OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0101

Удар Нанотехнологии на Биомедицинских Науках: Просмотрение Настоящих Принципиальных Схем на Схождении Нанотехнологии С Биологией

Херберт Эрнест и Rahul Shetty

Представлено: 26-ое марта 2005th

Вывешено: 18-ое маяth 2005

Покрытые Темы

Конспект

Предпосылка

Новейшие Разработки

Технология Nano-ДНА

Nanobiotechnology в Анализе Полиморфизма Нуклеотида Высок-Объём Одиночном

Nanoparticles как Biomarkers

Нанотехнология в Измерениях Растворенного Кислорода

Применение Нанотехнологии к Энзимам P450

Применение Нанотехнологии к Ткани Инджинирингу

Рост Новых Органов

Молекулярное Воображение

Сводка

Подтверждения

Справки

Детали Контакта

2 из технологий двадцать первого века самых перспективнейших биотехнология и нанотехнология.

Эта наука структур nanoscale общается с творением, исследованием и использованием систем которые 1000 времен более малы чем компоненты в настоящее время используемые в поле микроэлектроники. Биотехнология общается с метаболически процессом с microoraganisms. Схождение этих результатов 2 технологий в росте nanobiotechnology. Эта междисциплинарная комбинация может создать много новаторских инструментов.

Биомедицинские применения нанотехнологии сразу продукты таких схождений.

Однако, возможности смотря на научных работников и инженеров работая в поле нанотехнологии довольно преогромны и внесметно комплекс в природе.

Общее Назначение нанотехнологии к биомедицинским наукам подразумевает творение материалов и приборов конструированных для того чтобы взаимодействовать с телом на субцеллюлярных маштабах с высокой степенью характерности. Это смогло потенциально быть переведено в пристрелнные клетчатые и ткан-специфические клинические применения направленные на maximal терапевтические влияния с очень лимитированными отрицательными влияниями.

Нанотехнология в биомедицинских науках представляет много революционных возможностей в драке против всех видов рака, сердечных и neurodegenerative разладов, инфекции и других заболеваний.

Эта статья представляет обзор некоторых из применений нанотехнологии в биомедицинских науках.

Нанотехнология новая зона науки которая включает работать с материалами и приборами которые на уровне nanoscale. Нанометры billionth из метра. То есть, около 1/80,000 диаметра человеческих волос, или 10 времен диаметр атома водопода. Он манипулирует химические и физические свойства вещества на молекулярном уровне. Нанотехнология изменяет путь мы думаем, его запачкает границы между физикой, химией и биология, исключение этих границ представит много возможности и новых направлений для организации образования и исследования.

Ричард ` Feynman вызванное речью Там множество комнаты на дне' в 1959 подчеркнуло эту принципиальную схему - Если наши малые разумы, для некоторого удобства, разделяют эту вселенный в части, физику, биологию, геологию, астрономию, то психология и так далее - Вспомните что природа не знает ее [1].

Nanobiotechnology унификация биотехнологии и нанотехнологии. Эта гибридная дисциплина может также значить делать машины атомн-маштаба путем имитировать или включать биологические системы на молекулярном уровне, или строить малюсенькие инструменты для того чтобы изучить или изменить естественный атом свойств структуры атомом. Nanobiotechnology может иметь сочетание из классическая микро--технология с молекулярным биологическим подходом. Биотехнология использует знание и методы биологии для того чтобы манипулировать молекулярные, генетические, и клетчатые процессы для того чтобы начать продукты и обслуживания, и использована в разнообразных полях от медицины к земледелию. Схождение, деятельность или тенденция которая происходит основано на общих материалах и возможност-в этом случае дисциплина которая включает схождение нанотехнология. Потенциальные возможности предложенные этим интерфейсом поистине выдающие; перекрытие biotech, nanotech и информационной технологии приносит к осуществлению много важных применений в науках о жизни.

Ожидано, что создает рационализаторства и играет Эта технология существенную роль в различных биомедицинских применениях (FIG. 1), не только в поставке снадобья и терапии гена, но также в молекулярном воображении, biomarkers и биосенсорах. Цел-Специфические лекарственная терапия и методы для предыдущего диагноза патологий зоны исследования приоритета где нанотехнология сыграла бы выдающаяся роль [2].

AZoNano - Он-лайн Журнал Нанотехнологии - Схематическая иллюстрация нанотехнологии революционизируя биомедицинские науки.

Figure1. Схематическая иллюстрация нанотехнологии революционизируя биомедицинские науки.

