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DOI : 10.2240/azojono0101

Impatto di Nanotecnologia sulle Scienze Biomediche: Rassegna dei Concetti Correnti su Convergenza di Nanotecnologia Con Biologia

Herbert Ernest e Rahul Shetty

Presentato: 26 marzo 2005th

Inviato: 18 maggioth 2005

Argomenti Coperti

Estratto

Sfondo

Sviluppi Recenti

Tecnologia Nano-DNA

Nanobiotecnologia nella Singola Analisi di Polimorfismo del Nucleotide di Alto-Capacità di lavorazione

Nanoparticelle come Biomarcatori

Nanotecnologia nelle Misure di Ossigeno Disciolto

Applicazione di Nanotecnologia agli Enzimi P450

Applicazione di Nanotecnologia ad Assistenza Tecnica del Tessuto

Crescita di Nuovi Organi

Rappresentazione Molecolare

Riassunto

Ringraziamenti

Riferimenti

Dettagli del Contatto

Due delle tecnologie di promessa del XXI secolo sono biotecnologia e nanotecnologia.

Questa scienza delle strutture del nanoscale si occupa della creazione, della ricerca e dell'utilizzazione dei sistemi che sono 1000 volte più piccoli delle componenti corrente utilizzate nel campo della microelettronica. La Biotecnologia si occupa del trattamento metabolico con i microoraganisms. Convergenza di questi risultati di due tecnologie nella crescita di nanobiotecnologia. Questa combinazione interdisciplinare può creare molti strumenti innovatori.

Le applicazioni biomediche di nanotecnologia sono i prodotti diretti di tali convergenze.

Tuttavia, le sfide che pongono agli scienziati ed agli ingegneri che lavorano nel campo di nanotecnologia sono abbastanza enormi e straordinario complesso in natura.

L'Utilità di nanotecnologia alle scienze biomediche implica la creazione dei materiali e delle unità destinati per interagire con l'organismo ai disgaggi sottocellulari con un alto livello di specificità. Ciò potrebbe potenzialmente essere tradotta in cellulare mirato a e le applicazioni cliniche tessuto-specifiche hanno puntato sugli effetti terapeutici massimi con gli avverso-effetti molto limitati.

La Nanotecnologia nelle scienze biomediche presenta molte opportunità rivoluzionarie nella lotta contro tutti i tipi di cancro, di disordini cardiaci e neurodegenerative, di infezione ed altre malattie.

Questo articolo presenta una generalità di alcune delle applicazioni di nanotecnologia nelle scienze biomediche.

La Nanotecnologia è un nuovo settore scientifico che comprende lavorare con i materiali e le unità che sono al livello del nanoscale. Un nanometro è bilionesimo di un metro. Cioè circa 1/80,000 del diametro dei capelli umani, o dieci di volte il diametro di un atomo di idrogeno. Manipola le proprietà chimiche e fisiche di una sostanza al livello molecolare. La Nanotecnologia altera il modo che pensiamo, offusca i limiti fra fisica, chimica e la biologia, l'eliminazione di questi limiti poserà molte sfide e nuove direzioni per l'organizzazione di formazione e della ricerca.

Richard che il ` chiamato discorso di Feynman Là è abbondanza di stanza al fondo' nel 1959 ha sottolineato questo concetto - Se le nostre piccole menti, per una certa convenienza, dividono questo universo nelle parti, la fisica, la biologia, la geologia, astronomia, la psicologia ecc - Ricordi che la natura non la conosce [1].

La Nanobiotecnologia è l'unificazione di biotecnologia e di nanotecnologia. Questa disciplina ibrida può anche significare la fabbricazione dei commputer del atomico-disgaggio imitando o comprendendo i sistemi biologici al livello molecolare, o la costruzione degli strumenti minuscoli per studiare o cambiare l'atomo naturale dei beni della struttura dall'atomo. La Nanobiotecnologia può avere una combinazione della micro-tecnologia classica con un approccio biologico molecolare. La Biotecnologia usa la conoscenza e le tecniche di biologia per manipolare i trattamenti molecolari, genetici e cellulari per sviluppare i prodotti ed i servizi ed è utilizzata nei diversi campi da medicina all'agricoltura. La Convergenza, è un'attività o la tendenza che accade basato sui materiali comuni e capacità-in questo caso la disciplina che permette alla convergenza è nanotecnologia. Le opportunità potenziali offerte da questa interfaccia è vero eccezionali; la sovrapposizione di Biotech, di nanotech e di tecnologia dell'informazione sta portando a compimento molte applicazioni importanti nelle scienze biologiche.

Questa tecnologia si pensa che per creare le innovazioni e svolgere un ruolo vitale in varie applicazioni biomediche (Fig. 1), non solo nella consegna e nella terapia genica della droga, ma anche nella rappresentazione, in biomarcatori ed in biosensori molecolari. la terapia farmacologica ed i metodi Obiettivo-Specifica per la diagnosi precoce delle patologie sono le aree di ricerca di priorità dove la nanotecnologia svolgerebbe un ruolo importante [2].

AZoNano - Giornale Online di Nanotecnologia - illustrazione Schematica di nanotecnologia che rivoluziona le scienze biomediche.

Figure1. Illustrazione Schematica di nanotecnologia che rivoluziona le scienze biomediche.

