme de la plupart des médicaments en service aujourd'hui, jouant un rôle indispensable dans le développement et le processus de découverte de médicament. Ils agissent en tant que catalyseurs pour la mise en place d'un des deux atomes d'une molécule de l'oxygène dans un grand choix de substrats (r) avec le regioselectivity tout à fait grand, menant à la réduction concomitante de l'autre atome d'oxygène pour arroser suivant les indications de l'équation ci-dessous [29].

Plusieurs méthodes ont été enregistrées dans la littérature pour l'examen critique de la rotation de substrat par P450s dans un format élevé de débit [80-83]. Cependant, elles toutes font défaut à l'limitation à tester l'activité des enzymes P450 par le dépistage de la conversion d'un substrat particulier de repère, mais Tsotsou et autres 2002 [84] ont pu développer une méthode appelée la méthode d'alcali, qui peut trouver la rotation de n'importe quel NAD (P) H ou de NAD (P)+ enzyme de personne à charge. Le progrès sur ces fronts de recherches et leurs combinaisons fournissent une plate-forme puissante pour de futures applications de ces enzymes, l'accent étant mis plus particulièrement sur la technologie d'alignement de protéine.

Application de Nanotechnologie au Bureau D'études de Tissu

Le bureau d'études de Tissu est basé sur la création des tissus neufs in vitro suivis d'emplacement chirurgical dans le fuselage ou de la stimulation du réglage normal in situ utilisant les construire ou les implants bioartificial avec des cellules vivantes présentées dans ou à côté de la zone des dégâts. Bien Qu'il soit principalement concerné par utiliser le matériau humain, du patient eux-mêmes (autologue) ou d'autres sources humaines (allogénique), du matériau d'autres sources mammifères ont été également appliqués chez l'homme (xenogeneic).

La participation de la microélectronique ou la nanotechnologie en produisant un tissu ou un organe qui peuvent remplacer un qui est terminalement malade, comme un oeil, oreille, un coeur, ou une articulation véritablement bioartificial a été envisagée. Les dispositifs prothétiques Implantables et les nanoscaffolds pour l'usage dans l'élevage des organes artificiels sont des objectifs des chercheurs de nanotechnologie. Nanoengineering de hydroxyapatite pour le remontage d'os est passablement avancé [85, 86].

À l'avenir, nous pourrions imaginer un monde où des nanodevices médicaux sont par habitude implantés ou même injectés dans la circulation sanguine pour surveiller le bien-être et pour participer automatiquement au réglage des systèmes qui dévient des normes déterminées. Ces nanobots pourraient être personnalisés en les concevant en fonction le génotype et le phénotype patients pour optimiser l'intervention à la partie au cours de l'expression de la maladie [4].

Accroissement des Organes Neufs

Le bâtiment de Nanoscale des cellules peut être accompli par leur réplication programmée. Les signes sont transmis dans les deux sens par les directives pour la forme désirée de taille et de forme le chantier de construction. Quand les directives complètes sont de finition, les organes peuvent être développés selon les caractéristiques préalables.

Ces organes ont pu avoir l'ADN nécessaire encodés pour être compatibles avec le mode immunologique exigé de corps humain. Ceci peut augmenter l'intégration des structures artificielles avec les tissus vivants, présentant à un plus la surface adjacente appropriée aux systèmes biologiques. Avec l'avantage en l'absence de la greffe d'aujourd'hui différente d'organe du donneur de réaction immunitaire. Dans les années à venir ceci peut accomplir un Bond prodigieux dans le management des troubles de défaillance d'organe.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - représentation Graphique de la construction de nanoscale et de l'accroissement des organes neufs.

Représentation Graphique de la construction de nanoscale et de l'accroissement des organes neufs.

Représentation Moléculaire

Les élans Neufs de représentation utilisant les journalistes fluorescents et bioluminescents génétiquement encodés (c.-à-d., les balises d'identification lumineuses ou rougeoyantes) offrent des analyses de indication au fuselage vivant comme jamais non avant observé. L'Information fournie par ces journalistes peut être employée pour augmenter notre compréhension de biologie humaine et le développement des approches thérapeutiques pour beaucoup de maladies, y compris le cancer, l'infection, neurodegenerative et maladie cardio-vasculaire.

En plus de progresse jusqu'ici effectué avec les agents moléculaires, leaders de l'industrie présentent également les technologies de l'image en pleine évolution qui permettent à des scientifiques de visualiser des organismes au niveau moléculaire (Tableau 2).

Les Derniers produits du Tableau 2. à la Représentation Moléculaire et aux Compagnies de production associées

Nom de Produit

Compagnie (IES)

 

Systèmes hybrides de représentation de SPECT/CT

Philips Medical Systems/Solutions Médicales de Siemens

 

GFAP-Luc (protéine acide fibrillaire glial)

Xénon

 

Bulles d'Ultrason

Schering AG

 

NeuroSpec™ (agent radiodiagnostique)

Tyco Healthcare/Mallinckrodt Inc.

 

explorez le Lieu Ultra (le système)

Système Médical de GE

Definity® ou Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         Les systèmes hybrides de SPECT/CT saisissent l'information fonctionnelle sur moléculaire et les processus cellulaires (accroissement et activité) et le détail anatomique (taille et forme) d'une structure moléculaire visée plus rapidement, efficacement et de manière dégagée que les dispositifs imageurs normaux. Les images obtenues à partir de ces systèmes peuvent aider avec l'identification rapide des tumeurs, analyse du traitement adapté, accouchement du traitement visé pour détruire avec précision des cellules cibles, et continuent pour évaluer l'efficacité de demande de règlement.