Национальные Институты Консорциума Биоинженерии Здоровья (BECON) держали симпозиум в озаглавленном 2000 «Nanoscience и Техником

Цель BECON была увеличить сообщение между биомедицинскими научными работниками и инженерами которые приносят различные аспекты их искусств и знания к медведю на этих проблемах и сделать биомедицинскую общину более осведомленным вытекая развитий в поле нанотехнологии. Обдуманности конференции теперь широко усилены межсуточным опытом, увеличивая способность манипулировать индивидуальные молекулы на nanoscale и совместить биомолекулы с другими структурами nanoscale. Эта способность обеспечивает возможность для нерасказанных новых терапевтических и диагностических применений путем включать здание романных структур от дна вверх [4].

В обозримом будущем, самое важное клиническое применение нанотехнологии вероятно находится в фармацевтическом развитии. Эти применения принимают преимущество уникально свойств nanoparticles как снадобья или составов снадобиь или конструированы для новых стратегий к контролируемому отпуску, дают наркотики пристреливать, и сэлвиджу снадобиь с низким bioavailability [5-7].

Капсулы полимера Nanoscale можно конструировать для того чтобы сломать вниз и выпустить снадобья на контролируемых тарифах, для того чтобы позволить дифференциальному отпуску в некоторых окружающих средах, как кисловочное средство, и повысить пониманию в туморах против нормальных тканей [8]. Много исследование теперь сфокусировано на создавать романные полимеры и исследовать специфические комбинации снадобь-полимера. Nanocapsules можно синтезировать сразу от мономеров или посредством nanodeposition таблетированных полимеров [9]. Nanocapsules также было сформулировано от альбумина и липосом. Implantable средства доставки снадобья которые развиваются используют nanopores для того чтобы контролировать отпуск снадобья.

Один из ключевых вопросов в био-наличии transfection клетки в терапии гена ДНА. Настоящие методы имеют значительно ограничения, включая риск невольной передачи заболевания вирусными векторами. Это вело исследователей исследовать комплексы полимер-ДНА и комплексы липосом-ДНА для поставки гена [10]. Также было показано что компактированное ДНА в форме nanoparticles можно использовать к клеткам transfect postmitotic [11].

Несмотря На риск и ограничения, вирусные векторы эффективный biomimetic подход для того чтобы дать наркотики пристреливать и поставка. Пептид tat от вируса людского иммунодефицита (HIV) и другие вирусные протеины прикрепляются к ДНА, протеинам, и другим материалам для понимания в клетки. Эти nano-агрегаты передразнивают действие протеинов сплавливания которые делают вирусный transfection эффективным [12, 13]. Нанотехнология также включала развитие биочипов и имеет роль в зеленом изготавливании (зоны например biocompatibility и biocomplexity). Другие применения включают конструкцию датчиков для астронавтов, воинов, biofluids (для регулировать ДНА и другие молекулы), в землеудобрении vitro штока в реальном маштабе времени, nanofiltration, ` bioprocessing конструкцией' и traceability genetically доработанной еды (Таблицы 1).

Список Таблицы 1 применений Нанотехнологии к Биомедицинским наукам

Nano-Применения

Справки

 

Био-Обнаружение патогенов

15

 

Обнаружение протеинов

16

 

Зондировать структуры ДНА

17

 

Инженерство Ткани

18, 19

 

Разрушение Жары тумора (гипертермия)

20

 

Изучения Phagokinetic

21

 

Усиление контраста MRI

22

 

Разъединение и очищение биомолекул и клеток

23

 

Дневные биологические отметки

24, 25

 

Поставка Снадобья и гена

26, 27

 

Искусственние клетки и их агрегаты

28

Конструкция протеинов для эффективного перехода электрона или с механически характеристиками

29

Используя технологию ручки погружения

30, 31

Образование и рост nanostructures в живущих биосистемах (например заводами альфальфы)

32

Биосенсоры

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

Nanorods для применений вакцинирования

40

Исследовательские зоны для нанотехнологии включат исследование в состояние и/или ремонт мозга и другие зоны для возвращать познавательность. Она могла также найти применение в конструировать фармацевтическую продукцию как функция терпеливейших генотипов и в прикладывать химикаты для того чтобы простимулировать продукцию как функция генотипов завода. Синтез более эффективных и более biodegradable химикатов для земледелия и продукция implantable детекторов смогли быть помогать нанотехнологией с минимальными количествами крови. Использующ эту технологию должно также быть возможно начать методы которые используют слюну вместо крови для обнаружения болезней или которые могут выполнить завершают испытание крови в пределах короткий период времени. Более Обширные вопросы включают хозяйственную молекулярную медицину, устойчивое земледелие, консервацию biocomplexity, и включать вытекая технологии.