Gli Istituti Nazionali del Consorzio della Bioingegneria di Salubrità (BECON) hanno tenuto un simposio nel 2000 “Nanoscience denominato e la Tecnologia

Lo scopo di BECON era di migliorare la comunicazione fra gli scienziati biomedici e gli ingegneri che portano gli aspetti differenti delle loro abilità e conoscenza per riguardare questi problemi e per informare la comunità biomedica degli sviluppi emergenti nel campo di nanotecnologia. Le discussioni della conferenza ora ampiamente sono rinforzate da esperienza quotidiana, aumentante la capacità di manipolare le diverse molecole ad un nanoscale e di combinare le biomolecole con altre strutture del nanoscale. Questa abilità offre l'occasione di nuove applicazioni terapeutiche e diagnostiche incalcolabili permettendo al bene immobile delle strutture novelle dal basso verso l'alto [4].

In Avvenire il futuro prevedibile, l'applicazione clinica più importante di nanotecnologia probabilmente sarà nello sviluppo farmaceutico. Queste applicazioni approfittano dei beni unici delle nanoparticelle come droghe o dei componenti delle droghe o sono progettate per le nuove strategie alla versione controllata, drogano l'ottimizzazione ed il salvataggio delle droghe con la biodisponibilità bassa [5-7].

Le capsule del polimero di Nanoscale possono essere destinate per ripartire e rilasciare le droghe alle tariffe controllate, per permettere la versione differenziale in determinati ambienti, quale un media acido e per promuovere l'assorbimento in tumori contro i tessuti normali [8]. Molta ricerca ora è messa a fuoco sulla creazione dei polimeri novelli e sull'esplorazione delle combinazioni specifiche del droga polimero. Nanocapsules può essere sintetizzato direttamente dai monomeri o per mezzo di nanodeposition dei polimeri preformati [9]. Nanocapsules egualmente è stato formulato dall'albumina e dai liposomi. I delivery system Impiantabili della droga che stanno mettendi a punto useranno i nanopores per gestire la versione della droga.

Uno dei punti chiave nella biodisponibilità è transfezione delle cellule nella terapia genica del DNA. I metodi Correnti presentano le limitazioni significative, compreso il rischio di trasmissione involontaria della malattia dai vettori virali. Ciò piombo i ricercatori esplorare i complessi polimero-DNA ed i complessi liposoma-DNA per la consegna del gene [10]. Egualmente è stato indicato che il DNA compresso sotto forma di nanoparticelle può essere usato alle celle postmitotic del transfect [11].

Malgrado il rischio e le limitazioni, i vettori virali sono un approccio biomimetic efficiente alla droga che mira e la consegna. Il peptide di tat dal virus dell'immunodeficienza umana (HIV) ed altre proteine virali stanno fissandi a DNA, a proteine e ad altri materiali per l'assorbimento nelle celle. Questi nano-assembly imitano l'atto delle proteine di fusione che rendono la transfezione virale efficiente [12, 13]. La Nanotecnologia egualmente ha permesso allo sviluppo dei biochips ed ha un ruolo nella fabbricazione verde (aree di biocomplexity e per esempio di biocompatibilità). Altre applicazioni comprendono la progettazione dei sensori per gli astronauti, i soldati, i biofluids (per la manipolazione DNA e delle altre molecole), la fertilizzazione in vitro dell'azione in tensione, il nanofiltration, il ` di bioprocessing da progettazione' e la tracciabilità di alimento geneticamente modificato (Tabella 1).

Lista della Tabella 1 delle applicazioni di Nanotecnologia alle scienze Biomediche

Nano-Applicazioni

Riferimenti

 

Bio--Rilevazione degli agenti patogeni

15

 

Rilevazione delle proteine

16

 

Sondaggio della struttura del DNA

17

 

Assistenza tecnica del Tessuto

18, 19

 

Distruzione Al Calore del tumore (ipertemia)

20

 

Studi di Phagokinetic

21

 

Potenziamento di Contrasto di MRI

22

 

Separazione e depurazione di biomolecole e di celle

23

 

Indicatori biologici Fluorescenti

24, 25

 

Consegna del gene e della Droga

26, 27

 

Celle Artificiali ed i loro assembly

28

Progettazione delle proteine per trasporto efficiente dell'elettrone o con le funzionalità meccaniche

29

Facendo Uso di tecnologia della penna della immersione

30, 31

Formazione e crescita di nanostructures nei biosistemi viventi (per esempio dagli impianti dell'alfalfa)

32

Biosensori

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

Nanorods per le applicazioni di vaccinazione

40

Le aree Esplorative per nanotecnologia comprenderanno la ricerca sullo stato e/o sulla riparazione del cervello ed altre aree per il riacquisto della cognizione. Potrebbe anche trovare l'applicazione nella progettazione dei prodotti farmaceutici in funzione dei genotipi pazienti e nell'applicazione dei prodotti chimici per stimolare la produzione in funzione dei genotipi dell'impianto. La sintesi di prodotti chimici più efficaci e più biodegradabili per l'agricoltura e la produzione dei rivelatori impiantabili hanno potuto aiutarsi da nanotecnologia con le quantità minime di sangue. Impiegando questa tecnologia dovrebbe anche essere possibile mettere a punto i metodi che usano la saliva invece di sangue per la rilevazione delle malattie o che possono eseguire completano la prova di sangue durante un corto periodo di tempo. Le Più Vaste emissioni comprendono la medicina molecolare economica, l'agricoltura sostenibile, conservazione del biocomplexity e di permettere alle tecnologie di emergenza.

Richard E. Smalley, vincitore del Premio Nobel 1996 in Chimica annunciata nella sua testimonianza congressuale al governo circa la consapevolezza aumentante nella comunità scientifica e tecnica della nostra entrata in una nuova età dell'oro. L'interesse Germogliante nelle applicazioni mediche di nanotecnologia piombo all'emergenza di nuova disciplina conosciuta come il nanomedicine [14]. Su un'più ampia portata, il nanomedicine è il trattamento di diagnostica, trattando, evitando la malattia e la lesione traumatica, di alleviamento del dolore e di conservazione e di miglioramento delle sanità, facendo uso degli strumenti molecolari e della conoscenza molecolare del corpo umano. Lo scopo di questo esame è di gettare più indicatore luminoso sugli avanzamenti recenti e l'impatto di nanotecnologia sulle scienze biomediche.

