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DOI : 10.2240/azojono0101

생체 의학에 대한 나노 과학의 충격: 생물학을 가진 나노 과학의 컨버전스에 현재 개념의 검토

허버트 Ernest와 Rahul Shetty

제출하는: 2005년 3월th 26일

배치하는: 2005년 5월th 18일

커버되는 토픽

요약

배경

신 개발

Nano DNA 기술

높 처리량 단 하나 뉴클레오티드 동질다상 분석에 있는 Nanobiotechnology

Biomarkers로 Nanoparticles

녹은 산소의 측정에 있는 나노 과학

P450 효소에 나노 과학의 응용

조직 기술설계에 나노 과학의 응용

새로운 기관의 성장

분자 화상 진찰

개요

수신 확인

참고

접촉 세부사항

21세기의 가장 유망한 기술의 2개는 생물공학과 나노 과학입니다.

nanoscale 구조물의 이 과학은 1000 시간 지금 마이크로 전자공학의 분야에서 이용된 분대 보다는 더 작은 시스템의 작성, 수사 및 이용을 취급합니다. 생물공학은 microoraganisms를 가진 대사 과정을 취급합니다. 이러한 두 종류 기술의 컨버전스는 nanobiotechnology의 성장 귀착됩니다. 이 이분야 조합은 많은 혁신적인 공구를 만들 수 있습니다.

나노 과학의 생물 의학 응용은 그 같은 컨버전스의 직접곱입니다.

그러나, 나노 과학의 분야에서 일해 과학자와 엔지니어를 직면하는 도전은 실제로 확실히 거대합니다 및 특별하게 복합물입니다.

생체 의학에 나노 과학의 공용품은 특이성의 고차를 가진 이하 셀 방식 가늠자에 바디와 상호 작용하기 위하여 디자인된 물자와 장치의 작성을 함축합니다. 이것은 표적으로 한 셀 방식으로 잠재적으로 변환될 수 있고 조직 특정 임상적 적용은 아주 한정된 불리하 효력을 가진 극대 치료 효력을 겨냥했습니다.

생체 의학에 있는 나노 과학은 온갖 암에 대하여 전투에 있는 많은 혁명적인 기회를, 심장과 neurodegenerative 무질서, 감염 및 그밖 질병 제출합니다.

이 약품은 몇몇의 생체 의학에 있는 나노 과학의 응용의 개관을 제출합니다.

나노 과학은 nanoscale 수준에 있는 장치와 물자로 작동 관련시키는 과학의 새로운 지역입니다. 나노미터는 미터의 10억분의 1입니다. 다시 말하면 사람의 모발의 직경의 대략 1/80,000, 10 시간 수소 원자의 직경. 그것은 분자 수준에 물질의 화학과 유형 자산을 조작합니다. 나노 과학은 우리가 생각하는 쪽, 그것을 희미해집니다 물리학, 화학 사이 경계를 바꾸고 교육과 연구의 편성부대를 위한 많은 도전 그리고 새로운 방향이 생물학에 의하여, 이 경계의 제거 자세를 취할 것입니다.

거기 Feynman가 1959에서 바닥에 연설에 의하여 불린 ` 룸의 많음'인 리처드는 이 개념을 강조했습니다 - 우리의 작은 마음이, 약간 편익을 위한 부속으로, 이 우주, 물리학, 생물학, 지질학, 천문학을 분할하는 경우에, 심리학 etc로 - 성격이 그것을 모른다는 것을 기억하십시오 [1].

Nanobiotechnology는 생물공학과 나노 과학의 통합입니다. 이 잡종 훈련은 또한 분자 수준에 생물 체계를 모방하거나 원자에 의하여 자연적인 구조물 속성 원자를 공부하거나 바꾸기 위하여 통합해서 원자 가늠자 기계를 만들고, 작은 공구 조립하기 의미할 수 있습니다. Nanobiotechnology에는 분자 생물학 접근과의 고아한 마이크로 기술의 조합이 있을 수 있습니다. 생물공학은 생물학의 지식 그리고 제품과 서비스를 개발하는 분자, 유전의, 그리고 셀 방식 프로세스를 조작하기 위하여 기술을 이용하고, 약에서 농업에 다양한 분야에서 사용됩니다. 컨버전스는, 활동입니다 또는 일반적인 물자에 그리고 이 케이스기능 에서 기지를 두어 컨버전스를 가능하게 하는 훈련 생기는 동향은 나노 과학입니다. 이 공용영역에 의해 제공된 잠재적인 기회는 확실하게 걸출합니다; biotech, nanotech 및 정보 기술의 오버랩은 성취에 생명 공학에 있는 많은 중요한 응용을 가져오고 있습니다.

이 기술은 혁신을 만들고 각종 생물 의학 응용 (약 납품과 유전자 치료에서, 또한 분자 화상 진찰, biomarkers 및 바이오 센서에 있는 생명 역할을에서 FIG. 1), 뿐만 아니라 할 것으로 예상됩니다. 병리의 초기 진단을 위한 표적 특정 약물 치료 그리고 방법은 나노 과학이 탁월한 역할 [2] 할 우선권 연구 지역입니다.

AZoNano - 나노 과학의 온라인 전표 - 생체 의학을 혁명을 일으키는 나노 과학의 개요 삽화.

Figure1. 생체 의학을 혁명을 일으키는 나노 과학의 개요 삽화.

건강 생의학 공학 협회 (BECON)의 국제 학회는 "Nanoscience와 기술이라고 표제 2000에 있는 심포지엄을 붙들었습니다

BECON의 목표는 이 문제를 관계가 있고 생물 의학 지역 사회를 나노 과학의 필드에 있는 나오는 발달을 깨닫게 하기 위하여 그들의 기술 및 지식의 다른 양상을 가져오는 엔지니어와 생체 의학자 사이 커뮤니케이션을 강화하기 위한 것이었습니다. 회의의 숙고는 지금 개별적인 분자를 nanoscale에 조작하고 그밖 nanoscale 구조물과 유생분자를 결합하는 능력을 증가하는 당좌 경험에 의해 넓게 강화됩니다. 이 능력은 말할 수 없는 새로운 치료와 진단 응용 비발한 구조물의 건물을 밑바닥부터 가능하게 해서 기회를 제공합니다 [4].

