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DOI : 10.2240/azojono0101

Impacto da Nanotecnologia em Ciências Biomedicáveis: Revisão de Conceitos Actuais na Convergência da Nanotecnologia Com Biologia

Herbert Ernest e Rahul Shetty

Submetido: 26 de março de 2005th

Afixado: 18 de maioth 2005

Assuntos Cobertos

Sumário

Fundo

Revelações Recentes

Tecnologia Nano-ADN

Nanobiotecnologia Análise do Polimorfismo do Nucleotide da Alto-Produção na Única

Nanoparticles como Biomarkers

Nanotecnologia nas Medidas do Oxigênio Dissolvido

Aplicação da Nanotecnologia às Enzimas P450

Aplicação da Nanotecnologia à Engenharia do Tecido

Crescimento de Órgãos Novos

Imagem Lactente Molecular

Sumário

Reconhecimentos

Referências

Detalhes do Contacto

Duas das tecnologias as mais prometedoras do século XXI são biotecnologia e nanotecnologia.

Esta ciência de estruturas do nanoscale trata a criação, a investigação e a utilização dos sistemas que são 1000 vezes menores do que os componentes usados actualmente no campo da microeletrônica. A Biotecnologia trata o processo metabólico com microoraganisms. Convergência destes resultados de duas tecnologias no crescimento da nanobiotecnologia. Esta combinação interdisciplinar pode criar muitas ferramentas inovativas.

As aplicações biomedicáveis da nanotecnologia são os produtos directos de tais convergências.

Contudo, os desafios que enfrentam os cientistas e os coordenadores que trabalham no campo da nanotecnologia são bastante enormes e extraordinària complexo na natureza.

O Serviço Público da nanotecnologia às ciências biomedicáveis implica a criação dos materiais e dos dispositivos projetados interagir com o corpo em escalas secundário-celulares com um alto nível da especificidade. Isto poderia potencial ser traduzido em celular visado e as aplicações clínicas tecido-específicas visaram efeitos terapêuticos máximos com adverso-efeitos muito limitados.

A Nanotecnologia em ciências biomedicáveis apresenta muitas oportunidades revolucionárias na luta contra todos os tipos do cancro, desordens cardíacas e neurodegenerative, infecção e outras doenças.

Este artigo apresenta uma vista geral de algumas das aplicações da nanotecnologia em ciências biomedicáveis.

A Nanotecnologia é uma área de ciência nova que envolve trabalhar com os materiais e os dispositivos que estão a nível do nanoscale. Os nanômetros são bilionésimos de um medidor. Isto é, aproximadamente 1/80,000 do diâmetro de um cabelo humano, ou dez vezes o diâmetro de um átomo de hidrogênio. Manipula as propriedades químicas e físicas de uma substância no nível molecular. A Nanotecnologia altera a maneira que nós pensamos, ele borra os limites entre a física, química e a biologia, a eliminação destes limites levantará muitos desafios e sentidos novos para a organização da educação e da pesquisa.

Richard que o ` chamado discurso de Feynman Lá é abundância da sala na parte inferior' sublinhou em 1959 este conceito - Se nossas mentes pequenas, para alguma conveniência, dividem este universo nas peças, física, biologia, geologia, astronomia, psicologia e assim por diante - Recorde que a natureza não a conhece [1].

A Nanobiotecnologia é a unificação da biotecnologia e da nanotecnologia. Esta disciplina híbrida pode igualmente significar a factura de máquinas da atômico-escala imitando ou incorporando sistemas biológicos a nível molecular, ou a construção de ferramentas minúsculas para estudar ou mudar o átomo natural das propriedades da estrutura pelo átomo. A Nanobiotecnologia pode ter uma combinação da microtecnologia clássica com uma aproximação biológica molecular. A Biotecnologia usa o conhecimento e as técnicas da biologia para manipular os processos moleculars, genéticos, e celulares para desenvolver produtos e serviço, e é usada em campos diversos da medicina à agricultura. A Convergência, é uma actividade ou a tendência que ocorre baseado em materiais comuns e capacidade-neste caso a disciplina que permite a convergência é nanotecnologia. As oportunidades potenciais oferecidas por esta relação são verdadeiramente proeminentes; a sobreposição de Biotech, de nanotech e de tecnologia da informação está trazendo à fruição muitas aplicações importantes nas ciências da vida.

Esta tecnologia é esperada criar inovações e jogar um papel vital nas várias aplicações biomedicáveis (Fig. 1), não somente na entrega e na terapia genética da droga, mas igualmente na imagem lactente molecular, nos biomarkers e nos biosensors. o farmacoterapia e os métodos Alvo-Específicos para o diagnóstico adiantado das patologias são as áreas de pesquisa da prioridade onde a nanotecnologia jogaria um papel de relevo [2].

AZoNano - Jornal Em Linha da Nanotecnologia - ilustração Esquemática da nanotecnologia que revoluciona ciências biomedicáveis.

Figure1. Ilustração Esquemática da nanotecnologia que revoluciona ciências biomedicáveis.