Sviluppi Recenti

La diagnosi Medica con la consegna appropriata ed efficace dei prodotti farmaceutici è le aree mediche dove nanosize le particelle hanno trovato le applicazioni pratiche. Tuttavia, ci sono molte altre proposte interessanti di uso degli strumenti nanomechanical nei campi di ricerca medica e di pratica clinica. Tali nanotools stanno attendendo la costruzione ed attualmente sono più simile ad una fantasia. Tuttavia, potrebbero essere abbastanza utili e trasformarsi in in una realtà nell'immediato futuro [41].

Nanodevices in scienze mediche potrebbe funzionare per sostituire le celle difettose o impropriamente di funzionamenti, quale il respirocyte proposto da Freitas [42]. Questo globulo rosso artificiale è teoricamente capace di fornitura dell'ossigeno più efficacemente di un eritrocito. Potrebbe sostituire le celle rosse naturali difettose nella circolazione sanguigna. Le applicazioni Primarie dei respirocytes possono comprendere la sostituzione transfusable di sangue, problemi prenatali/neonatali del trattamento parziale dell'anemia, e dei disordini del polmone.

È stato riferito che i nanomachines potrebbero amministrare le droghe all'interno dell'organismo di un paziente. Tali nanoconstructions potrebbero consegnare le droghe ai siti peculiari che rendono il trattamento più accurato e preciso [43]. I Simili commputer con le armi specifiche del `' hanno potuto essere utilizzati per eliminare gli ostacoli nell'apparato circolatorio o nell'identificazione e nell'uccisione delle cellule tumorali.

L'altra applicazione vitale di nanotecnologia relativamente a ricerca medica ed i sistemi diagnostici sono nanorobots. Nanorobots, funzionante nel corpo umano, ha potuto riflettere i livelli di composti differenti e registrare le informazioni nella memoria interna. Hanno potuto essere utilizzati rapido nell'esame di un tessuto dato, esaminante le sue funzionalità biochimiche, biomeccaniche e histometrical più nei particolari. Appena poichè la biotecnologia estende l'intervallo e l'efficacia delle opzioni del trattamento disponibili dai nanomaterials, l'arrivo di nanotecnologia molecolare amplierà ancora enorme l'efficacia, il conforto e la velocità dei trattamenti medici futuri mentre allo stesso tempo significativamente diminuisce il loro rischio, costo ed invasività.

La Biotecnologia permette la produzione su misura e biopharmaceuticals e droghe biotecnologiche, molti di cui richiedono le tecnologie speciali di formulazione di superare i problemi droga associati. Tali sfide importanti da risolvere includono quanto segue: solubilità difficile, stabilità chimica limitata in vitro e in vivo dopo amministrazione (cioè breve emivita), biodisponibilità difficile e potenzialmente forti effetti collaterali che richiedono arricchimento nella droga al sito di atto (mirare) [44]. I portafili di Nanoparticulate sono stati sviluppati come una soluzione per superare tali problemi della consegna, cioè i nanocrystals della droga, le nanoparticelle solide del lipido (SLN), i portafili nanostructured del lipido (NLC) e le nanoparticelle coniugate (LDC) della lipido-droga [44]. I portafili come riferiti dal Muller e dai colleghi sono adatti da risolvere i problemi della consegna con le droghe di Biotech della solubilità differente. Mirando con questi portafili può essere realizzata tramite un approccio molto semplice, l'adsorbimento differenziale della proteina (tecnologia di PathFinder®). Questa tecnologia collaudata essere abbastanza efficiente accumulare le quantità elevate delle droghe sufficiente nel cervello per raggiungere i livelli terapeutici ed anche per soddisfare la condizione principale essere perseguito da una ditta farmaceutica.

Il Punto di Quantum con i nanodots di un colore specifico è creduto per essere flessibile e potrebbe offrire un economico e un modo semplice schermare un campione di sangue per la presenza di una serie di virus differenti allo stesso tempo. Potrebbe anche dare a medici uno strumento veloce di diagnosi per individuare per esempio la presenza di insieme particolare delle proteine che indica forte l'inizio di infarto miocardico. Sulla parte anteriore della ricerca, la capacità di etichettare simultaneamente le biomolecole multiple sia su che dentro le celle potrebbe permettere che gli scienziati guardino i cambiamenti e gli eventi cellulari complessi connessi con la malattia, fornente le bugne apprezzate per lo sviluppo dei prodotti farmaceutici futuri e della terapeutica (Quantum Dot Corporation) [45].