가까운 장래에서는, 나노 과학의 가장 중요한 임상적 적용은 약제 발달에 아마 있을 것입니다. 이 응용에 의하여 약으로 nanoparticles의 유일한 속성 또는 약의 성분을 이용하거나 조절 방출에 새로운 전략을 위해 디자인되고, 낮은 생물학적 이용 효능 [5-7]를 가진 약의 표적으로 하, 및 회수가 마약을 상용합니다.

Nanoscale 중합체 캡슐은 산성 매체와 같은 허용하고, 종양에 있는 통풍관을 대 일반적인 조직 [8] 승진시키기 위하여 통제되는 비율로 약을, 특정 환경에 있는 미분 방출을 나누고 풀어 놓도록 디자인될 수 있습니다. 많은 연구는 지금 비발한 중합체를 만들고 특정 약 중합체 조합 탐구하기에 집중됩니다. Nanocapsules는 단위체에서 또는 미리 형성한 중합체 [9]의 nanodeposition에 의하여 직접 종합될 수 있습니다. Nanocapsules는 또한 알부민과 리포솜에서 공식화되었습니다. 개발되고 있는 이식할 수 있는 약 전달계는 약 방출을 통제하기 위하여 nanopores를 사용할 것입니다.

생물학적 이용 효능에 있는 중요한 문제의 한개는 DNA 유전자 치료에 있는 세포 transfection입니다. 현재 방법에는 바이러스성 선그림에 의하여 질병의 부주의하는 전송의 리스크를 포함하여 중요한 제한이, 있습니다. 이것은 연구원을 유전자 납품 [10]를 위한 중합체 DNA 복합물 그리고 리포솜 DNA 복합물을 탐구하는 지도했습니다. nanoparticles의 모양으로 압축한 DNA가 transfect postmitotic 세포 [11]에 이용될 수 있다는 것을 또한 보였습니다.

리스크 및 제한에도 불구하고, 바이러스성 선그림은 표적으로 하기 마약을 상용하는 능률적인 biomimetic 접근 및 납품입니다. HIV에게서 tat 펩티드 (HIV) 및 그밖 바이러스성 단백질은 DNA, 단백질 및 통풍관을 위해 세포로 그밖 물자에 붙어 있고 있습니다. 이 nano 집합은 바이러스성 transfection를 능률에게 만드는 융해 단백질의 활동을 흉내냅니다 [12, 13]. 나노 과학에는 또한 바이오칩의 발달을 가능하게 하고 녹색 제조에 있는 역할이 있습니다 (예를들면 biocompatibility와 biocomplexity 지역). 그밖 응용은 디자인에 의하여 우주 비행사, 군인, biofluids (DNA와 그밖 분자 취급을 위해), 살아있는 주식의 생체외 풍부하게 함, nanofiltration, bioprocessing `' 및 유전으로 변경한 음식 (도표 1)의 traceability를 위한 센서의 디자인을 포함합니다.

생체 의학에 나노 과학 응용의 도표 1 명부

Nano 응용

참고

 

병원체의 생물 탐지

15

 

단백질의 탐지

16

 

DNA 구조물의 시험

17

 

조직 기술설계

18, 19

 

종양 (고열)의 열 파괴

20

 

Phagokinetic 연구 결과

21

 

MRI 대조 증진

22

 

유생분자와 세포의 별거 그리고 정화

23

 

형광성 생물학 마커

24, 25

 

약과 유전자 납품

26, 27

 

인공적인 세포 및 그들의 집합

28

능률적인 전자 수송을 위한 또는 기계적인 특징을 가진 단백질의 디자인

29

복각 펜 기술 사용하기

30, 31

살아있는 생물계에 있는 nanostructures의 대형 그리고 성장 (예를들면 알팔파 공장에 의하여)

32

바이오 센서

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

백신 주사 응용을 위한 Nanorods

40

나노 과학을 위한 탐험 지역은 두뇌의 상태 및 또는 수선으로 연구 및 인식을 되찾기를 위한 그밖 지역을 포함할 것입니다. 그것은 또한 참을성 있는 인자형의 기능으로와 공장 인자형의 기능으로 생산을 자극하기 위하여 화학제품 적용에서 응용을 조제약 디자인 찾아낼지도 모릅니다. 농업을 위한 더 효과적인 생물 분해성 화학제품의 종합 및 이식할 수 있는 검출기의 생산은 혈액의 최소 양을 가진 나노 과학에 의해 원조될 수 있었습니다. 이 기술을 채택해서 능력을 발휘할 수 있는 병의 탐지를 위해 혈액 대신에 침을 이용하는 또는 단기간 이내에 혈액 테스트를 완료하는 방법을 개발하는 것도 가능해야 합니다. 더 넓은 문제점은 경제 분자 약, 지속 가능한 농업, biocomplexity 및 나오는 기술을 가능하게 하기의 보존을 포함합니다.

리처드 E. Smalley 의 새로운 황금 시대로 우리의 입력의 과학 및 기술적인 지역 사회에 있는 증가 의식에 관하여 정부에게 그의 국회 고백에서 알려지는 화학에 있는 1996년 노벨상의 우승자. 나노 과학의 의학 응용에 있는 싹트는 관심사는 nanomedicine [14]로 알려져 있는 새로운 훈련의 출현으로 이끌어 냈습니다. 더 넓은 범위에, nanomedicine는이어, 취급해 진단, 질병과 외상성 상해를, 고통, 및 인류 건강 보존하고 강화하기의 프로세스 구호, 인체의 분자 공구 그리고 분자 지식을 사용하여 방지하. 이 검토의 목적은 최근 어드밴스에 추가 빛 및 생체 의학에 대한 나노 과학의 충격을 던지기 위한 것입니다.