Ричард E. Smalley, победитель Нобелевской Премии 1996 в Химии объявленной в его съездовском свидетельствовании к правительству о увеличивая осведомленности в научной и технической общине нашего входа в новый золотой период. Развиваясь интерес в медицинских применениях нанотехнологии водил к эмерджентности новой дисциплины известной как nanomedicine [14]. На более широком объеме, nanomedicine процесс диагностировать, обрабатывающ, предотвращающ заболевание и травматичный ушиб, сбрасывать боль, и сохранять и увеличивать здоровья человека, используя молекулярные инструменты и молекулярное знание человеческого тела. Цель этого просмотрения бросить больше света на недавних выдвижениях и удар нанотехнологии на биомедицинских науках.

Новейшие Разработки

Медицинский диагноз с соотвествующей и эффективной поставкой фармацевтической продукции медицинские области где nanosize частицы найдите практические применения. Однако, много других интересных предложений для пользы nanomechanical инструментов в полях медицинского исследования и клинической практики. Такие nanotools ждут конструкции, и в настоящее время больше как фантазия. Однако, они могли быть довольно полезны, и быть реальностью в ближайшее время [41].

Nanodevices в медицинских науках смогло действовать для того чтобы заменить неполноценные или неправильно действуя клетки, как respirocyte предложенное Freitas [42]. Эта искусственная клетка крови теоретически способна обеспечивать кислород более эффектно чем эритроцит. Он смог заменить неполноценные естественные красные клетки в циркуляции крови. Основные применения respirocytes могут включить transfusable замещение крови, проблемы частично обработки малокровие, пренатальные/неонатальные, и разлады легкего.

Было сообщено что nanomachines смогли управить снадобьями внутри тело пациента. Такие nanoconstructions смогли поставить снадобья к специфическим местам делая обработку более точным и точным [43]. Подобные машины с специфическими оружиями `' смогли быть использованы для того чтобы извлечь препоны в циркуляторной системе или в идентификации и умерщвлении клеток тумора.

Другое существенное применение нанотехнологии по отношению к медицинскому исследованию и диагностики nanorobots. Nanorobots, работая в человеческом теле, смогло контролировать уровни различных смесей и записывать информацию в внутренней памяти. Они смогли быстро быть использованы в рассмотрении, котор дали ткани, производя съемку своих биохимических, biomechanical, и histometrical характеристик в большой детали. Как Раз по мере того как биотехнология расширяет ряд и эффективность вариантов обработки доступных от nanomaterials, пришествие молекулярной нанотехнологии снова расширит преогромно эффективность, комфорт и скорость будущих медицинских лечений пока в тоже время значительно уменьшающ их риск, цену, и invasiveness.

Биотехнология позволяет сделанную на заказ продукцию и biopharmaceuticals и biotechnological снадобья, много чего требуйте, что специальные технологии образования отжимают снадобь-связанные проблемы. Такие главные возможности, котор нужно разрешить включают следующее: плохая растворимость, лимитированная химическая стойкость в vitro и внутри - vivo после администрации (т.е. короткого полувыведения), плохой bioavailability и потенциально сильные побочные эффекты требуя обогащения снадобья на месте действия (пристреливать) [44]. Несущие Nanoparticulate были развиты как одно разрешение для того чтобы отжать такие проблемы поставки, т.е. nanocrystals снадобья, твердые nanoparticles липида (SLN), nanostructured несущие липида (NLC) и nanoparticles липид-снадобья (LDC) сопраженные [44]. Несущие как сообщено Мюллером и коллегаами соответствующи для того чтобы разрешить проблемы поставки с снадобьями biotech различной растворимости. Пристреливать с этими несущими может быть осуществлян очень простым подходом, дифференциальной адсорбцией протеина (технологией PathFinder®). Эта технология доказанная, что быть эффективн достаточно аккумулировать достаточно высокое количество снадобиь в мозге для достижения терапевтических уровней и также для того чтобы выполнить главное требование быть последованным фармацевтической компанией.

Поверены, что будет гибко и смогло предложить Многоточие Кванта с nanodots специфического цвета дешевое и простой способ для того чтобы экранировать пробу крови для присутсвия нескольких различных вирусов в тоже время. Оно смогл также дать врачам быстрый инструмент диагноза для того чтобы обнаружить, говорит, присутсвие определенного комплекта протеинов который сильно показывает натиск инфаркта миокарда. На фронте исследования, способность одновременно маркировать множественные биомолекулы и на и внутри клетках смогла позволить научным работникам наблюдать сложные клетчатые изменения и случаи связанные при заболевание, обеспечивая ценные ключи для развития будущей фармацевтической продукции и терапевтики (Кванта Многоточия Корпорации) [45].