Os Institutos Nacionais do Consórcio da Tecnologia Biológica da Saúde (BECON) guardararam um simpósio em 2000 “Nanoscience autorizado e a Tecnologia

O alvo de BECON era aumentar uma comunicação entre os cientistas biomedicáveis e os coordenadores que trazem aspectos diferentes de seus habilidades e conhecimento ao urso nestes problemas e fazer a comunidade biomedicável mais ciente das revelações emergentes no campo da nanotecnologia. As deliberações da conferência são reforçadas agora extensamente pela experiência do dia a dia, aumentando a capacidade para manipular moléculas individuais em um nanoscale e para combinar biomoléculas com outras estruturas do nanoscale. Esta capacidade fornece a oportunidade para aplicações terapêuticas e diagnósticas novas por dizer permitindo a construção de estruturas novas a partir de baixo [4].

No futuro próximo, a aplicação clínica a mais importante da nanotecnologia estará provavelmente na revelação farmacêutica. Estas aplicações aproveitam-se das propriedades originais dos nanoparticles como drogas ou de componentes das drogas ou são projectadas para estratégias novas a liberação controlada, drogam a escolha de objectivos, e o salvamento das drogas com baixa disponibilidade biológica [5-7].

As cápsulas do polímero de Nanoscale podem ser projectadas dividir e liberar drogas em taxas controladas, para permitir a liberação diferencial em determinados ambientes, tais como um media ácido, e para promover a tomada nos tumores contra os tecidos normais [8]. Muita pesquisa é focalizada agora em criar polímeros novos e em explorar combinações específicas do droga-polímero. Nanocapsules pode ser sintetizado directamente dos monómeros ou por meio do nanodeposition dos polímeros pré-formados [9]. Nanocapsules foi formulado igualmente da albumina e dos lipossoma. Os sistemas de entrega Implantable da droga que estão sendo desenvolvidos utilizarão nanopores para controlar a liberação da droga.

Uma das questões básicas na disponibilidade biológica é transfection da pilha na terapia genética do ADN. Os métodos Actuais têm as limitações significativas, incluindo o risco de transmissão inadvertida da doença por vectores virais. Isto conduziu pesquisadores explorar os complexos polímero-ADN e os complexos lipossoma-ADN para a entrega do gene [10]. Igualmente mostrou-se que o ADN comprimido sob a forma dos nanoparticles pode ser usado às pilhas postmitotic do transfect [11].

Apesar do risco e das limitações, os vectores virais são uma aproximação biomimetic eficiente para drogar a escolha de objectivos e entrega. O peptide do tat do vírus de imunodeficiência humana (HIV) e outras proteínas virais estão sendo anexados ao ADN, às proteínas, e aos outros materiais para a tomada em pilhas. Estes nano-conjuntos imitam a acção das proteínas da fusão que fazem o transfection viral eficiente [12, 13]. A Nanotecnologia igualmente permitiu a revelação dos biochips e tem um papel na fabricação verde (áreas por exemplo do biocompatibility e do biocomplexity). Outras aplicações incluem o projecto dos sensores para astronautas, soldados, biofluids (para segurar o ADN e as outras moléculas), in vitro fecundação do estoque vivo, nanofiltration, ` do bioprocessing pelo projecto' e rastreabilidade do alimento genetically alterado (Tabela 1).

Lista da Tabela 1 de aplicações da Nanotecnologia às ciências Biomedicáveis

Nano-Aplicações

Referências

 

Bio-Detecção de micróbios patogénicos

15

 

Detecção de proteínas

16

 

Sondagem da estrutura do ADN

17

 

Engenharia do Tecido

18, 19

 

Destruição Pelo Calor do tumor (hipertermia)

20

 

Estudos de Phagokinetic

21

 

Realce do Contraste de MRI

22

 

Separação e purificação das biomoléculas e das pilhas

23

 

Marcadores biológicos Fluorescentes

24, 25

 

Entrega da Droga e do gene

26, 27

 

Pilhas Artificiais e seus conjuntos

28

Projecto das proteínas para o transporte eficiente do elétron ou com características mecânicas

29

Usando a tecnologia da pena do mergulho

30, 31

Formação e crescimento dos nanostructures em biosistemas vivas (por exemplo por plantas da alfafa)

32

Biosensors

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

Nanorods para aplicações da vacinação

40

As áreas Exploratórias para a nanotecnologia incluirão a pesquisa na condição e/ou no reparo do cérebro e as outras áreas para recuperar a cognição. Pôde igualmente encontrar a aplicação em projetar fármacos em função dos genótipo pacientes e em aplicar produtos químicos para estimular a produção em função dos genótipo da planta. A síntese de uns produtos químicos mais eficazes e mais biodegradáveis para a agricultura e a produção de detectores implantable podiam ser ajudadas pela nanotecnologia com quantidades mínimas de sangue. Empregando esta tecnologia deve igualmente ser possível desenvolver os métodos que usam a saliva em vez do sangue para a detecção de doenças ou que podem executar terminam o teste do sangue dentro de um curto período de tempo. Umas edições Mais Largas incluem a medicina molecular econômica, agricultura sustentável, conservação do biocomplexity, e de permitir tecnologias emergentes.