Il Cuore, il Polmone e le pianificazioni Nazionali dell'Istituto di Sangue (NHLBI) per promuovere l'applicazione di nanotecnologia a ricerca ed a disordini di HLBS (Cuore, Polmone, Sangue e Sonno). Una richiesta di informazione (RFI) è stata elaborata, con consiglio dagli scienziati e dai medici con gli interessi in nanotecnologia, a tela la più vasta comunità scientifica sugli approcci allo sviluppare e ad applicare la nanotecnologia ai disordini di HLBS. Un Gruppo Di Lavoro che comprende gli scienziati, gli ingegneri ed i medici con competenza attraverso nanotecnologia, il nanoscience e la medicina di HLBS si è incontrato il 28 febbraio 2003th, facendo uso delle risposte di RFI come il punto di partenza per le discussioni. Al Gruppo Di Lavoro È stato affidato la valutazione del campo di nanotecnologia ed il suggerimento dei modi per la ricerca. Il Gruppo Di Lavoro Ha avvertito eccessivamente contro la definizione rigida o restrittiva di nanotecnologia, sottolineante il continuum del disgaggio dal nanoscale alla microscala. Il Gruppo egualmente ha identificato le aree dell'opportunità e delle sfide ad ulteriore sviluppo connesso con l'applicazione del nanoscience e la nanotecnologia alla diagnosi, al trattamento ed alla prevenzione migliori dei disordini di HLBS. Pure ha sviluppato le raccomandazioni prioritarie a facilitare l'applicazione di nanotecnologia alle domande biologiche ed ha migliorato la cura paziente [46].

Il Gruppo di RESISTENZA al Banco di Lingua Gallese della Farmacia all'Università di Cardiff ed altri hanno esaminato quanto i polimeri molecolare impressi potrebbero essere medicamente utili nelle applicazioni cliniche quali la versione controllata della droga, le unità di video della droga ed i mimi dell'anticorpo e biologici del ricevitore. I polimeri molecolare impressi dell'efedrina e dell'Istamina (MIPs) sono stati studiati come mimi biologici potenziali del ricevitore mentre un propanolol MIP è stato studiato per il suo uso come tariffa che attenua l'eccipiente selettivo in un'unità controllata transcutanea [47].

Il primi molecolari tensione-gated artificiali nanosieve da costruzione da Charles R. Martin ed i colleghi [48] alla Colorado State University nel 1995. La membrana di Martin contiene una schiera dei nanotubules cilindrici dell'oro con i diametri interni piccoli quanto 1.6nm. Quando i tubuli sono positivamente - gli ioni caricati e positivi si escludono e soltanto gli ioni negativi sono trasportati tramite la membrana. Quando la membrana riceve una tensione negativa, solo gli ioni positivi possono passare. I Simili nanodevices possono combinare la tensione che gating con la dimensione del poro, la forma ed i vincoli della tassa per raggiungere il controllo preciso del trasporto di ione con la specificità molecolare significativa. Un biosensore squisito sensibile dell'opzione di canale ionico è stato costruito da un gruppo di ricerca Australiano [49].

L'anno 2003 potrebbe essere definito un anno molto speciale per la ricerca biomedica perché abbiamo celebrato il completamento dell'ordinamento del genoma umano intero che ha coinciso con l'anniversarioth 50 della scoperta della struttura di doppia elica del DNA da Watson e dal Torcicollo. Nella rappresentazione biomedica, egualmente abbiamo testimoniato l'assegnazione del Premio Nobel in Medicina e Fisiologia a due pionieri nell'Imaging A Risonanza Magnetica, del Professor Paul Lauterbur e di Sir Peter Mansfield. Questi eventi del punto di riferimento hanno contribuito ad evidenziare l'impatto dello sviluppo rapido in molte diverse discipline alla ricerca biomedica. L'influenza e gli avanzamenti tremendi nella tecnologia dell'informazione e di elettronica è stata determinata tramite la ricerca biomedica della rappresentazione [50]. Le opportunità e le sfide nella ricerca biomedica futura si trovano nell'incorporazione di conoscenza guadagnata da biologia molecolare con chimica, fisica, assistenza tecnica, tecnologia dell'informazione e nanotecnologia per capire l'ambiguità e la complessità di vita e per fornire i nuovi metodi diagnostici e terapeutici.

Le nanoparticelle del fosfato di Calcio presentano una classe unica di vettori non virali, che possono servire da portafili efficienti ed alternativi del DNA per la consegna mirata a dei geni. La progettazione e la sintesi della dimensione ultra-bassa, nanoparticelle verniciate DNA altamente monodispersed del fosfato di calcio della dimensione intorno a 80nm di diametro è stata riferita [51]. Il DNA incapsulato dentro la nanoparticella è protetto dall'ambiente esterno della Dnasi e potrebbe essere usato sicuro per trasferire il DNA incapsulato sotto in vitro e in vivo circostanze.

L'applicazione di una combinazione di nanomedicine con la biofotonica per otticamente tenere la carreggiata le vie cellulari della consegna del gene e la transfezione risultante usando le nanoparticelle come vettore non virale è stata dimostrata recentemente [52]. La consegna del Gene è un'area di considerevole interesse corrente; i materiali genetici (DNA, RNA e oligonucleotidi) sono stati utilizzati come medicina molecolare e sono consegnati alla cella che specifica i tipi a inibiscono una certa espressione genica indesiderabile o che esprimono le proteine terapeutiche.

Tecnologia Nano-DNA

La scoperta della reazione a catena della polimerasi (PCR) [53, 54] ha aperto la strada ad una nuova era della ricerca biologica. L'impatto può essere sentito non solo nel campo di biologia molecolare, ma anche in altri campi alleati di scienza. Le classi Novelle di coniugati semisintetici della DNA-proteina, di reti oligomeriche auto-montate consistenti dello streptavidin e del DNA a doppia elica, che possono essere convertiti in nanocircles sovramolecolari ben definiti sono state sviluppate [55, 56].