Национальные Сердце, Легкий, и планы Института Крови (NHLBI) для того чтобы воспитать применение нанотехнологии к исследованию и разладам HLBS (Сердца, Легкего, Крови и Сна). Запрос информации (RFI) был начат, с консультацией от научных работников и врачей с интересами в нанотехнологии, к холстине более обширное научное сообщество на подходах к начинать и прикладывать нанотехнологию к разладам HLBS. Рабочая группа состоя из научных работников, инженеров, и врачей с экспертизой через нанотехнологию, nanoscience, и медицину HLBS встречала 28-ого февраля 2003th, используя реакции RFI как отправная точка для обсуждений. Рабочая Группа была возложена с определять поле нанотехнологии и предлагать пути для исследования. Рабочая Группа предостерегла против слишком твердого или рестриктивного определения нанотехнологии, подчеркивая континуум маштаба от nanoscale к микромасштабу. Группа также определила зоны возможности и возможностей к более дальнеишему развитию связанному с применением nanoscience и нанотехнологией к улучшенным диагнозу, обработке, и предохранению разладов HLBS. Оно также начал оказанные предпочтение рекомендации облегчить применение нанотехнологии к биологическим вопросам и улучшил терпеливейшую внимательность [46].

Группа СОПРОТИВЛЯТЬ на Школе Welsh Фармации на Университете Кардиффа и другие смотрели как молекулярно отпечатанные полимеры смогли быть медицински полезны в клинических применениях как контролируемый отпуск снадобья, приборы контроля снадобья, и mimics биологических и антитела приемного устройства. Полимеры Гистамина и эфедрина молекулярно отпечатанные (MIPs) были изучены как потенциальные биологические mimics приемного устройства пока propanolol MIP был расследован для своей пользы как тариф ослабляя селективный excipient в transdermal проконтролированном приборе [47].

Первые искусственние напряжени тока-отстробированные молекулярные nanosieve были изготовлены Карлом R. Мартином и коллегаами [48] на Государственном Университете Колорадо в 1995. Мембрана Мартина содержит блок цилиндрических nanotubules золота с внутренними диаметрами как малыми как 1.6nm. Когда tubules несомненно - порученные, положительные ионы исключены и только отрицательные ионы транспортированы через мембрану. Когда мембрана получает отрицательное напряжение тока, только положительные ионы могут пройти. Подобные nanodevices могут совместить напряжение тока стробируя с размером поры, формой, и ограничениями по обязанности для того чтобы достигнуть точного управления перехода иона с значительно молекулярной характерностью. Восхитительно чувствительный биосенсор переключения каналов иона был построен Австралийской исследовательской группой [49].

Год 2003 смог быть термин очень специальный год для биомедицинского исследования потому что мы отпраздновали завершение sequencing всего людского генома который совпал с годовщинойth 50 открытия структуры двойной винтовой линии ДНА Уотсоном и Растяжением Мышц. В биомедицинском воображении, мы также witnessed награждать Нобелевской Премии в Медицине и Физиологии до 2 пионера в Магниторезонансном Воображении, Профессора Паыля Lauterbur и Господина Питера Mansfield. Эти случаи наземного ориентира помогли выделить удар быстрого развития в много разнообразных дисциплин к биомедицинскому исследованию. Система рычагов и большущие выдвижения в электронику и информационную технологию были принесены около биомедицинским исследованием воображения [50]. Возможности и возможности в будущем биомедицинском исследовании лежат в внесении знания приобретенном от молекулярной биологии с химией, физикой, инженерством, информационной технологией, и нанотехнологией для того чтобы понять неоднозначность и сложность жизни и прийти вверх с новыми диагностическими и терапевтическими методами.

Nanoparticles Фосфорнокислого кальция представляют уникально тип non-вирусных векторов, которые могут служить как эффективные и альтернативные несущие ДНА для пристрелнной поставки генов. Были сообщены конструкция и синтез ультра-низкого размера, сильно monodispersed данные допинг ДНА nanoparticles фосфорнокислого кальция размера вокруг 80nm в диаметре [51]. ДНА помещенное внутри nanoparticle защищено от внешней окружающей среды DNase и смогло быть использовано безопасно для того чтобы перенести помещенное ДНА вниз в vitro и внутри - условия vivo.

Применение nanomedicine сочетание из с biophotonics для оптически отслеживать клетчатые тропа поставки гена и приводя к transfection путем использование nanoparticles как non-вирусный вектор было продемонстрировано недавно [52]. Поставка Джина зона значительного настоящего интереса; генетические материалы (ДНА, РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА, и олигонуклеотиды) были использованы как молекулярная медицина и поставлены к специфическим типам клетки к или блокируют некоторое нежелательное выражение гена или выражают терапевтические протеины.