·         Le Xénon a présenté sa lumière plus neuve produisant les modèles animaux transgéniques (GFAP-Luc) pendant la Société pour la 3ème Rencontre Annuelle de la Représentation Moléculaire. Ce modèle peut s'avérer être un modèle important pour les dégâts de cheminement et réglage en conditions neurologiques continuelles telles que la rappe ou la Maladie de Parkinson poteau-ischémique.

·         Un agent de contraste d'ultrason est fait en « ″ minuscule de microboules qui dispersent la lumière et permettent au directeur de stage de voir quelle pièce du muscle cardiaque fonctionne mauvais. La sensibilité et la souplesse de l'ultrason lui effectue la plupart de technique sensible des microboules de représentation parce qu'elle perturbe délibérément la configuration et produit un effet passager très intense et hautement caractéristique. Par exemple,

·         Definity® autrement connu sous le nom de Sonolysis™ sont les microboules pleines de gaz pour des applications thérapeutiques nouvelles. Pour dissoudre la thrombose vasculaire, des microboules sont gérées en intraveineuse à un patient ou localement injectées dans une structure vasculaire particulière telle qu'une greffe vasculaire. L'Ultrason est appliqué extérieurement (ou peut être appliqué intérieurement par l'intermédiaire du cathéter) au-dessus de la zone du caillot sanguin pour fournir l'action localisée et visée. Pendant Que les microboules inondent le caillot, elles agissent en tant que dispositifs micromécaniques où l'ultrason palpite les bulles et fait sauter les bulles dans le domaine d'ultrason, menant à la dissolution de caillot sanguin. Le nanosurgery de Sonolysis est localement traitement nanoinvasive visé pour la demande de règlement de la thrombose vasculaire. Avec des thérapies alternatives pour traiter la thrombose, sonolysis a les moyens les mérites potentiels d'être moins invasif que le thrombectomy mécanique et plus rapidement la pharmacothérapie que conventionnelle avec moins de risque de saignement.

·         NeutroSpec™ est un agent radiodiagnostique qui étiquette des globules blancs et des précurseurs myéloïdes sans besoin de démontage et de re-injection de sang dans des patients. Ce produit nouveau est pour des patients présentant les signes équivoques d'appendicite qui sont cinq-année-vieux et hauts. NeutroSpec facilite également la visualisation des images produites par l'intermédiaire de l'appareil-photo gamma permettant des médecins repèrent à rapidement et facilement les sites de l'infection éliminant de ce fait des délais et/ou des risques normalement affiliés avec des procédés de écriture de labels de globule blanc alternatif.

·         explorez le Lieu est Ultra un système volumétrique de première classe de CT capable de doser des mesures physiologiques et l'anatomie élaborée des tissus, des tumeurs et de la perfusion d'organe. Le Lieu exécute Ultra également l'acquisition des images aux tarifs d'un fraction de seconde, activant la représentation dynamique.

Résumé

Le champ multidisciplinaire de l'application de la nanotechnologie pour découvrir les molécules neuves et manipuler ces disponible naturellement a pu briller dans son potentiel d'améliorer la santé. Les sous-produits de la nanobiotechnologie ont pu être employés en travers de tous les pays du monde.

À l'avenir, nous pourrions imaginer un monde où des nanodevices médicaux sont par habitude implantés ou même injectés dans la circulation sanguine pour surveiller la santé et pour participer automatiquement au réglage des systèmes qui dévient de la configuration normale. L'avancement prolongé dans le domaine de la nanotechnologie biomédicale est la création et la collaboration des organismes de recherche dans les domaines complémentaires. De Telles collaborations doivent être internationalement aussi bien mises à jour non seulement sur la spécialité sur le terrain, mais. Le développement et réalisation réussi des collaborations internationales stimule un point de vue global sur la recherche et rassemble les avantages à l'humanité en général. Cependant, la nanotechnologie en médicament fait face à d'énormes sauts techniques du fait les longues attentes et les nombreuses défaillances sont inévitables. De Même, elle ne devrait pas être prise pour a accordé aux dangers et aux effets négatifs de la nanobiotechnologie une fois appliquée dans la guerre, dans les mains des terroristes et des catastrophes associés avec son application dans le rétablissement d'énergie quand et là où elle frappe ou des risques associés avec des nanoparticles dans la circulation sanguine. Il devrait apprécier que la nanotechnologie n'est pas en soi un domaine scientifique apparaissant unique mais plutôt un point de rencontre des sciences traditionnelles comme la chimie, la physique, la biologie et la science des matériaux pour rassembler la connaissance et les compétences collectives exigées exigées pour le développement de ces technologies nouvelles.

Remerciements

Les auteurs souhaitent exprimer leur gratitude au Prof. Type M. Tremblay et M. Jakob Bonlokke pour leur examen critique du manuscrit et des suggestions utiles et également Mme Cecile Bilodeau, service audiovisuel pour concevoir le Schéma 1.

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Rahul Shetty (Auteur Correspondant)

Service de la Chirurgie Cardiaque

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

Last Update: 13. June 2013 01:22

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