I coniugati DNA-streptavidin sono applicabili come particelle elementari modulari per la produzione di nuovi reagenti immunologici per l'analisi di traccia ultrasensibile delle proteine e di altri antigeni per mezzo di immuno-PCR metodologia [57-59]. Immuno-PCR è una combinazione della specificità ad un'di un'immuno-analisi basata a anticorpo con la potenza esponenziale dell'amplificazione della PCR, quindi con conseguente grado di 1000 volte di sensibilità rispetto ai metodi standard di ELISA (analisi Enzima-Collegata dell'immunosorbente).

i coniugati Auto-Montati DNA-streptavidin egualmente si sono applicati nel campo di nanotecnologia. Per esempio, i coniugati sono usati come sistemi-modello per le reti ione-scambiabili di nanoparticella, come standard materiali morbidi di calibratura del ` del nanometro-disgaggio' per microscopia di scansione della sonda [60, 61], o come particelle elementari programmate per la costruzione razionale dell'architettura biomolecolare complessa, che può essere usata come modelli per la crescita delle unità inorganiche del nanometro-disgaggio [62, 63]. I coniugati Covalenti di DNA e di streptavidin unico incagliati sono usati come adattatori biomolecolari per l'immobilizzazione delle macromolecole biotinylated ai substrati solidi con l'ibridazione dell'acido nucleico. Questo ` DNA-ha diretto l'immobilizzazione' tiene conto il functionalization reversibile e sito-selettivo dei substrati solidi con le nanoparticelle a semiconduttore e del metallo o, vice versa, il functionalization diretto DNA delle nanoparticelle dell'oro con le proteine, quali le immunoglobuline e gli enzimi. Il montaggio dei nanostructures biometallic funzionali dalle nanoparticelle dell'oro e gli anticorpi si applicano come strumenti diagnostici in bioanalytics [64].

A Seguito della pubblicazione di una mappa della variazione nella sequenza del genoma umano che contiene oltre due milione singoli polimorfismi del nucleotide (SNPs) (Il Gruppo Di Lavoro Della Mappa dell'Internazionale SNP, 2001), la sfida seguente è lo sviluppo delle tecnologie per utilizzare questi informazioni in un modo redditizio. I metodi di Genotyping devono essere migliorati per aumentare la capacità di lavorazione almeno da due ordini di grandezza di permettere alla ricerca farmaceutica, biotecnologica e accademica per scoprire le associazioni fra le varianti e le malattie genetiche, con potenziale conseguente per lo sviluppo dei sistemi diagnostici e delle terapie innovatori. I Nuovi approcci all'estrazione ed all'amplificazione del DNA hanno accorciato i tempi richiesti per questi trattamenti ai secondi. Le unità di Microfluidic permettono alla rilevazione di polimorfismo con la separazione molto rapida del frammento facendo uso dell'elettroforesi e della cromatografia liquida a alta pressione capillari, insieme alla mescolanza ed al trasporto dei reagenti e delle biomolecole nei sistemi integrati [65]. Gli obiettivi di base nello sviluppo di un sistema dell'estrazione e di depurazione del DNA che sarà compatibile con i requisiti genotyping di alto-capacità di lavorazione SNP sono:

·         Versione del DNA dalle celle nella soluzione senza ripartizione (di scorrimento) enzimatica (cioè endonucleasi) o meccanica del DNA;

·         Rimozione di detriti cellulari (per esempio proteine) che può ostacolare le analisi di amplificazione o di ibridazione del DNA;

·         Alto-Capacità di lavorazione e preparato economico del campione del DNA con i protocolli semplificati che diminuiscono il numero delle procedure in questione;

·         Evitare i requisiti chimici pericolosi il più possibile minimizzare i costi di disposizione e di manipolazione;

·         La Consistenza sia di qualità che la quantità di rendimento del DNA fra i campioni in modo che la quantificazione sia inutile e l'amplificazione e/o l'ibridazione successive possono essere ad un alto livello di riproducibilità;

·         Un trattamento altamente efficiente, assicurare abbastanza offerta per il numero enorme delle analisi prevedute; e

·         Un'interfaccia che permetterà al caricamento diretto delle biopsie sopra convenzionalmente campionate al sistema [65].

Il potenziale affinchè la nanotecnologia contribuisca all'analisi rapida di alto-capacità di lavorazione SNP è più evidente con le piattaforme astute del biochip. Lo sviluppo di una piattaforma elettronicamente indirizzabile di microarray come descritto da Heller il L. ed altri 2000 [66] ha provocato Nanogen Inc. (San Diego, California, U.S.A.). La sfida di fornitura delle una o più piattaforme della tecnologia capaci di capacità di lavorazione della selezione di SNP dell'ordine di 107 genotipi al giorno dovrà essere raggiunta, per permettere le associazioni significative fra i geni e le malattie da stabilire. Ulteriormente, le piattaforme della tecnologia egualmente dovranno consegnare l'economia di scala, tali che il costo per genotipo sarà di meno di 0,01$ per la grandezza della schermatura necessaria essere fattibili. Dal campo rapido di sviluppo di nanotecnologia, gli strumenti novelli ed i trattamenti sono stati introdotti con il potenziale di fornire le capacità richieste [67-69].

Le Differenze di SNPs che accadono nella grande prossimità sul genoma è l'un l'altro normalmente correlato dovuto il legame nella fase della replica e le dimensioni di questa correlazione sono definite squilibrio del legame. Dove un'associazione significativa si presenta fra la variazione genetica osservata a SNPs specifico e la presenza di malattia, i geni suscettibili possono essere identificati. Le stime statistiche state necessarie per eliminare i risultati erroneamente positivi sono state esaminate da McCarthy e da Hilfiker (2000) [70]. Suggeriscono che un aumento lineare nella dimensione del campione sia necessario per ogni aumento di ordine di grandezza nel numero degli indicatori provati. Quindi, l'identificazione accertata di un gene suscettibile da un programma di 'screening'compreso 1 Milione SNPs richiederebbe una dimensione del campione minima di 1000 (cioè un minimo di 10 SNPs9 deve essere schermato).