Richard E. Smalley, vencedor do Prémio Nobel 1996 na Química anunciada em seu testemunho do congresso ao governo sobre a consciência crescente na comunidade científica e técnica de nossa entrada em uma época dourada nova. O interesse de Germinação nas aplicações médicas da nanotecnologia conduziu à emergência de uma disciplina nova conhecida como o nanomedicine [14]. Em um espaço mais largo, o nanomedicine é o processo de diagnóstico, tratando, impedindo a doença e ferimento traumático, de aliviar a dor, e de preservar e de aumentar a saúde humana, usando ferramentas moleculars e o conhecimento molecular do corpo humano. A finalidade desta revisão é jogar mais luz nos avanços recentes e impacto da nanotecnologia em ciências biomedicáveis.

Revelações Recentes

O diagnóstico Médico com entrega apropriada e eficaz dos fármacos é as áreas médicas onde nanosize partículas encontraram aplicações práticas. Contudo, há muitas outras propostas interessantes para o uso de ferramentas nanomechanical no campos da investigação médica e da prática clínica. Tais nanotools estão esperando a construção, e são presentemente mais como uma fantasia. Não Obstante, puderam ser bastante úteis, e transformar-se uma realidade em um futuro próximo [41].

Nanodevices em ciências médicas poderia funcionar para substituir pilhas defeituosas ou impropriamente funcionando, tais como o respirocyte propor por Freitas [42]. Este glóbulo vermelho sintético é teòrica capaz de fornecer o oxigênio mais eficazmente do que um eritrócite. Poderia substituir pilhas vermelhas naturais defeituosas na circulação sanguínea. As aplicações Preliminares dos respirocytes podem envolver a substituição transfusable do sangue, problemas pré-natais/neonatal do tratamento parcial da anemia, e de desordens do pulmão.

Relatou-se que os nanomachines poderiam administrar drogas dentro do corpo de um paciente. Tais nanoconstructions poderiam entregar drogas aos locais peculiares que fazem o tratamento mais exacto e preciso [43]. As máquinas Similares com as armas específicas do `' podiam ser usadas para remover os obstáculos no sistema circulatório ou na identificação e na matança de pilhas do tumor.

A outra aplicação vital da nanotecnologia com relação à investigação médica e os diagnósticos são nanorobots. Nanorobots, operando-se no corpo humano, podia monitorar níveis de compostos diferentes e gravar a informação na memória interna. Podiam ràpida ser usados no exame de um tecido dado, examinando suas características bioquímicas, biomecânicas, e histometrical em maiores detalhes. Apenas porque a biotecnologia estende a escala e a eficácia das opções do tratamento disponíveis dos nanomaterials, o advento da nanotecnologia molecular expandirá outra vez enorme a eficácia, o conforto e a velocidade dos tratamentos médicos futuros ao ao mesmo tempo significativamente reduzir seus risco, custo, e invasiveness.

A Biotecnologia permite a produção específica e os biopharmaceuticals e drogas biotecnológicas, muitas de que exija tecnologias especiais da formulação superar problemas droga-associados. Tais desafios principais a resolver incluem o seguinte: solubilidade deficiente, estabilidade química limitada in vitro e in vivo após a administração (isto é meia-vida curto), disponibilidade biológica deficiente e efeitos secundários potencial fortes que exigem o enriquecimento da droga no local da acção (escolha de objectivos) [44]. Os portadores de Nanoparticulate foram desenvolvidos como uma solução para superar tais problemas da entrega, isto é nanocrystals da droga, nanoparticles contínuos do lipido (SLN), portadores nanostructured do lipido (NLC) e nanoparticles conjugados (LDC) lipido-droga [44]. Os portadores como relatados pelo Muller e pelos colegas são apropriados resolver problemas da entrega com as drogas de Biotech da solubilidade diferente. Visar com estes portadores pode ser realizada por uma aproximação muito simples, a adsorção diferencial da proteína (tecnologia de PathFinder®). Esta tecnologia provada ser eficiente bastante acumular quantidades suficientemente altas de drogas no cérebro para alcançar níveis terapêuticos e para cumprir igualmente a exigência principal ser levado a cabo por uma companhia farmacéutica.

O Ponto do Quantum com nanodots de uma cor específica é acreditado para ser flexível e poderia oferecer um barato e uma forma facil seleccionar ao mesmo tempo uma amostra de sangue para a presença de um número de vírus diferentes. Poderia igualmente dar a médicos uma ferramenta rápida do diagnóstico para detectar por exemplo a presença de um grupo particular de proteínas que indicasse fortemente o início do enfarte do miocárdio. Na parte dianteira da pesquisa, a capacidade para etiquetar simultaneamente biomoléculas múltiplas e dentro de pilhas poderia permitir que os cientistas olhem as mudanças e os eventos celulares complexos associados com a doença, fornecendo indícios valiosos para a revelação dos fármacos futuros e da terapêutica (Quantum Ponto Corporaçõ) [45].