신 개발

조제약의 적합하고 효과적인 납품을 가진 의료 진단은 입자를 찾아낸 실제적 적용을 nanosize 의학 지역입니다. 그러나, 의료 연구 및 임상 사례의 필드에 있는 nanomechanical 공구의 사용을 위한 다른 많은 흥미로운 계획안이 있습니다. 그 같은 nanotools는 건축을 기다리고, 그리고 곧 환상 같이 더 많은 것입니다. 역시, 그(것)들은 확실히 유용하, 그리고 가까운 장래에 현실이 될지도 모릅니다 [41].

의학에 있는 Nanodevices는 Freitas [42]에 의해 제시된 respirocyte와 같은 불완전한 부적당하게 작용 세포를 대체하기 위하여 작용할 수 있었습니다. 이 인공 적혈구는 산소 적혈구 보다는 더 효과적이게 제공 이론적으로 가능합니다. 그것은 혈액 순환에 있는 불완전한 자연적인 적혈구를 대체할 수 있었습니다. respirocytes의 1 차적인 응용은 transfusable 혈액 대용암호, 빈혈증, 태아기/신생아 문제 및 폐 무질서를의 부분적인 처리 관련시킬 수 있습니다.

nanomachines가 환자의 바디 내의 약을 관리한다는 것은 수 있었다는 것은 보고되었습니다. 그 같은 nanoconstructions는 처리를 더 정확하고 그리고 정확하다 시키는 특유한 사이트에 약을 투발할 수 있었습니다 [43]. 특정 ` 무기를 가진 유사한 기계는' 순환 체계 또는 종양 세포의 식별 그리고 살해에서 장애를 제거하기 위하여 사용될 수 있었습니다.

의료 연구에 관하여 나노 과학의 그밖 생명 응용 및 진단은 nanorobots입니다. 인체에서 작동하는 Nanorobots는, 다른 화합물의 수준을 감시하고 내부 기억 장치에 있는 정보를 기록할 수 있었습니다. 그(것)들은 주어진 조직의 검사에서 생체 역학, 및 histometrical 특징을 아주 세밀하게 조사하는 급속하게 그것의 생화확 이용될, 수 있었습니다. 다만 생물공학이 nanomaterials에서 가능한 처리 선택권의 범위 그리고 효험을 확장하기 때문에, 분자 나노 과학의 출현은 다시 동시에 중요하게 그들의 리스크, 비용 및 invasiveness를 감소시키고 있는 동안 미래 치료의 효과, 안락 및 속도를 거대하게 확장할 것입니다.

생물공학은 많은 것이 특별한 정립 기술이 약 관련되는 문제를 극복할 것을 요구하는 맞춤옷 생산 및 biopharmaceuticals 및 biotechnological 약 허용합니다. 해결할 것이다 그 같은 중요한 도전은 뒤에 오는 것 포함합니다: 행정 (i.e 짧은 반감기) 후에 나쁜 가용성, 한정된 화학 안정성 생체외에서 그리고 VIVO에서, 활동 (표적으로 하기)의 사이트에 약 풍부를 요구하는 나쁜 생물학적 이용 효능 및 잠재적으로 강한 부작용 [44]. Nanoparticulate 운반대는 1개의 해결책으로 그 같은 납품 문제, i.e 약 nanocrystals, 단단한 지질 nanoparticles, nanostructured (SLN) 지질 운반대 및 지질 약 (NLC) 결합되는 nanoparticles [ (LDC)44] 극복하기 위하여 발육되었습니다. 막자와 동료에 의해 보고되는 것과 같이 운반대는 다른 가용성의 biotech 약에 대한 납품 문제를 해결하게 적당합니다. 이 운반대로 표적으로 하는 것은 아주 간단한 접근, 미분 단백질 흡착 (PathFinder® 기술)에 의해 실현될 수 있습니다. 두뇌에 있는 약의 충분히 다량을 치료 수준을 도달하고 또한 제약 회사에 의해 추격되는 중요한 필수품을 성취하기 위하여 누적하게 충분히 능률적인 입증되는 이 기술.

특정 군기의 nanodots를 가진 Quantum 점은 유연하기 위하여 믿어지고 다수 다른 바이러스의 존재를 위한 혈액 샘플을 동시에 가리는 싸고 쉬운 쪽을 제안할 수 있었습니다. 그것은 또한 의사에게 단단 진단 강하게 심근 경색의 개시를 표시하는 단백질의 특정한 세트의 존재를 말하자면, 검출하기 위하여 공구를 줄 수 있었습니다. 연구 전선에, 동시에 세포에 그리고 안쪽에 모두 다중 유생분자를 표를 붙이는 기능은 과학자가 미래 조제약 및 치료학 (Quantum Dot Corporation)의 발달을 귀중한 실마리를 [45] 제공하는 질병과 관련되었던 복잡한 셀 방식 변경 및 사건을 보는 것을 허용할 수 있었습니다.

HLBS (심혼, 폐, 혈액 및 잠) 연구와 무질서에 나노 과학의 응용을 육성시키는 국제적인 심혼, 폐 및 혈액 학회 (NHLBI) 계획. 정보를 위한 요구는 (RFI) 화포에 나노 과학에 있는 관심사를 가진 과학자 그리고 의사에게서 통보와 더불어, HLBS 무질서에 나노 과학 개발하고 적용하기에 접근에 더 넓은 과학계 개발되었습니다. 나노 과학, nanoscience 및 HLBS 약을 통해 전문 기술에 과학자, 엔지니어 및 의사 구성하고 있어 노동 그룹은 면담을 위한th 출발점으로 RFI 반응을 사용하여 2003년2월 28일 에, 충족시켰습니다. 노동 그룹은 나노 과학의 필드를 평가하고 연구를 위한 쪽 건의하기로 위임되었습니다. 노동 그룹은 nanoscale에서 마이크로 눈금에 가늠자의 연속체를 강조하는 나노 과학의 경직되어 있었거나 제한하는 정의에 대하여 지나치게 경고했습니다. 단은 또한 nanoscience의 응용 및 HLBS 무질서의 향상한 진단, 처리 및 예방에 나노 과학과 관련되었던 추가 발달에 기회와 도전의 지역을 확인했습니다. 그것은 또한 생물학 질문에 나노 과학의 응용을 촉진하는 우선순위를 매긴 권고를 개발하고 환자 치료 [46] 향상했습니다.