Le Nanoparticelle possono essere usate per sia rilevazione in vitro quantitativa che qualitativa delle cellule tumorali. Migliorano il trattamento di rilevazione concentrando e proteggendo un indicatore dalla degradazione, per rendere l'analisi più sensibile. Per esempio, i nanospheres fluorescenti streptavidin-rivestiti Fluospheres® (fluorescenza verde) e TransFluospheres® (fluorescenza rossa) del polistirolo si sono applicati in singola citometria a flusso di colore per individuare il recettore del fattore di crescita dell'epidermide (EGFR) A431 sulle celle (celle epidermoidi umane) di carcinoma [71]. I risultati hanno indicato che i nanospheres fluorescenti hanno fornito una sensibilità 25 volte di più di quella della streptavidin-fluorescina coniugata.

I Nuovi strumenti possono ora essere sviluppati, progettato all'intersezione del proteomics e della nanotecnologia, con cui gli agenti nanoharvesting possono essere infusi nella circolazione (per esempio particelle derivatizzate dell'oro) o nelle unità della raccolta di sangue per fungere da ″ molecolare di zazzere del ″ che si assorbono ed ampliano i biomarcatori rilegati e complessati che esistono [72-74]. Queste nanoparticelle, con il loro carico diagnostico rilegato, possono direttamente essere interrogate via spettrometria di massa per rivelare le impronte a basso peso molecolare ed arricchite di biomarcatore. Infine, l'utilità di tutto l'approccio per diagnosticare la malattia è valutata sul suo impatto clinico a risultato paziente ed alla sopravvivenza sana [75]. Che Cosa è richiesto urgentemente generalmente nello studio sulle malattie è lo sviluppo dei biomarcatori che possono diagnosticare più presto le malattie curabili e di non diagnosticare la malattia avanzata meglio.

Gli agenti di Contrasto sono stati caricati sulle nanoparticelle per gli scopi di diagnosi del tumore. Le funzionalità fisico-chimiche (dimensione delle particelle, carica superficiale, rivestimento di superficie, stabilità) delle nanoparticelle permettono il nuovo indirizzo e la concentrazione dell'indicatore al sito specifico di interesse. Le particelle colloidali Contrassegnate hanno potuto essere usate come agenti radiodiagnostici. D'altra parte, alcuni sistemi colloidali non contrassegnati sono già in uso ed alcuni ancora stanno provandi come agenti di contrasto nelle procedure relative di diagnosi quali tomografia computerizzata e la rappresentazione RMN.

Fin qui, uno studio su uso di radionucleide nella rappresentazione diagnostica con le nanoparticelle per rilevazione del cancro deve ancora essere pubblicato. Tuttavia, mentre le particelle colloidali convenzionali possono essere celle degli organi come il fegato, la milza, i polmoni ed il midollo osseo e mentre a lungo circolare le nanoparticelle può avere una localizzazione compartimentale nella circolazione sanguigna o nel sistema linfatico tutti questi organi che sono siti potenziali per lo sviluppo del tumore, questi sistemi colloidali potrebbero potenzialmente migliorare la diagnosi del tumore.

In futuro, le nanoparticelle che sono costruite con le affinità obbligatorie specifiche possono essere risospese nei liquidi organici raccolti, o forse anche essere iniettate direttamente nella circolazione. Le nanoparticelle, insieme alle molecole rilegate, potrebbero direttamente essere catturate sui filtri costruiti e direttamente essere interrogate tramite spettrometria di massa ultra ad alta definizione (per esempio Risonanza di Ciclotrone dello Ione di Trasformata di fourier).

L'Ossigeno è uno dei metaboliti principali nei sistemi aerobici e la misura di ossigeno disciolto è di importanza basilare nelle applicazioni mediche, industriali ed ambientali. L'interesse Recente nei metodi per la misurazione del tenore in ossigeno dissolto è stato messo a fuoco pricipalmente sui sensori ottici, dovuto i loro vantaggi sopra gli elettrodi amperometrici convenzionali in quanto sono più veloci, non consumano l'ossigeno e facilmente non sono avvelenate [76, 77].

I nanosensors Ottici del CIOTTOLO (sonde incapsulate dall'incassassatura biologicamente localizzata) sono stati sviluppati per ossigeno disciolto facendo uso delle nanoparticelle organicamente modificate del silicato (ormosil) come matrice. Le nanoparticelle di ormosil sono preparate con ad un trattamento basato a solenoidi, che comprende la formazione di particelle di memoria con phenyltrimethoxysilane come precursore seguito dalla formazione di livello del rivestimento con methyltrimethoxysilane come precursore [78]. La struttura altamente permeabile e la natura idrofoba delle nanoparticelle di ormosil come pure il loro di piccola dimensione, derivano in una risposta d'estinzione globale eccellente ad ossigeno disciolto ed in una risposta lineare sopra l'intero intervallo, dalle 0 acque ossigeno-saturate -100%. Questo sensore del CIOTTOLO ha un'più alta sensibilità e le più vaste lunghezze d'onda più lunghe come pure di linearità di eccitazione e dell'emissione, con conseguente rumore di fondo diminuito per la misura cellulare. I sensori del CIOTTOLO sono eccellenti in termini di loro reversibilità e stabilità alla lisciviazione ed al deposito a lungo termine. Un video in tempo reale dei cambiamenti nell'ossigeno disciolto dovuto respirazione delle cellule in una camera chiusa è stato fatto dal CIOTTOLO consegnato pistola del gene. Questo sensore ora sta essendo applicato per le misure intracellulari simultanee di ossigeno e di glucosio [78].