Технология Nano-ДНА

Открытие цепной реакции полимеразы (PCR) [53, 54] вымостило путь к новой эре биологического исследования. Удар можно чувствовать не только в поле молекулярной биологии, но также в других объединенных полях науки. Были начаты Романные типы полусинтетических конъюгатов Дна-протеина, собственн-собранных олигомерных сетей состоя из streptavidin и, котор двойн-сели на мель ДНА, которое можно преобразовать в чёткие supramolecular nanocircles [55, 56].

Конъюгаты Дна-streptavidin применимы как модульные строительные блоки для продукции новых иммунологических реагентов для ultrasensitive анализа следа протеинов и других антигенов посредством методологии иммуннентн-PCR [57-59]. Иммуннентн-PCR сочетание из характерность антител-основанного иммуннентн-assay с степенной силой амплификации PCR, следовательно приводящ к в степени 1000 створок чувствительности по сравнению с стандартными методами ELISA (Энзим-Соединенного assay иммуносорбента).

Собственн-Собранные конъюгаты Дна-streptavidin также прикладной в поле нанотехнологии. Например, конъюгаты использованы как модельные системы для ион-switchable сетей nanoparticle, как стандарты тарировки ` нанометр-маштаба мягкие материальные' для просматривая микроскопии зонда [60, 61], или как запрограммированные строительные блоки для рациональной конструкции сложного биомолекулярного зодчества, которая может быть использована как шаблоны для роста приборов нанометр-маштаба неорганических [62, 63]. Ковалентные конъюгаты, котор одиночн-сели на мель ДНА и streptavidin использованы как биомолекулярные переходники для обездвиживания biotinylated макромолекул на твердых субстратах через гибридизацию нуклеиновой кислоты. Это ` Дна-направило обездвиживание' позволяет для реверзибельного и мест-селективного functionalization твердых субстратов с nanoparticles металла и полупроводника или, наоборот, для functionalization сразу ДНА nanoparticles золота с протеинами, как иммуноглобулины и энзимы. Изготовление функциональных biometallic nanostructures от nanoparticles золота и антитела прикладной как диагностические инструменты в bioanalytics [64].

После издания карты изменения в последовательности людского генома содержа над 2 миллиона одиночными полиморфизмами нуклеотида (SNPs) (Международной Рабочей Группой Карты SNP, 2001), следующая возможность развитие технологий для использования этой информации в рентабельном образе. Методы Genotyping должны быть улучшены для того чтобы увеличить объём хотя бы 2 порядками величины включить фармацевтическое, biotechnological и академичное исследование для того чтобы расчехлить ассоциации между генетическими вариантами и заболеваниями, с последовательным потенциалом для развития романных диагностик и терапий. Новые подходы к извлечению и амплификации ДНА сократили времена необходимы для этих процессов к секундам. Приборы Microfluidic включают обнаружение полиморфизма через очень быстрое разъединение части используя электрофорез капилляра и высокопроизводительную жидкостную хромотографию, вместе с смешивать и переходом реагентов и биомолекул в интегрированных системах [65]. Основные задачи в развитии системы извлечения и очищения ДНА которая будет совместима с требованиями к высок-объём SNP genotyping являются следующими:

·         Отпуск ДНА от клеток в разрешение без или ферментационного (т.е. эндонуклеазы) или механически (режа) нервного расстройства ДНА;

·         Удаление клетчатых твердых частиц (например протеинов) которое может затруднить assays амплификации или гибридизации ДНА;

·         Высок-Объём и экономичная подготовка образца ДНА с упрощенными протоколами которые уменьшают число включили процедур, котор;

·         Избегание опасных химических требований как можно больше уменьшить цены регулировать и избавления;

·         Последовательность и качества и количества выхода ДНА среди образцов так, что квантификация будет ненужна, и последующие амплификация и/или гибридизация могут быть к высокой степени воспроизводимости;

·         Сильно эффективный процесс, обеспечить достаточную поставку для преогромного числа предвидимых assays; и

·         Интерфейс который включит сразу нагрузку обычно попробованных биопсий дальше к системе [65].

Потенциал для нанотехнологии к внести вклад в быстрый анализ высок-объём SNP самые очевидные с умными платформами биочипа. Развитие электронно addressable платформы microarray как описано L. Heller et al 2000 [66] давало подъем к Nanogen Inc. (Сан-Диего, Калифорнии, США). Возможности обеспечивать одни или больше платформы технологии способные объём скрининга SNP заказа 107 генотипов в день будет нужно быть достиганным, для того чтобы позволить значительно ассоциациям между генами и заболеваниями, котор нужно установить. Дополнительно, платформам технологии также будет нужно поставить экономии маштаба, такого что цена в генотип будет чем 0,01$ для величины экранировать необходимой, что была возможны. От быстро превращаясь поля нанотехнологии, романные инструменты и процессы были введены с потенциалом обеспечить необходимы возможности [67-69].