방법 분자로 찍힌 중합체가 통제되는 약 방출 약 감시 장치 및 생물학과 항체 수용체 모방자와 같은 임상적 적용에 의학으로 유용할 수 있던 카아디프 대학에 약학의 웨일스 말 학교에 저항 단 및 그 외는 봤습니다. 히스타민과 에페드린 분자로 찍힌 중합체는 (MIPs) 잠재적인 생물학 수용체 모방자로 propanolol MIP가 경피성 제어 장치 [47]에 있는 선택적인 부형제를 약하게 하는 비율로 그것의 사용을 위해 조사되었는 하는 동안 공부되었습니다.

첫번째 인공적인 전압 문을 단 분자는 1995년에 콜로라도 주립 대학에 찰리 R. 마틴과 동료 [48]에 의해 날조되었습니다 nanosieve. 마틴의 막은 1.6nm 처럼 작은 안쪽 직경을 가진 원통 모양 금 nanotubules의 소집을 포함합니다. tubules가 플러스로 충전되 때, 긍정적인 이온은 제외되고 부정적인 이온만 막을 통해서 수송됩니다. 막이 부정적인 전압을 수신할 때, 긍정적인 이온만 통과할 수 있다. 유사한 nanodevices는 숨구멍 규모, 모양 및 책임 제한과 중요한 분자 특이성을 가진 이온 수송의 정확한 통제를 달성하기 위하여 문을 다는 전압을 결합할 수 있습니다. 절묘하게 과민한 이온 채널 스위치 바이오 센서는 오스트레일리아 연구 단체 [49]에 의해 건축되었습니다.

우리가 Watson와 근육 경련에 의하여 DNA 이중 나사선 구조물의 발견의 50 기념일로 투합한 전체 인간 게놈의 연속의 완료를 경축했기th 때문에 2003 아주 특별한 년 생물 의학 연구를 위한 불릴 수 있었습니다. 생물 의학 화상 진찰에서는, 우리는 또한 자기 공명 화상 진찰에 있는 2명의 개척자에 약과 생리학에 있는 노벨상, 폴 Lauterbur 교수 및 피터 맨즈필드 각하의 수여를 목격했습니다. 이 경계표 사건은 생물 의학 연구에 많은 다양한 훈련에 있는 급속한 발달의 충격을 강조하는 것을 도왔습니다. 전자공학과 정보 기술에 있는 지레 장치 그리고 거창한 어드밴스는 생물 의학 화상 진찰 연구 [50]에 의해 초래되었습니다. 미래 생물 의학 연구에 있는 기회 그리고 도전은 생활의 애매함 그리고 복합성을 이해하고 새로운 진단과 치료 방법 을 떠오르기 위하여 화학, 물리학, 기술설계, 정보 기술 및 나노 과학을 가진 분자 생물학에서 주어진 지식의 합동에서 속입니다.

칼슘 인산염 nanoparticles는 유전자의 표적으로 한 납품 위한 능률 및 양자택일 DNA 운반대 역할을 하 할 수 있는 비 바이러스성 선그림의 유일한 종류를 제출합니다. 매우 낮은 규모의 디자인 그리고 종합은, 직경에 있는 80nm의 주위에 규모의 높게 monodispersed DNA에 의하여 진한 액체로 처리된 칼슘 인산염 nanoparticles 보고되었습니다 [51]. nanoparticle 안쪽에 캡슐에 넣어진 DNA는 외부 DNase 환경에서 보호되고 생체외와 생체 조건 조건 하에서 캡슐에 넣어진 DNA를 옮기기 위하여 안전하게 사용될 수 있었습니다.

광학적으로 유전자 납품의 셀 방식 통로 및 비 바이러스성 선그림으로 nanoparticles를 사용해서 유래 transfection 추적을 위한 biophotonics와의 nanomedicine의 조합의 응용은 최근에 설명되었습니다 [52]. 유전자 납품은 상당한 현재 관심사의 지역입니다; 유전 물질 (DNA, RNA 및 oligonucleotides)는 분자 약으로 이용되고 특정 세포 모형에에 억제하거나 어떤 바람직하지 않는 유전자 발현을 표현합니다 치료 단백질을 전달됩니다.

Nano DNA 기술

중합 효소 연쇄 반응 [53, (PCR) 54]의 발견은 생물학 연구의 새로운 시대에 도로를 포장했습니다. 충격은 분자 생물학의 분야에서, 또한 과학의 그밖 연합하는 분야에서 뿐만 아니라 느껴질 수 있습니다. 이루어져 있는 분명한 supramolecular nanocircles로 반합성 DNA 단백질 어원이 같은 말, 각자 소집된 oligomeric 통신망의 비발한 종류는 변환될 수 있는 두 배 좌초된 DNA 의와 streptavidin 개발되었습니다 [55, 56].

DNA streptavidin 어원이 같은 말은 immuno PCR 방법론에 의하여 단백질과 그밖 항원의 ultrasensitive 미량 성분 분석을 위한 새로운 면역학 시약의 생산을 위한 모듈 빌딩 블록으로 적용 가능합니다 [57-59]. Immuno PCR는 표준 ELISA (효소 연결된 immunosorbent 분석실험) 방법과 비교하여 감도의 1000 겹 정도의 결과로 PCR의 확대의 지수 힘과의 항체 기지를 둔 immuno 분석실험의 특이성의 조합, 그러므로입니다.