O Coração, o Pulmão, e os planos Nacionais do Instituto do Sangue (NHLBI) para promover a aplicação da nanotecnologia à pesquisa e às desordens de HLBS (Coração, Pulmão, Sangue e Sono). Um pedido de informações (RFI) foi desenvolvido, com conselho dos cientistas e dos médicos com interesses na nanotecnologia, à lona a comunidade científica mais larga em aproximações a desenvolver e a aplicar a nanotecnologia às desordens de HLBS. Um Grupo De Trabalho que compreende cientistas, coordenadores, e médicos com experiência através da nanotecnologia, do nanoscience, e da medicina de HLBS reuniu-se o 28 de fevereiro de 2003th, usando as respostas do IRF como o ponto de partida para discussões. O Grupo De Trabalho Foi confiado com avaliação do campo da nanotecnologia e sugestão de maneiras para a pesquisa. O Grupo De Trabalho Advertiu contra excedente a definição rígida ou restritiva da nanotecnologia, sublinhando a série contínua de escala do nanoscale ao microscale. O Grupo igualmente identificou áreas da oportunidade e dos desafios a uma revelação mais adicional associada com a aplicação do nanoscience e a nanotecnologia ao diagnóstico, ao tratamento, e à prevenção melhorados de desordens de HLBS. Também desenvolveu recomendações prioritárias facilitar a aplicação da nanotecnologia às perguntas biológicas e melhorou o assistência ao paciente [46].

O Grupo da OPOSIÇÃO na Escola de Galês da Farmácia na Universidade de Cardiff e outro olharam como os polímeros molecular imprimidos poderiam ser medicamente úteis em aplicações clínicas tais como liberação controlada da droga, dispositivos da monitoração da droga, e indicações biológicas e do anticorpo do receptor. Os polímeros molecular imprimidos da Histamina e da efedrina (MIPs) foram estudados como indicações biológicas potenciais do receptor enquanto um propanolol MIP foi investigado para seu uso como uma taxa que atenua o excipiente selectivo em um dispositivo controlado transdermal [47].

O primeiros moleculars tensão-bloqueados artificiais nanosieve foram fabricados por Charles R. Martin e colegas [48] na Universidade Estadual de Colorado em 1995. A membrana de Martin contem uma disposição de nanotubules cilíndricos do ouro com os diâmetros internos tão pequenos quanto 1.6nm. Quando os tubules são positivamente - os íons cobrados, positivos estão excluídos e somente os íons negativos são transportados através da membrana. Quando a membrana receber uma tensão negativa, simplesmente os íons positivos podem passar. Os nanodevices Similares podem combinar a tensão que bloqueia com o tamanho do poro, a forma, e as limitações da carga para conseguir o controle preciso do transporte de íon com especificidade molecular significativa. Um biosensor exquisitely sensível do interruptor de canal do íon foi construído por um grupo de investigação Australiano [49].

O ano 2003 poderia ser denominado um ano muito especial para a pesquisa biomedicável porque nós comemoramos a conclusão de arranjar em seqüência do genoma humano inteiro que coincidiu com o aniversárioth 50 da descoberta da estrutura de hélice dobro do ADN por Watson e por Crick. Na imagem lactente biomedicável, nós igualmente testemunhamos a concessão do Prémio Nobel na Medicina e na Fisiologia a dois pioneiros na Ressonância Magnética, do Professor Paul Lauterbur e do Senhor Peter Mansfield. Estes eventos do marco ajudaram a destacar o impacto da revelação rápida em muitas disciplinas diversas à pesquisa biomedicável. A força de alavanca e os avanços tremendos na tecnologia da informação da eletrônica e foram causados pela pesquisa biomedicável da imagem lactente [50]. As oportunidades e os desafios na pesquisa biomedicável futura encontram-se na incorporação do conhecimento ganhada da biologia molecular com química, física, engenharia, tecnologia da informação, e nanotecnologia para compreender a ambigüidade e a complexidade da vida e para vir acima com métodos diagnósticos e terapêuticos novos.

Os nanoparticles do fosfato de Cálcio apresentam uma classe original de vectores não-virais, que podem servir como portadores eficientes e alternativos do ADN para a entrega visada dos genes. O projecto e a síntese do ultra-baixo tamanho, nanoparticles lubrificados ADN altamente monodispersed do fosfato de cálcio do tamanho em torno de 80nm no diâmetro foram relatados [51]. O ADN encapsulado dentro do nanoparticle é protegido do ambiente externo do DNase e poderia ser usado com segurança para transferir abaixo o ADN encapsulado in vitro e in vivo circunstâncias.

A aplicação de uma combinação de nanomedicine com o biophotonics para óptica seguir os caminhos celulares da entrega do gene e o transfection resultante usando nanoparticles como um vector não-viral tem sido demonstrada recentemente [52]. A entrega do Gene é uma área do interesse actual considerável; os materiais genéticos (ADN, RNA, e oligonucleotides) foram usados como a medicina molecular e são entregados aos tipos específicos da pilha a inibem alguma expressão genética indesejável ou expressam proteínas terapêuticas.

Tecnologia Nano-ADN

A descoberta da reacção em cadeia da polimerase (PCR) [53, 54] pavimentou a maneira a uma era nova da pesquisa biológica. O impacto pode ser sentido não somente no campo da biologia molecular, mas igualmente no outros campos aliados da ciência. As classes Novas de conjugado semi-sintéticos da ADN-proteína, de redes oligomeric auto-montadas consistindo no streptavidin e no ADN dobro-encalhado, que podem ser convertidos em nanocircles supramoleculares bem definidos foram desenvolvidas [55, 56].