Разницы SNPs происходя в близости к одину другого на геноме нормально сопоставленные должные к рычагу в течение процесса репликации, и размер этой корреляции термин disequilibrium рычага. Где значительно ассоциация происходит между генетическим изменением наблюдаемым на специфическом SNPs и присутсвием заболевания, впечатлительные гены можно определить. Статистические оценки необходимы для того чтобы исключить ложн-положительные результаты были расмотрены McCarthy и Hilfiker (2000) [70]. Они предлагают что линейное увеличение в размере выборки необходимо для каждого увеличения порядка величины в числе испытанных отметок. Следовательно, положительное идентификация впечатлительного гена от проверочной программы включая 1 Миллион SNPs требовало бы минимального объема выборки 1000 (т.е. минимум 10 SNPs9 должны быть экранированы).

Nanoparticles можно использовать как для количественного, так и для качественного в обнаружении vitro клеток тумора. Они увеличивают процесс обнаружения путем концентрировать и защищать отметку от ухудшения, для того чтобы представить анализ более чувствительным. На пример, streptavidin-покрынные дневные nanospheres Fluospheres® (зеленое флуоресцирование) и TransFluospheres® полистироля (красное флуоресцирование) были прикладной в одиночном cytometry подачи цвета для того чтобы обнаружить эпидермическое приемное устройство фактора роста (EGFR) на клетках A431 (людские epidermoid клетки) карциномы [71]. Результаты показывали что дневные nanospheres обеспечили чувствительность 25 времен больше чем то из сопраженного streptavidin-флуоресцеина.

Новые инструменты можно теперь развить, конструировано на пересечении proteomics и нанотехнологии, whereby nanoharvesting агенты можно накапать в циркуляцию (например derivatized частицы золота) или в приборы собрания крови для того чтобы подействовать как ″ mops ″ молекулярное которые выдерживают вверх и усиливают связанные и complexed biomarkers которые существуют [72-74]. Эти nanoparticles, с их связанным диагностическим грузом, можно сразу запросить через массовое спектрометрирование для того чтобы показать низкомолекулярный вес и обогащенные подписи biomarker. В Конечном Счете, общее назначение любого подхода для обнаруживать заболевание определено на своем клиническом ударе к терпеливейшему исходу и заболевани-свободному выживанию [75]. Что срочно необходимо в изучении заболеваний вообще, развитие biomarkers которые могут обнаружить curable заболевания более раньше, и не обнаруживать предварительное заболевание более лучше.

Агенты Контраста были нагружены на nanoparticles для целей диагноза тумора. Характеристики физико--химиката (размер частицы, поверхностная обязанность, поверхностное покрытие, стабилность) nanoparticles позволяют redirection и концентрации отметки на специфическом месте интереса. Обозначенные коллоидные частицы смогли быть использованы как radiodiagnostic агенты. С другой стороны, некоторые non-обозначенные коллоидные системы уже внутри польза и некоторые все еще испытываются как агенты контраста в родственных процедурах по диагноза как вычисленная томография и НАЦИОНАЛЬНЫЙ ВОЕННЫЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЬ воображение.

Для того чтобы датировать, изучение пользы radionucleide в диагностическом воображении с nanoparticles для обнаружения рака пока к выходило в свет. Однако, по мере того как обычные коллоидные частицы могут быть клетками органов как печенка, хандра, легкие и костный мозг и по мере того как длинн-обеспечивать циркуляцию nanoparticles может иметь compartmental локализацию в циркуляции крови или лимфатической системе все эти органы потенциальными местами для развития тумора, эти коллоидные системы смогли потенциально улучшить диагноз тумора.

В будущем, nanoparticles которые проектированы с специфическими binding сродствами можно ресуспензировать в собранные содержащие в теле жидкости, или возможно даже впрыснуть сразу в циркуляцию. Nanoparticles, вместе с связанными молекулами, смогли сразу быть захвачены на проектированных фильтрах и сразу спрошены ультра спектрометрированием высок-разрешения массовым (например Резонансом Циклотрона Иона Преобразования Фурье).

Кислород один из главных метаболитов в аэробных системах, и измерение растворенного кислорода существенного значения в медицинских, промышленных, и относящих к окружающей среде применениях. Недавний интерес в методах для измерять растворенную концентрацию кислорода был сфокусирован главным образом на оптически датчиках, должных к их преимуществам над обычными амперометрическими электродами в что они быстре, не уничтожают кислород, и легко не отравлены [76, 77].