각자 소집된 DNA streptavidin 어원이 같은 말은 또한 나노 과학의 분야에서 적용되었습니다. 예를 들면, 어원이 같은 말은 이온 바꿀 수 있는 nanoparticle 통신망을 위해 모델 시스템으로, 나노미터 가늠자 ` 연약한 물자' 검사 탐사기 현미경 검사법 [60, 61]를 위한 구경측정 기준으로, 또는 나노미터 가늠자 무기 장치 [62, 63]의 성장을 위해 템플렛으로 이용될 수 있는 복잡한 생체 고분자 아키텍쳐의 합리적인 건축을 위한 프로그램된 빌딩 블록으로 이용됩니다. 단 하나 좌초된 DNA 및 streptavidin의 공유 원자가 어원이 같은 말은 핵산 교잡을 통해 단단한 기질에 biotinylated 고분자의 동원정지를 위해 생체 고분자 접합기로 이용됩니다. 이 `는 금속과 반도체 nanoparticles를 가진 단단한 기질의 뒤집을 수 있는 사이트 선택적인 functionalization 또는, 반대로, 면역 글로불린과 효소와 같은 단백질을 가진 금 nanoparticles의 DNA에 의하여 지시된 functionalization를 동원정지를' 허용합니다 DNA 지시했습니다. 금 nanoparticles에서 기능적인 biometallic nanostructures의 제작 및 항체는 bioanalytics [64]에 있는 진단 기구로 적용됩니다.

2백만개의 단 하나 뉴클레오티드 동질다상 (국제적인 SNP 지도 노동 그룹 2001년) 이상 포함 인간 게놈 (SNPs) 순서에 있는 변이의 지도의 간행물 뒤에 나오, 다음 도전은 비용 효과적인 방법에 있는 이 정보를 사용하는 기술의 발달 입니다. Genotyping 방법은 비발한 진단 및 치료의 발달을 위한 필연적인 잠재력에 유전 이체와 질병 사이 협회를, 폭로하는 약제, biotechnological와 학문적인 연구를 가능하게 하기 위하여 적어도 2개의 크기 순서에 의하여 처리량을 증가시키기 위하여 향상되어야 합니다. DNA 적출과 확대에 새로운 접근은 초에 이 프로세스를 위해 요구된 시간을 단축했습니다. Microfluidic 장치는 통합 체계 [65]에 있는 시약 그리고 유생분자의 섞고는 및 수송과 함께 모세관 전기 이동법 및 고성능 액체 착색인쇄기를 사용하여 아주 급속한 파편 별거를 통해 동질다상 탐지를, 가능하게 합니다. 높 처리량 SNP genotyping 필수품과 호환이 될 DNA 적출과 정화 시스템의 발달에 있는 기본적인 목적은:

·         DNA의 효소의 (i.e endonucleases) 또는 기계적인 (깎는) 고장 없는 해결책으로 세포에서 DNA의 방출;

·         DNA 확대 또는 교잡 분석실험을 방해할 수 있는 셀 방식 파편 (예를들면 단백질)의 제거;

·         관련시킨 절차의 수를 감소시키는 단순화된 프로토콜을 가진 높 처리량 그리고 경제적인 DNA 견본 준비;

·         취급 및 대처 비용을 극소화하는 위험한 화학 필수품의 제거 가능한한 많이;

·         정량화가 불필요하다 그래야 견본 중 DNA 수확량의 질의 견실함 그리고 양 둘 다, 그리고 연속적인 확대 및 또는 교잡은 재현성의 고차에 일 수 있습니다;

·         매우 능률적인 프로세스, 예기되는 분석실험의 거대한 수를 위한 충분한 공급을 지키기 위하여; 그리고

·         시스템 [65]에 위에 진부하게 간색한 생검의 직접 선적을 가능하게 할 공용영역.

나노 과학을 위한 잠재력은 급속한 높 처리량 SNP 분석에 기여하는 지능적인 바이오칩 플래트홈에 가장 분명합니다. Heller L. 그 외 여러분 2000년에 의해 묘사된대로 전자로 어드레스로 불러낼 수 있는 microarray 플래트홈의 발달은 [66] Nanogen Inc. (샌디에고, 캘리포니아, 미국)를 초래했습니다. 일 당 10의 인자형의 명령의 SNP 검열 처리량 도 할 수 있을 것이다 한개 이상 기술 플래트홈 제공7 의 도전은, 설치될 유전자와 질병 사이 중요한 협회를 허용하기 위하여 달성될 필요가 있을 것입니다. 게다가, 기술 플래트홈은 또한 인자형 당 비용이 이하일 가능하게 필요할 것이 가리기의 크기를 위해 0.01$ 경제 척도를, 그 같은 전달할 필요가 있을 것입니다. 나노 과학의 급속하게 발전 필드에서, 비발한 공구 및 프로세스는 요구된 기능을 제공하는 잠재력에 소개되었습니다 [67-69].

게놈에 가까운 근접에서 서로에게 생기는 SNPs의 다름은 복제를 진행하는 동안에 일반적으로 결합 상관된 때문이고, 이 상호 관계의 넓이는 결합 불균형이라고 불립니다. 중요한 협회가 특정 SNPs에 관찰된 유전 변이와 질병의 존재 사이에서 생기는 곳에, 영향을 받기 쉬운 유전자는 확인될 수 있습니다. 틀리 긍정적인 결과를 삭제하기 위하여 필요로 한 통계 의견은 McCarthy와 Hilfiker (2000년)에 의해 검토되었습니다 [70]. 그(것)들은 견본 크기 선형 증가가 시험된 마커의 수에 있는 증가 각 크기 순서에 필요하다는 것을 건의합니다. 그러므로, 1백만 SNPs를 포함하여 심사 과정에서 영향을 받기 쉬운 유전자의 확실한 신원 확인은 1000년의 최소한도 견본 크기를 요구할 것입니다 (i.e 최저 10 SNPs는9 가려져야 합니다).