Os conjugado ADN-streptavidin são aplicáveis como blocos de apartamentos modulares para a produção de reagentes imunológicos novos para a análise de traço ultrasensitive das proteínas e dos outros antígenos por meio da metodologia immuno-PCR [57-59]. O Immuno-PCR é uma combinação da especificidade de um immuno-ensaio anticorpo-baseado com a potência exponencial da amplificação do PCR, daqui tendo por resultado um grau de 1000 dobras de sensibilidade em comparação aos métodos padrão de ELISA (ensaio Enzima-Ligado da imunoabsorção).

os conjugado ADN-streptavidin Auto-Montados foram aplicados igualmente no campo da nanotecnologia. Por exemplo, os conjugado são usados como os sistemas modelo para redes íon-switchable do nanoparticle, como padrões materiais macios da calibração do ` da nanômetro-escala' para a microscopia de varredura da ponta de prova [60, 61], ou como blocos de apartamentos programados para a construção racional da arquitetura biomolecular complexa, que pode ser usada como moldes para o crescimento dos dispositivos inorgánicos da nanômetro-escala [62, 63]. Os conjugado Covalent do ADN e do streptavidin único-encalhados são usados como adaptadores biomoleculares para a imobilização de macromoléculas biotinylated em carcaças contínuas com a hibridação do ácido nucleico. Este ` ADN-dirigiu a imobilização' permite o functionalization reversível e local-selectivo de carcaças contínuas com nanoparticles do metal e do semicondutor ou, vice versa, o functionalization dirigido ADN de nanoparticles do ouro com proteínas, tais como imunoglobulina e enzimas. A fabricação de nanostructures biometallic funcionais dos nanoparticles do ouro e os anticorpos são aplicados como ferramentas diagnósticas no bioanalytics [64].

Depois da publicação de um mapa da variação na seqüência do genoma humano que contem sobre dois milhão únicos polimorfismo do nucleotide (SNPs) (O Grupo De Trabalho Internacional do Mapa de SNP, 2001), o desafio seguinte é a revelação das tecnologias para usar esta informação em uma maneira eficaz na redução de custos. Os métodos de Genotyping têm que ser melhorados a fim aumentar a produção pelo menos por dois ordens de grandeza permitir a pesquisa farmacêutica, biotecnológica e académico para descobrir associações entre variações e doenças genéticas, com potencial conseqüente para a revelação de diagnósticos e de terapias novos. As aproximações Novas à extracção e à amplificação do ADN reduziram os tempos exigidos para estes processos aos segundos. Os dispositivos de Microfluidic permitem a detecção do polimorfismo com a separação muito rápida do fragmento usando a electroforese capilar e a cromatografia líquida de capacidade elevada, junto com a mistura e o transporte dos reagentes e das biomoléculas nos sistemas integrados [65]. Os objetivos básicos na revelação de um sistema da extracção e da purificação do ADN que seja compatível com exigências genotyping da alto-produção SNP são:

·         Liberação do ADN das pilhas na solução sem divisão (de corte) enzimático (isto é endonucleases) ou mecânica do ADN;

·         Remoção de restos celulares (por exemplo proteínas) que pode impedir de ensaios da amplificação ou da hibridação do ADN;

·         Alto-Produção e preparação econômica da amostra do ADN com protocolos simplificados que reduzem o número de procedimentos envolvidos;

·         Vacância de exigências químicas perigosas tanto quanto possível minimizar custos da manipulação e da eliminação;

·         A Consistência da qualidade e a quantidade de rendimento do ADN entre amostras de modo que a quantificação seja desnecessária, e a amplificação e/ou a hibridação subseqüentes podem ser a um alto nível da reprodutibilidade;

·         Um processo altamente eficiente, para assegurar bastante fonte para o número enorme de ensaios antecipados; e

·         Uma relação que permita a carga directa de biópsias sobre convencionalmente provadas ao sistema [65].

O potencial para que a nanotecnologia contribua à análise rápida da alto-produção SNP é o mais evidente com plataformas espertas do biochip. A revelação de uma plataforma electronicamente endereçável do microarray como descrita por Heller L. e outros 2000 [66] causou Nanogen Inc. (San Diego, Califórnia, EUA). O desafio de fornecer umas ou várias plataformas da tecnologia capazes da produção da selecção de SNP do pedido de 107 genótipo pelo dia deverá ser conseguido, para permitir associações significativas entre os genes e as doenças a ser estabelecidos. Adicionalmente, as plataformas da tecnologia igualmente precisarão de entregar economias de escala, tais que o custo pelo genótipo será menos de 0,01$ para o valor do exame necessário ser praticáveis. Do campo ràpida tornando-se da nanotecnologia, as ferramentas novas e os processos foram introduzidos com o potencial fornecer as capacidades exigidas [67-69].

As Diferenças de SNPs que ocorrem na grande proximidade entre si no genoma são normalmente correlacionado devido ao enlace durante o processo de réplica, e a extensão desta correlação é denominada desequilíbrio do enlace. Onde uma associação significativa ocorre entre a variação genética observada em SNPs específico e a presença de uma doença, os genes suscetíveis podem ser identificados. As avaliações estatísticas necessários para eliminar resultados do falso positivo foram revistas por McCarthy e por Hilfiker (2000) [70]. Sugerem que um aumento linear no tamanho da amostra seja necessário para cada aumento do ordem de grandeza no número de marcadores testados. Daqui, a identificação positiva de um gene suscetível de um programa de selecção que inclui 1 Milhão SNPs exigiria um tamanho da amostra mínimo de 1000 (isto é um mínimo de 10 SNPs9 tem que ser seleccionado).