Applicazione di Nanotecnologia agli Enzimi P450

I Citocromi P450 sono altamente pertinenti all'area bio--analitica [79]. Formano oggi una famiglia numerosa degli enzimi presenti in tutti i tessuti essenziali al metabolismo della maggior parte delle droghe in uso, svolgente un ruolo vitale nel trattamento dello sviluppo e di scoperta della droga. Fungono da catalizzatori per l'inserzione di uno dei due atomi di una molecola dell'ossigeno in vari substrati (r) con il regioselectivity abbastanza vasto, piombo alla riduzione concomitante dell'altro atomo di ossigeno per innaffiare secondo le indicazioni dell'equazione qui sotto [29].

Parecchi metodi sono stati riferiti nella letteratura per la selezione del volume d'affari del substrato da P450s in un alto formato di capacità di lavorazione [80-83]. Tuttavia, tutti sono a corto di limitazione a verificare l'attività degli enzimi P450 con la rilevazione della conversione di un substrato specifico dell'indicatore, ma Tsotsou ed altri 2002 [84] hanno potuti mettere a punto un metodo chiamato il metodo dell'alcali, che può individuare il volume d'affari di tutto il NAD (P) H o di NAD (P)+ enzima del dipendente. Il progresso su queste parti anteriori della ricerca e le loro combinazioni forniscono una piattaforma potente per le applicazioni future di questi enzimi, con particolare riferimento alla tecnologia di schiera della proteina.

Applicazione di Nanotecnologia ad Assistenza Tecnica del Tessuto

L'assistenza tecnica del Tessuto è basata sulla creazione di nuovi tessuti in vitro seguiti dal collocamento chirurgico nell'organismo o dallo stimolo della riparazione normale in situ facendo uso delle costruzioni o degli innesti bioartificial delle celle viventi introdotte nella zona dell'area di danno. Sebbene pricipalmente sia interessata del usando il materiale umano, dal paziente stessi (autologo) o da altre sorgenti umane (allogeneic), il materiale da altre sorgenti mammifere egualmente si è applicato in esseri umani (xenogeneic).

La partecipazione della microelettronica o la nanotecnologia nella creazione del tessuto o un organo che possono sostituire uno che è alla fine malato, quale un occhio, orecchio, un cuore, o una giuntura vero bioartificial è stata preveduta. Le unità prostetiche e i nanoscaffolds Impiantabili per uso nella crescita degli organi artificiali sono scopi dei ricercatori di nanotecnologia. Nanoengineering di hydroxyapatite per la sostituzione dell'osso ragionevolmente è avanzato [85, 86].

In futuro, potremmo immaginare un mondo in cui i nanodevices medici ordinariamente sono impiantati o persino iniettati nella circolazione sanguigna per riflettere il benessere e per partecipare automaticamente alla riparazione dei sistemi che deviano dalle norme stabilite. Questi nanobots potrebbero essere personalizzati adeguando loro il genotipo ed il fenotipo pazienti per ottimizzare l'intervento nella fase più iniziale nel corso dell'espressione di malattia [4].

Crescita di Nuovi Organi

L'edificio di Nanoscale delle celle può essere compiuto dalla loro replica programmata. I segnali sono trasmessi avanti e indietro con l'istruzione per il modulo desiderato di forma e di dimensione il cantiere. Quando le istruzioni complete sono rifinite, gli organi possono svilupparsi secondo le specifiche indispensabili.

Questi organi hanno potuto avere il DNA necessario codificato per essere compatibili con lo stato immunologico richiesto del corpo umano. Ciò può migliorare l'integrazione delle strutture artificiali con i tessuti viventi, presentante un più l'interfaccia appropriata ai sistemi biologici. Con il vantaggio in assenza trapianto erogatore dissimile dell'organo di reazione immune da di odierno. Nei prossimi anni questo può compire un Salto quantico nella gestione dei disordini dell'errore dell'organo.

AZoNano - Giornale Online di Nanotecnologia - rappresentazione Grafica della costruzione del nanoscale e della crescita di nuovi organi.

Rappresentazione Grafica della costruzione del nanoscale e della crescita di nuovi organi.

Rappresentazione Molecolare

I Nuovi approcci della rappresentazione facendo uso dei reporter fluorescenti e bioluminescenti geneticamente codificati (tag di identificazione cioè, illuminati o d'ardori) stanno offrendo le comprensioni rivelanti all'organismo vivente come non osservato mai prima. Le Informazioni fornite da questi reporter possono essere usate per migliorare la nostra comprensione della biologia umana e lo sviluppo degli approcci terapeutici per molte malattie, compreso cancro, l'infezione, neurodegenerative e malattia cardiovascolare.

Oltre a progredisce finora fatto con gli agenti molecolari, leader del settore egualmente stanno montrando le tecnologie dell'immagine in piena evoluzione che permettono che gli scienziati osservino gli organismi al livello molecolare (Tabella 2).

Ultimi prodotti della Tabella 2. nella Rappresentazione Molecolare e nelle Società di produzione associate

Nome di Prodotto

Società (SIC)

 

Sistemi ibridi di rappresentazione di SPECT/CT

Philips Medical Systems/Soluzioni Mediche di Siemens

 

GFAP-Luc (proteina acida fibrillare glial)

Xeno

 

Bolle di Ultrasuono

Schering AG

 

NeuroSpec™ (agente radiodiagnostico)

Tyco Healthcare/Mallinckrodt Inc.