Nanoparticles는 종양 세포의 양이 많기도 하고 품질 생체외 탐지를 위해 사용될 수 있습니다. 그(것)들은 강직에서 분석을 더 과민한 만들기 위하여 마커에 집중하고 보호해서 탐지 프로세스를, 강화합니다. 예를 들면, streptavidin 입히는 형광성 폴리스티렌 nanospheres Fluospheres® (녹색 형광)와 TransFluospheres® (빨간 형광)는 단 하나 군기 교류 cytometry에서 A431 세포에 표피 성장 인자 (EGFR) 수용체를 적용되었습니다 (인간적인 표피 모양 암 세포) [71] 검출하기 위하여. 결과는 형광성 nanospheres가 결합되는 streptavidin 플루오레세인의 그것 보다는 좀더의 감도를 25 시간 제공했다는 것을 보여주었습니다.

새로운 도구는 지금 nanoharvesting 에이전트가 순환 (예를들면 derivatized 금 입자)로 또는 위로 적시는 혈액 수집 장치로 ″ 분자 mops ″로 작동하기 위하여 주입될 수 있고 존재하는 행이고는 complexed biomarkers를 증폭하다 그것에 의하여, proteomics와 나노 과학의 교회법에 디자인해 발육될 수 있습니다 [72-74]. 이 nanoparticles는, 그들의 행이는 진단 화물과 더불어 질량 분석을 통해, 직접 저분자 무게 및 풍성하게 한 biomarker 서명을 제시하기 위하여 질문될 수 있습니다. 궁극적으로, 질병 검출을 위한 어떤 접근든지의 공용품은 참을성 있는 결과 및 무변질 생존 [75]에 그것의 임상 충격에 평가됩니다. 긴급하게 일반적으로 요구되는 무엇이 질병의 연구 결과에서 치료할 수 있는 질병을 먼저 검출할 수 있는 biomarkers, 그리고 향상된 질병을 잘 검출하지 않기의 발달입니다.

대조 에이전트는 종양 진단 목적을 위한 nanoparticles에 적재되었습니다. nanoparticles의 물리 화학적인 특징 (입자 크기, 표면전하, 지상 코팅, 안정성)는 관심사의 특정 사이트에 마커의 수신인의 새 주소 그리고 사격량을 허용합니다. 레테르를 붙인 콜로이드 입자는 radiodiagnostic 에이전트로 이용될 수 있었습니다. 다른 한편으로는, 몇몇 비 레테르를 붙인 콜로이드 시스템은 이미 사용 중 이고 몇몇은 계산된 단층 촬영 및 NMR 화상 진찰과 같은 관련 진단 절차에 있는 대조 에이전트로 아직도 시험되고 있습니다.

지금까지, 암 탐지를 위한 nanoparticles를 가진 진단 화상 진찰에 있는 radionucleide 사용의 연구 결과는 아직 간행될 것입니다. 그러나, 전통적인 콜로이드 입자가 간, 비장, 폐 및 골수 같이 기관의 세포인 수 있는 때 nanoparticles를 길 회람하는 것에는 종양 발달을 위한 잠재적인 사이트인 이 기관 전부 혈액 순환 임파액 시스템에 있는 compartmental 지방화가 있는 수 있는 때, 이 콜로이드 시스템은 잠재적으로 종양 진단을 향상할 수 있었습니다.

장래에, 특정 결합 친화성으로 설계되는 nanoparticles는 집합한 체액으로 resuspended, 순환으로 직접 주사할 아마 조차 수 있습니다. nanoparticles는, 행이는 분자와 함께 설계한 필터에, 직접 붙잡고 매우 고해상도 질량 분석 (예를들면 푸리에 변환 이온 싸이클로트론 공명)에 의해 직접 문제시될 수 있었습니다.

산소는 호기성 시스템에 있는 중요한 대사 산물의 한개이고, 녹은 산소의 측정은 의학, 산업의, 그리고 환경 응용에 있는 절대 중요성 입니다. 녹은 산소 농도 측정을 위한 방법에 있는 최근 관심사는 전통적인 전류 측정 전극에 그들의 이점 때문에 광학적인 센서에 에서 그(것)들이 더 단단 이고, 산소를 소모하지 않으며, 쉽게 독살되지 않다 주로 집중되었습니다 [76, 77].

광학적인 자갈 (생물학으로 지방화된 끼워넣기에 의하여 캡슐에 넣어지는 탐사기) nanosensors는 유기로 변경된 규산염 (ormosil) nanoparticles를 사용하여 녹은 산소를 위해 매트릭스로 개발되었습니다. ormosil nanoparticles는 선구자 [78]로 methyltrimethoxysilane로 입히는 층의 대형에 선행된 선구자로 phenyltrimethoxysilane를 가진 코어 입자의 대형을 포함하는 sol 젤 기지를 둔 프로세스를 통해 준비됩니다. ormosil nanoparticles의 높게 침투성 구조물 및 소수성 본질, 뿐 아니라 그들의 소형은 녹은 산소에 우수한 전반적인 냉각 반응 및 0개의 -100% 산소 포화된 근해에서 전체적인 범위에 선형 반응, 귀착됩니다. 이 자갈 센서에는 셀 방식 측정을 위한 감소된 배후 인물의 결과로 더 높은 감도 및 더 넓은 선형성 뿐 아니라 더 긴 흥분과 방출 파장이, 있습니다. 자갈 센서는 거르고는 및 장기 저장에 그들의 가역성 및 안정성 식으로 우수합니다. 닫히는 약실에 있는 세포 호흡 유전자 전자총에 의하여 투발된 자갈에 의해 때문에 녹은 산소에 있는 변경의 실시간 모니터링은 했습니다. 이 센서는 지금 산소와 포도당 [78]의 동시 세포내 측정을 위해 적용되곱니다.