Nanoparticles pode ser usado para in vitro a detecção quantitativa e qualitativa de pilhas do tumor. Aumentam o processo da detecção concentrando e protegendo um marcador da degradação, a fim tornar a análise mais sensível. Por exemplo, os nanospheres fluorescentes streptavidin-revestidos Fluospheres® (fluorescência verde) e TransFluospheres® do poliestireno (fluorescência vermelha) foram aplicados no único cytometry de fluxo da cor para detectar o receptor epidérmico do factor de crescimento (EGFR) nas pilhas A431 (pilhas epidermóides humanas) da carcinoma [71]. Os resultados mostraram que os nanospheres fluorescentes forneceram uma sensibilidade 25 vezes de mais do que aquela da streptavidin-fluoresceína conjugada.

As Novas ferramentas podem agora ser desenvolvidas, projetado na intersecção do proteomics e da nanotecnologia, por meio de que os agentes nanoharvesting podem ser instilados na circulação (por exemplo partículas derivatized do ouro) ou nos dispositivos da coleção do sangue para actuar como o ″ molecular dos espanadores do ″ que embebem acima e amplificam os biomarkers encadernados e complexed que existem [72-74]. Estes nanoparticles, com sua carga diagnóstica encadernada, podem directamente ser perguntados através da espectrometria em massa para revelar o ponto baixo - peso molecular e assinaturas enriquecidas do biomarker. Finalmente, o serviço público de toda a aproximação para detectar a doença é avaliado em seu impacto clínico ao resultado paciente e à sobrevivência sã [75]. O Que é exigido urgente no estudo das doenças geralmente, é a revelação dos biomarkers que podem detectar doenças curáveis mais cedo, e de não detectar doença avançada melhor.

Os agentes do Contraste foram carregados em nanoparticles para finalidades do diagnóstico do tumor. As características físico-químicas (tamanho de partícula, carga de superfície, revestimento de superfície, estabilidade) dos nanoparticles permitem a reorientação e a concentração do marcador no local específico do interesse. As partículas coloidais Etiquetadas podiam ser usadas como agentes radiodiagnostic. Por outro lado, alguns sistemas coloidais não-etiquetados são já dentro uso e alguns estão sendo testados ainda como agentes do contraste em procedimentos relacionados do diagnóstico tais como o tomografia computorizada e a imagem lactente NMR.

Até agora, um estudo do uso do radionucleide na imagem lactente diagnóstica com nanoparticles para a detecção do cancro deve ser publicada ainda. Contudo, como as partículas coloidais convencionais podem ser pilhas dos órgãos como o fígado, o baço, os pulmões e a medula e enquanto longo-circular nanoparticles pode ter uma localização compartmental na circulação sanguínea ou no sistema linfático todos estes órgãos que são locais potenciais para a revelação do tumor, estes sistemas coloidais poderiam potencial melhorar o diagnóstico do tumor.

No futuro, os nanoparticles que são projectados com afinidaoes obrigatórias específicas podem ser resuspended nos líquidos de corpo recolhidos, ou talvez mesmo ser injectados directamente na circulação. Os nanoparticles, junto com as moléculas encadernadas, poderiam directamente ser capturados em filtros projetados e directamente ser questionados pela espectrometria em massa ultra de alta resolução (por exemplo Fourier Transforma a Ressonância de Ciclotrão do Íon).

O Oxigênio é um dos metabolitos principais em sistemas aeróbios, e a medida do oxigênio dissolvido é da importância vital em aplicações médicas, industriais, e ambientais. O interesse Recente nos métodos para medir a concentração de oxigênio dissolvida foi focalizado principalmente nos sensores ópticos, devido a suas vantagens sobre os eléctrodos amperométricos convencionais que são mais rápidos, não consomem o oxigênio, e não estão envenenados facilmente [76, 77].

Os nanosensors Ópticos do SEIXO (pontas de prova encapsuladas pelo encaixotamento biològica localizado) foram desenvolvidos para o oxigênio dissolvido usando nanoparticles orgânica alterados do silicato (ormosil) como uma matriz. Os nanoparticles do ormosil são preparados com um processo solenóide-gel-baseado, que inclua a formação de partículas do núcleo com phenyltrimethoxysilane como um precursor seguido pela formação de uma camada de revestimento com o methyltrimethoxysilane como um precursor [78]. A estrutura altamente permeável e a natureza hidrofóbica dos nanoparticles do ormosil, assim como seu tamanho pequeno, conduzem a uma resposta extinguindo total excelente ao oxigênio dissolvido e a uma resposta linear sobre a escala inteira, de 0 águas oxigênio-saturadas -100%. Este sensor do SEIXO tem uma sensibilidade mais alta e uns comprimentos de onda mais largos do linearidade assim como os mais longos da excitação e da emissão, tendo por resultado o ruído de fundo reduzido para a medida celular. Os sensores do SEIXO são excelentes em termos de seus reversibility e estabilidade à lixiviação e ao armazenamento a longo prazo. Uma monitoração de tempo real das mudanças no oxigênio dissolvido devido à respiração da pilha em uma câmara fechado foi feita pelo SEIXO entregado arma do gene. Este sensor está sendo agora aplicado para medidas intracelulares simultâneas do oxigênio e da glicose [78].