Оптически nanosensors КАМУШКА (зондов помещенных биологически локализованный врезать) были начаты для растворенного кислорода используя органически доработанные nanoparticles силиката (ormosil) как матрица. Nanoparticles ormosil подготовлены через sol-гел-основанный процесс, который включает образование частиц сердечника с phenyltrimethoxysilane как прекурсор следовать образованием покрывая слоя с methyltrimethoxysilane как прекурсор [78]. Сильно проницаемая структура и гидродобная природа nanoparticles ormosil, так же, как их малый размер, приводят к в превосходной общей гася реакции к растворенному кислороду и линейной реакции над всем рядом, от 0 -100% кислород-насыщенных вод. Этот датчик КАМУШКА имеет более высокую чувствительность и более обширные длины волны линеарности так же, как длинних возбуждения и излучения, приводящ к в уменьшенной величине фона для клетчатого измерения. Датчики КАМУШКА превосходны оперируя понятиями их реверсивности и стабилности к выщелачивать и долгосрочное хранению. В реальном масштабе времени контроль изменений в растворенном кислороде должном к дыханию клетки в закрытой камере был сделан КАМУШКОМ гена поставленным пушкой. Этот датчик теперь прикладной для одновременных внутриклеточных измерений кислорода и глюкозы [78].

Применение Нанотехнологии к Энзимам P450

Тситохромы P450 сильно уместны к био-аналитически области [79]. Они формируют многодетную семью энзимов присутствующих в всех тканях необходимых к метаболизму большинств снадобиь в пользе сегодня, играя существенную роль в процессе развития и открытия снадобья. Они действуют как катализаторы для ввода одного из 2 атомов молекулы кислорода в разнообразие субстраты (R) при довольно обширное regioselectivity, водя к сопутствующему обстоятельств уменьшению другого атома кислорода для того чтобы намочить как показано в уровнении ниже [29].

Несколько методов были сообщены в литературе для скрининга оборачиваемости субстрата P450s в высоком формате объём [80-83]. Однако, они все падали ниже требуемог быть ограниченным к испытывать работу энзимов P450 через обнаружение преобразования специфического субстрата отметки, но Tsotsou et al 2002 [84] могл начать вызванный метод методом алкалиа, который может обнаружить оборачиваемость любого NAD (P) энзим H или NAD (P+ ) зависимый. Прогресс на этих фронтах исследования и их комбинации обеспечивают мощную платформу для будущих применений этих энзимов, со специфической ссылкой на технологию блока протеина.

Применение Нанотехнологии к Ткани Инджинирингу

Инженерство Ткани основано на творении новых тканей в vitro следовать хирургическим размещением в теле или стимулированием нормального ремонта в situ используя bioartificial стройки или implants живущих клеток введенных внутри или приближает к зоне повреждения. Хотя оно главным образом обеспокоенное с использованием людского материала, или от пациента сами (autologous) или от других людских источников (allogeneic), материал от других mammalian источников также прикладной в людях (xenogeneic).

Были envisaged запутанность микроэлектроники или нанотехнология в создавать поистине bioartificial ткань или орган которая могут принять место одного которое смертельно больно, как глаз, ухо, сердце, или соединение. Implantable простетические приборы и nanoscaffolds для пользы в расти искусственних органов цели исследователей нанотехнологии. Nanoengineering hydroxyapatite для замены косточки разумно выдвинуто [85, 86].

В будущем, мы смогли представить мир где медицинские nanodevices по заведенному порядку имплантированы или даже впрыснуты в кровоток для того чтобы контролировать здоровье и автоматически участвовать в ремонте систем которые отклоняют от установленных норм. Эти nanobots смогли быть персонализированы путем портняжничать их к терпеливейшим генотипу и фенотипу для того чтобы оптимизировать интервенцию на самом предыдущем этапе в процессе выражения заболеванием [4].

Рост Новых Органов

Здание Nanoscale клеток может быть выполнено их запрограммированной репликацией. Сигналы переданы взад и вперед с инструкцией для пожеланной формы размера и формы строительная площадка. Когда полные инструкции закончены, органы можно вырасти согласно спецификациям предпосылки.

Эти органы смогли иметь необходимое ДНА зашифрованные для того чтобы быть совместимы с необходимым состоянием человеческого тела иммунологическим. Это может увеличить внедрение искусственних структур с живыми тканями, представляя более соотвествующий интерфейс к биологическим системам. С преимуществом в отсутствии трансплантации органа иммунной реакции непохожей сегодняшней donor. В ближайших годах это может выполнить перескакивание Кванта в управлении разладов отказа органа.

AZoNano - Он-лайн Журнал Нанотехнологии - Графическое представление конструкции nanoscale и роста новых органов.

Графическое представление конструкции nanoscale и роста новых органов.