P450 효소에 나노 과학의 응용

시토크롬 P450는 생물 분석적인 지역 [79] 높게 관련됩니다. 그(것)들은 약 발달과 발견 프로세스에 있는 생명 역할을 하는 대부분의 약의 물질 대사에 필수 모든 조직에서 존재하는 효소의 대가족을 오늘 사용중인 형성합니다. 그(것)들은 확실히 넓은 regioselectivity를 가진 다양한 기질 (r)로 아래에 방정식에서 보이는 것처럼 급수하기 위하여 그밖 산소 원자의 수반하는 감소로 이끌어 내는 산소 분자의 2개의 원자의 한의 삽입을 위한 촉매로 작동합니다 [29].

몇몇 방법은 높은 처리량 체재 [80-83]에 있는 P450s에 의해 기질 회전율의 검열을 위한 문서에서 보고되었습니다. 그러나, 그(것)들은 전부 특정 마커 기질의 변환의 탐지를 통해 P450 효소의 활동 시험으로 제한 부족합니다, 그러나 Tsotsou 그 외 여러분 2002년 [84] 어떤 NAD든지 (P) H 또는 NAD (P) 종 효소의 회전율을 검출할 수 있는 계속 알칼리 방법이라고 칭한 방법을 개발할 수 있습니다+ . 이 연구 전선에 진도 및 그들의 조합은 단백질 소집 기술에 대해서는 이 효소의 미래 응용을 강력한 플래트홈을, 제공합니다.

조직 기술설계에 나노 과학의 응용

조직 기술설계에 의하여 바디에 있는 외과 배치 또는 안으로 소개된 생세포의 bioartificial 구조물 또는 임플란트를 사용하여 일반적인 수선의 자극에 제자리의 선행된 새로운 조직의 작성에 생체외에서 근거를 두거나 손상의 지역이 접근합니다. 그것이 환자 그들자신에게서 (자가 조직) 또는 (allogeneic) 그밖 인간적인 근원에서 인간적인 물자, 사용에 주로 염려하더라도, 그밖 포유류 근원에서 물자는 또한 (xenogeneic) 인간에서 적용되었습니다.

마이크로 전자공학의 관련 또는 눈과 같은 종말로 병에 걸리는 귀 것의 장소를 취할 수 있는 확실하게 bioartificial 조직을 또는 기관, 심혼, 또는 합동 만들기에 있는 나노 과학은 상상되었습니다. 인공 기관의 증가에 있는 사용을 위한 이식할 수 있는 보형 장치 그리고 nanoscaffolds는 나노 과학 연구원의 목표입니다. 뼈 보충을 위한 hydroxyapatite의 Nanoengineering는 적당하게 진행됩니다 [85, 86].

장래에, 우리는 의학 nanodevices가 혈류량으로 일상적으로 이식되고 또는 건강을 감시하고 자동적으로 설치한 규범에서 일탈하는 시스템의 수선에 참가하기 위하여 주사되는 세계를 상상할 수 있었습니다. 이 nanobots는 질병 표정 [4] 동안에 초기 단계에서 내정간섭을 낙관하기 위하여 참을성 있는 인자형 및 표현형에 그(것)들을 맞추어서 개인화될 수 있었습니다.

새로운 기관의 성장

세포의 Nanoscale 건물은 그들의 프로그램한 복제에 의해 달성될 수 있습니다. 신호는 요구된 규모와 모양 양식을 위한 명령으로 건축 용지 이리저리 전달됩니다. 완전한 명령이 완성될 때, 기관은 필수 논고에 따라 증가될 수 있습니다.

필수 인체 면역학 상태와 호환이 되기 위하여 부호 매겨진 이 기관에는 필요한 DNA가 있을 수 있었습니다. 이것은 생물 체계에 더 적합한 공용영역을 제출하는 살아있는 조직을 가진 인공적인 구조물의 통합을 강화할 수 있습니다. 면역 반응 달리 오늘 제공 기관 이식 결핍에 있는 이점으로. 장래 몇년안에 이것은 기관 실패 무질서의 관리에 있는 갑작스런 도약을 달성할 수 있습니다.

AZoNano - 나노 과학의 온라인 전표 - 새로운 기관의 nanoscale 건축 그리고 성장의 그래픽 대표.

새로운 기관의 nanoscale 건축 그리고 성장의 그래픽 대표.

분자 화상 진찰

유전으로 부호 매겨진 형광성과 생물 발광 취재원을 사용하여 새로운 화상 진찰 접근은 결코 전에 관찰되는 것과 같이 생명체에 (i.e, 조명하거나 빛을내는 인식표) 제시 통찰력을 제안하고 있지 않습니다. 이 취재원이 제공한 정보는 인류 생물학의 우리의 이해 및 암, 감염, neurodegenerative 및 심장 혈관 질병을 포함하여 많은 질병을 위한 치료 접근의 발달을, 강화하기 위하여 이용될 수 있습니다.

이외에 분자 에이전트, 산업계 지도자와 이제까지는 만들어 또한 전시하고 있습니다 과학자가 분자 수준 (도표 2)에 유기체를 전망하는 것을 허용하는 급속하게 발전은 영상 공학을 점진합니다.

분자 화상 진찰 및 관련 생성 회사에 있는 도표 2. 최신 제품

제품 이름

회사 (ies)

 

SPECT/CT 잡종 화상 진찰 시스템

Philips 의학 시스템/시멘스 의학 해결책

 

GFAP luc (glial 원섬유성 산성 단백질)

크세논

 

초음파 거품

Schering AG

 

NeuroSpec™ (radiodiagnostic 에이전트)

Tyco 헬스케어/Mallinckrodt Inc.