Aplicação da Nanotecnologia às Enzimas P450

Os Citocromo P450 são altamente relevantes à área bio-analítica [79]. Formam uma grande família das enzimas actuais em todos os tecidos essenciais ao metabolismo da maioria de drogas no uso hoje, jogando um papel vital no processo da revelação e de descoberta da droga. Actuam como catalizadores para a inserção de um dos dois átomos de uma molécula do oxigênio em uma variedade de carcaças (R) com o regioselectivity bastante largo, conduzindo à redução concomitante do outro átomo de oxigênio para molhar segundo as indicações da equação abaixo [29].

Diversos métodos foram relatados na literatura para a selecção do retorno da carcaça por P450s em um formato alto da produção [80-83]. Contudo, todos são insuficiente da limitação a testar a actividade das enzimas P450 com a detecção da conversão de uma carcaça específica do marcador, mas Tsotsou e outros 2002 [84] puderam desenvolver um método chamado o método do alcalóide, que pode detectar o retorno de todo o NAD (P) H ou de NAD (P)+ enzima do dependente. O progresso nestas partes dianteiras da pesquisa e suas combinações fornecem uma plataforma poderosa para as aplicações futuras destas enzimas, com particular referência à tecnologia da disposição da proteína.

Aplicação da Nanotecnologia à Engenharia do Tecido

A engenharia do Tecido é baseada na criação dos tecidos novos in vitro seguidos pela colocação cirúrgica no corpo ou pela estimulação do reparo normal in situ que usa construções ou implantes bioartificial das pilhas vivas introduzidas em ou perto da área de dano. Embora é estada relacionada principalmente com a utilização do material humano, do paciente ele mesmo (autólogo) ou de outras fontes humanas (allogeneic), o material de outras fontes mamíferas foi aplicado igualmente nos seres humanos (xenogeneic).

A participação da microeletrônica ou a nanotecnologia em criar um tecido ou um órgão que pudessem tomar o lugar de um que é terminal doente, como um olho, orelha, um coração, ou uma junção verdadeiramente bioartificial foram previstas. Os dispositivos protéticos e os nanoscaffolds Implantable para o uso no crescimento de órgãos artificiais são objetivos de pesquisadores da nanotecnologia. Nanoengineering do hydroxyapatite para a substituição do osso é avançado razoavelmente [85, 86].

No futuro, nós poderíamos imaginar um mundo onde os nanodevices médicos rotineiramente fossem implantados ou mesmo injectados na circulação sanguínea para monitorar o bem-estar e para participar automaticamente no reparo dos sistemas que se afastam das normas estabelecidas. Estes nanobots poderiam ser personalizados costurando os ao genótipo e ao fenótipo pacientes para aperfeiçoar a intervenção na fase a mais adiantada no curso da expressão da doença [4].

Crescimento de Órgãos Novos

A construção de Nanoscale das pilhas pode ser realizada por sua réplica programada. Os sinais são transmitidos para a frente e para trás com a instrução para o formulário desejado do tamanho e da forma o canteiro de obras. Quando as instruções completas são terminadas, os órgãos podem ser crescidos de acordo com as especificações necessárias.

Estes órgãos podiam ter o ADN necessário codificado para ser compatíveis com o estado imunológico exigido do corpo humano. Isto pode aumentar a integração de estruturas artificiais com tecidos vivos, apresentando uma relação mais apropriada aos sistemas biológicos. Com a vantagem na ausência de transplantação fornecedora de hoje desigual do órgão da reacção imune. Nos próximos anos isto pode realizar um Salto quântico na gestão de desordens da falha do órgão.

AZoNano - Jornal Em Linha da Nanotecnologia - representação Gráfica da construção do nanoscale e do crescimento de órgãos novos.

Representação Gráfica da construção do nanoscale e do crescimento de órgãos novos.

Imagem Lactente Molecular

As aproximações Novas da imagem lactente usando repórteres fluorescentes e bioluminescent genetically codificados (etiquetas de identificação isto é, iluminadas ou de incandescências) estão oferecendo introspecções de revelação ao corpo vivo como nunca observado antes. A Informação fornecida por estes repórteres pode ser usada para aumentar nossa compreensão da biologia humana e a revelação das aproximações terapêuticas para muitas doenças, incluindo a doença do cancro, da infecção, a neurodegenerative e a cardiovascular.

Além do que progride feito até agora com agentes moleculars, líderes do sector igualmente estão apresentando as tecnologias imagiológicas em rápida evolução que permitem que os cientistas ver organismos a nível molecular (Tabela 2).

Os produtos Os Mais Atrasados da Tabela 2. na Imagem Lactente Molecular e em Empresas de produção associadas

Nome do Produto

Empresa (ies)

 

Sistemas híbridos da imagem lactente de SPECT/CT

Philips Medical Systems/Soluções Médicas de Siemens

 

GFAP-luc (proteína ácida fibrillary glial)

Xénon

 

Bolhas do Ultra-som

Schering AG

 

NeuroSpec™ (agente radiodiagnostic)

Tyco Healthcare/Mallinckrodt Inc.