 

esplori il Luogo Ultra (sistema)

Sistema sanitario di GE

Definity® o Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         I sistemi ibridi di SPECT/CT catturano rapidamente, efficientemente e chiaramente sia le informazioni funzionali sui trattamenti molecolari che cellulari (crescita ed attività) e sul dettaglio anatomico (dimensione e forma) di una struttura molecolare mirata a che le unità di rappresentazione standard. Le immagini ottenute da questi sistemi possono assistere all'identificazione rapida dei tumori, l'analisi del trattamento appropriato, la consegna della terapia mirata a per distruggere precisamente le cellule bersaglio e continuano per valutare l'efficacia del trattamento.

·         Il Xeno ha presentato i sui più nuovi modelli animali transgenici fotogenici (GFAP-Luc) durante la Società per la terza Riunione Annuale della Rappresentazione Molecolare. Questo modello può risultare essere un modello importante per danno tenente la carreggiata e la riparazione nei termini neurologici cronici quali il colpo o la Malattia del Parkinson post-ischemico.

·         Un agente di contrasto di ultrasuono è fatto “del ″ minuscolo dei microbubbles che sparge l'indicatore luminoso e che permette che il clinico vedi quale parte del muscolo di cuore sta funzionando male. La sensibilità e la flessibilità dell'ultrasuono le rende il metodo più sensibile dei microbubbles della rappresentazione perché interrompe deliberatamente il reticolo e produce un effetto transitorio molto forte ed altamente caratteristico. Per esempio,

·         Definity® conosciuto altrimenti come Sonolysis™ è microbubbles a gas per le applicazioni terapeutiche novelle. Per la dissoluzione della trombosi vascolare, i microbubbles sono amministrati per via endovenosa ad un paziente o sono iniettati localmente in una struttura vascolare specifica quale un innesto vascolare. L'Ultrasuono si applica esternamente (o può applicarsi internamente tramite catetere) sopra l'area del coagulo di sangue per fornire l'atto localizzato e mirato a. Mentre i microbubbles irrorano il grumo, fungono da unità micromeccaniche in cui l'ultrasuono pulsa le bolle e fa scoppiare le bolle nel campo di ultrasuono, piombo alla dissoluzione del coagulo di sangue. Il nanosurgery di Sonolysis è localmente terapia nanoinvasive mirata a per il trattamento di trombosi vascolare. Rispetto alle terapie alternative per il trattamento della trombosi, il sonolysis permette i meriti potenziali di essere meno dilagante che il thrombectomy meccanico e più velocemente la terapia farmacologica convenzionale con meno rischio di spurgo.

·         NeutroSpec™ è un agente radiodiagnostico che contrassegna i globuli bianchi ed i precursori mieloidi senza l'esigenza di rimozione e dell'ri-iniezione di sangue nei pazienti. Questo nuovo prodotto è per i pazienti con i segni ambigui dell'appendicite che sono cinque-anno-vecchi ed alti. NeutroSpec egualmente facilita la visualizzazione delle immagini generate tramite gamma camera permettendo i medici a rapidamente e facilmente individua i siti dell'infezione quindi che eliminano i termini e/o i rischi normalmente affiliati con i trattamenti di contrassegno del globulo bianco alternativo.

·         esplori il Luogo Ultra è un sistema volumetrico di prima classe di CT capace della quantificazione le misure fisiologiche e dell'anatomia elaborata dei tessuti, dei tumori e dell'aspersione di organo. Il Luogo Ultra egualmente realizza l'acquisizione di immagine alla tariffa di un sotto-seconda, permettendo alla rappresentazione dinamica.

Riassunto

Il campo pluridisciplinare della domanda della nanotecnologia di scoperta delle molecole nuove e manipolazione dei quei disponibili ha potuto abbagliare naturalmente nel suo potenziale di migliorare la sanità. I prodotti derivati di nanobiotecnologia hanno potuto essere utilizzati attraverso tutti i paesi del mondo.

In futuro, potremmo immaginare un mondo in cui i nanodevices medici ordinariamente sono impiantati o persino iniettati nella circolazione sanguigna per riflettere la salubrità e per partecipare automaticamente alla riparazione dei sistemi che deviano dal reticolo normale. L'avanzamento continuato nel campo di nanotecnologia biomedica è l'istituzione e la collaborazione dei gruppi di ricerca nei campi complementari. Tali collaborazioni devono essere mantenute non solo sulla specialità sul terreno, ma internazionalmente pure. Il riusciti sviluppo ed implementazione delle collaborazioni internazionali promuove una prospettiva globale sulla ricerca e riunisce i vantaggi all'umanità in generale. Tuttavia, la nanotecnologia nella medicina affronta le transenne tecniche enormi in quanto le more lunghe ed i numerosi errori sono inevitabili. Inoltre, non dovrebbe essere catturata per ha accordato i pericoli e le conseguenze negative di nanobiotecnologia una volta applicata nella guerra, nelle mani dei terroristi e dei disastri connessi con la sua applicazione nella generazione di energia quando e laddove direzione o dei rischi connessi con le nanoparticelle nella circolazione sanguigna. Dovrebbe essere apprezzato che la nanotecnologia non sia in sé una singola disciplina scientifica emergente ma piuttosto un punto di incontro delle scienze tradizionali come chimica, fisica, biologia e scienza dei materiali per riunire la conoscenza e la competenza collettive richieste richieste per lo sviluppo di queste tecnologie novelle.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano esprimere il loro ringraziamento a Prof. il Tipo M. Tremblay ed il Dott. Jakob Bonlokke per la loro recensione del manoscritto e dei suggerimenti utili ed anche Sig.ra Cecile Bilodeau, dipartimento audiovisivo per la progettazione della Figura 1.

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Dipartimento di Ambulatorio Cardiaco

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

Last Update: 13. June 2013 01:28

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