 

소재시를 매우 탐구하십시오 (시스템)

GE 의학 시스템

Definity® 또는 Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         SPECT/CT 혼성 시스템은 분자기도 하고 셀 방식 프로세스 (성장과 활동)와 표적으로 한 분자 구조의 해부 세부사항에 기능적인 정보를 (규모와 모양) 표준 이미지화 장치 보다는 더 빠르게, 능률적으로 그리고 명확하게 수집합니다. 이 시스템에서 장악된 심상은 종양의 급속한 식별, 적합한 처리, 정확하게 표적 세포를 파괴하는 표적으로 한 치료의 납품의 분석으로 지원할 수 있고, 처리 효과를 평가하기 위하여 철저히 구명합니다.

·         크세논은 그것의 더 새로운 빛을 제출해 transgenic 동물성 모형 (GFAP luc)를 분자 화상 진찰의 제 3 연례 회의를 위한 사회 도중 일으키. 이 모형은 추적 손상을 위한 중요한 모형 및 지점 ischemic 치기 Parkinson의 질병과 같은 만성 신경학상 조건에 있는 수선인 것을 입증할 수 있습니다.

·         초음파 대조 에이전트는 작은 "microbubbles ″로 만듭니다 빛을 뿌리고 임상의가 심근의 어느 부속이 부족하게 작용하고 있는지 보는 것을 허용하는. 신중하게 패턴을 중단시키고기 아주 강하고 높게 독특한 일시적인 효력을 가져오기 때문에 초음파의 감도 그리고 융통성은 화상 진찰 microbubbles의 그것에게 가장 과민한 방법을 만듭니다. 예를 들면,

·         다르게 Sonolysis™로 알려져 있는 Definity®는 비발한 치료 응용을 위한 가스 채워진 microbubbles입니다. 관 혈전증을 녹이기를 위해, microbubbles는 환자에게 정맥으로 관리되거나 관 접목과 같은 특정 관 구조물로 현지에 주사됩니다. 초음파는 혈병의 지역에 (또는 카테테르를 통해 내부에 적용될 수 있습니다) 지방화되곤, 표적으로 한 활동을 제공하기 위하여 외면적으로 적용됩니다. microbubbles가 혈괴를 쏟아 붓는 때, 초음파가 거품 맥박이 뛰고 초음파 필드에 있는 거품을 부풀리는 혈병 해체로 이끌어 내는 micromechanical 장치로 작동합니다. Sonolysis nanosurgery는 관 혈전증의 처리를 위한 표적으로 한 nanoinvasive 치료 현지에 있습니다. 혈전증 취급을 위한 양자택일 치료와 비교해, sonolysis는 출혈의 더 적은 리스크를 가진 기계적인 thrombectomy 그리고 더 단단 전통적인 약물 치료 보다는 보다 적게 침략적인의 잠재적인 공로를 줍니다.

·         NeutroSpec™는 환자로 혈액의 제거 그리고 재 주입을 위한 필요 없이 백혈구 및 골수성 선구자를 레테르를 붙이는 radiodiagnostic 에이전트입니다. 이 신제품은 5 년 오래된 위 인 맹장염의 모호한 표시를 가진 환자를 위해 입니다. NeutroSpec는 또한 감마 사진기를 통해 생성된 심상의 구상을 촉진해 그로 인하여 일반적으로 양자택일 백혈구 레테르를 붙이는 프로세스에 가입한 시간 지연 및 또는 위험을 삭제하는 감염의 사이트를 찾아내는 것을 의사가 신속하고 쉽게 허용하.

·         소재시를 매우입니다 조직, 종양 및 기관 살포의 생리적인 측정 그리고 정교한 해부학을 quantitating 가능한 일류 부피 측정 CT 시스템 탐구하십시오. 소재시는 또한 계측초의 비율로 매우 심상 취득을 실행해, 동적인 화상 진찰을 가능하게 하.

개요

새로운 분자를 발견하고 그 유효하 조작하기를 위한 나노 과학의 응용의 전문 분야 협력 필드는 헬스케어를 향상하는 그것의 잠재력에서 자연적으로 눈을 부시게 할 수 있었습니다. nanobiotechnology의 부산물은 세계의 모든 국가를 통해 이용될 수 있었습니다.

장래에, 우리는 의학 nanodevices가 혈류량으로 일상적으로 이식되고 또는 건강을 감시하고 자동적으로 일반적인 패턴에서 일탈하는 시스템의 수선에 참가하기 위하여 주사되는 세계를 상상할 수 있었습니다. 생물 의학 나노 과학의 필드에 있는 계속 전진은 무료한 필드에 있는 연구 단체의 설립 그리고 협력입니다. 그 같은 협력은 뿐만 아니라 특기 필드 수준에, 그러나 국제적으로 또한 유지되어야 합니다. 국제 협력의 성공적인 발달 그리고 실시는 연구에 전체적인 투시도를 육성시키고 인류에게 이득을 일반적으로 소집합니다. 그러나, 약 에서에 있는 나노 과학은 긴 지연 및 수많은 실패가 불가피하다 거대한 기술적인 장애물을 직면합니다. 마찬가지로 및 어디든지 칠 때, 에너지 발생에 있는 그것의 응용과 관련되었던 테러리스트 및 재해 또는 혈액 순환에 있는 nanoparticles와 관련되었던 위험의 손에서 전쟁에서 적용될 때, nanobiotechnology의 위험 그리고 부정적인 결과이라고 당연한 일로 생각하면 안됩니다. 나노 과학이 그 자체로는 단 하나 나온다는 것은 과학 교과 그러나 오히려 화학, 물리학, 생물학 및 이 비발하다는 것은 기술의 발달을 위해 요구된다는 것은 필수 공동 지식 및 전문 기술을 소집한다는 것은 재료 과학 같이 전통적인 과학의 회의 목적이 아니다는 것은 감사되어야 합니다.

수신 확인

저자는 원고 및 도움이 되는 제안의 그들의 논평을 위한 교수 녀석 M.에게 Tremblay와 박사 Jakob Bonlokke 및 Cecile Bilodeau 의 숫자 1. 디자인을 위한 시청각 부 또한 Ms 그들의 사은을 나타내는 것을 바랍니다.

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접촉 세부사항

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

Last Update: 13. June 2013 01:33

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