 

explore o Locus Ultra (o sistema)

Sistema Médico de GE

Definity® ou Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         Os sistemas híbridos de SPECT/CT capturam a informação funcional em processos moleculars e celulares (crescimento e actividade) e no detalhe anatômico (tamanho e forma) de uma estrutura molecular visada mais rapidamente, eficientemente e claramente do que dispositivos de imagem lactente padrão. As imagens obtidas destes sistemas podem ajudar com a identificação rápida dos tumores, análise do tratamento apropriado, entrega da terapia visada para destruir precisamente pilhas de alvo, e continuam para avaliar a eficácia do tratamento.

·         O Xénon apresentou seus modelos animais transgénicos fotogénicos mais novos (GFAP-luc) durante a Sociedade para Reunião Anual da Imagem Lactente Molecular a ó. Este modelo pode provar ser um modelo importante para dano de seguimento e reparo em condições neurológicas crônicas tais como o curso cargo-isquêmico ou a doença de Parkinson.

·         Um agente do contraste do ultra-som é feito das “do ″ minúsculo microbolhas que dispersa a luz e permite que o clínico ver que peça do músculo de coração está funcionando deficientemente. A sensibilidade e a flexibilidade do ultra-som fazem-lhe o método o mais sensível de microbolhas da imagem lactente porque interrompe deliberadamente o teste padrão e produz um efeito transiente muito forte e altamente característico. Por exemplo,

·         Definity® conhecido de outra maneira como Sonolysis™ é microbolhas gás-enchidas para aplicações terapêuticas novas. Para dissolver a trombose vascular, as microbolhas são administradas intravenosa a um paciente ou injectadas localmente em uma estrutura vascular específica tal como um enxerto vascular. O Ultra-som é aplicado externamente (ou pode ser aplicado internamente através do cateter) sobre a área do coágulo de sangue para fornecer a acção localizada, visada. Enquanto as microbolhas perfuse o coágulo, actuam como os dispositivos micromecânicos onde o ultra-som pulsa as bolhas e as explosões as bolhas no campo do ultra-som, conduzindo à dissolução do coágulo de sangue. O nanosurgery de Sonolysis está localmente terapia nanoinvasive visada para o tratamento da trombose vascular. Comparado com as terapias alternativas para tratar a trombose, o sonolysis tem recursos para os méritos potenciais de ser menos invasor do que o thrombectomy mecânico e mais rapidamente o farmacoterapia do que convencional com menos risco de sangramento.

·         NeutroSpec™ é um agente radiodiagnostic que etiquete os glóbulos brancos e precursores mielóides sem a necessidade para a remoção e a re-injecção do sangue em pacientes. Este produto novo é para pacientes com sinais ambíguos da apendicite que são cinco-ano-velhos e ascendentes. NeutroSpec igualmente facilita o visualização das imagens geradas através da câmera da gama permitindo médicos encontra a rapidamente e facilmente os locais da infecção que eliminam desse modo o tempo de atraso e/ou os riscos normalmente afiliado com processos de rotulagem do glóbulo branco alternativo.

·         explore o Locus é Ultra um sistema volumétrico de primeira classe do CT capaz de dosar medidas fisiológicos e a anatomia elaborada dos tecidos, dos tumores e da perfusão de órgão. O Locus Ultra igualmente executa a aquisição da imagem na taxa de um secundário-segunda, permitindo a imagem lactente dinâmica.

Sumário

O campo multidisciplinar do pedido da nanotecnologia para descobrir moléculas novas e manipular aqueles disponíveis naturalmente podia brilhar em seu potencial melhorar cuidados médicos. Os derivados da nanobiotecnologia podiam ser utilizados através de todos os países do mundo.

No futuro, nós poderíamos imaginar um mundo onde os nanodevices médicos rotineiramente fossem implantados ou mesmo injectados na circulação sanguínea para monitorar a saúde e para participar automaticamente no reparo dos sistemas que se afastam do teste padrão normal. O avanço continuado no campo da nanotecnologia biomedicável é o estabelecimento e a colaboração dos grupos de investigação em campos complementares. Tais colaborações têm que ser mantidas não somente no nível do campo da especialidade, mas internacional também. A revelação e a aplicação bem sucedidas de colaborações internacionais promovem uma perspectiva global na pesquisa e reunem os benefícios à humanidade geralmente. Contudo, a nanotecnologia na medicina enfrenta obstáculos técnicos enormes que os atrasos longos e as falhas numerosas são inevitáveis. Igualmente, não deve ser tomada para concedeu os perigos e as conseqüências negativas da nanobiotecnologia quando aplicada na guerra, nas mãos dos terroristas e dos desastres associados com sua aplicação na geração da energia quando e onde golpeia ou dos riscos associados com os nanoparticles na circulação sanguínea. Deve-se apreciar que a nanotecnologia não é em si mesmo uma única disciplina científica emergente mas um pouco um ponto de reunião de ciências tradicionais como a química, a física, a biologia e a ciência de materiais para reunir o conhecimento e a experiência colectivos exigidos exigidos para a revelação destas tecnologias novas.

Reconhecimentos

Os autores desejam expressar sua gratitude ao Prof. Indivíduo M. Tremblay e Dr. Jakob Bonlokke para sua revisão crítica do manuscrito e das sugestões úteis e igualmente Senhora Cecile Bilodeau, departamento audiovisual para projetar Figura 1.

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

Last Update: 13. June 2013 01:43

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