Молекулярное Воображение

Новые подходы к воображения используя genetically зашифрованные дневные и bioluminescent репортеры (т.е., загоранные или накаленные личные знаки) предлагают показывая проницательности к живущему телу как никогда не наблюдано раньше. Информацию обеспеченную этими репортерами можно использовать для того чтобы увеличить наше вникание людской биологии и развитие терапевтических подходов для много заболеваний, включая заболевание рака, инфекции, neurodegenerative и сердечнососудистых.

В дополнение к развивает до тех пор сделано с молекулярными агентами, лидерами индустрии также showcasing быстро эволюционировать технологии обработки изображения которые позволяют научным работникам осмотреть организмы на молекулярном уровне (Таблице 2).

Продукты Таблицы 2. Самые Последние в Молекулярном Воображении и связанных производя Компаниях

Название Продукта

Компания (ies)

 

Системы воображения SPECT/CT гибридные

Системы Philips Медицинские/Разрешения Сименса Медицинские

 

GFAP-luc (glial фибрилловый кисловочный протеин)

Ксенон

 

Пузыри Ультразвука

Schering AG

 

NeuroSpec™ (radiodiagnostic агент)

Медицинское Соревнование Tyco/Mallinckrodt Inc.

 

исследуйте Локус Ультра (система)

Система GE Медицинская

Definity® или Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         Системы SPECT/CT гибридные захватывают и функциональную информацию на молекулярных и клетчатых процессах (рост и деятельность) и анатомической детали (размер и форма) пристрелнной молекулярной структуры более быстро, эффективно и ясно чем стандартные приборы воображения. Изображения полученные от этих систем могут помочь с быстрым идентификацией туморов, анализом соотвествующей обработки, поставки пристрелнной терапии точно для того чтобы разрушить клетки цели, и следуют для того чтобы определить эффективность обработки.

·         Ксенон представил свой более новый свет производящ transgenic животные модели (GFAP-luc) во время Общества для Ежегодного Собрания Молекулярного Воображения 3-его. Эта модель может доказать быть важной моделью для отслеживая повреждения и ремонтом в хронических неврологических условиях как столб-ишемичный ход или заболевание Parkinson.

·         Агент контраста ультразвука сделан малюсенького «″ microbubbles которое разбрасывает свет и позволяет врачу-клиницисту увидеть которая часть мышцы сердца бедно действует. Чувствительность и гибкость ультразвука делают им самый чувствительный метод microbubbles воображения потому что она нарочито нарушает картину и производит очень сильное и сильно характерное переходное влияние. Например,

·         Definity® в противном случае известное как Sonolysis™ газ-заполненные microbubbles для романных терапевтических применений. Для растворять васкулярное затромбирование, microbubbles управлены внутривенно к пациенту или впрыснуты по месту в специфическую васкулярную структуру как васкулярный прививок. Ультразвук прикладной внешне (или смогите быть прикладной внутренне через катетер) над зоной сгустка крови для предусмотрения локализованного, пристрелнного действия. По Мере Того Как microbubbles перфузируют сгусток крови, они действуют как micromechanical приборы где ультразвук пульсирует пузыри и крупные планы пузыри в поле ультразвука, водя к растворению сгустка крови. Nanosurgery Sonolysis по месту пристрелнная nanoinvasive терапия для обработки васкулярного затромбирования. Сравнено с альтернативными терапиями для обрабатывать затромбирование, sonolysis позволяет потенциальные заслуги быть более менее инвазионно чем механически thrombectomy и более быстро чем обычная лекарственная терапия с меньше риска кровотечения.

·         NeutroSpec™ radiodiagnostic агент который обозначает белые клетки крови и миелоидные прекурсоры без потребности для удаления и re-впрыски крови в пациентов. Этот новый продукт для пациентов с equivocal знаками аппендицита которые 5-год-стары и поднимающи вверх. NeutroSpec также облегчает визуализирование изображений произведенных через камеру гаммы позволяющ врачам к быстро и легко обнаруживает местонахождение места инфекции таким образом исключая задержки по времени и/или риски нормально принимаемые в члены с альтернативными процессами белой клетки крови обозначая.

·         исследуйте Локус Ультра первосортная объемная система CT способная quantitating физиологопсихологические измерения и разработанное анатомирование тканей, туморов и перфузии органа. Локус Ультра также выполняет прием изображения на тарифе sub-второго, включающ динамическое воображение.

Сводка

Multidisciplinary поле применения нанотехнологии для открывать новые молекулы и манипулировать те доступные естественно смогло ослеплять в своем потенциале улучшить здравоохранение. Закрутка-offs nanobiotechnology смогла быть использована через все страны мира.

В будущем, мы смогли представить мир где медицинские nanodevices по заведенному порядку имплантированы или даже впрыснуты в кровоток для того чтобы контролировать здоровье и автоматически участвовать в ремонте систем которые отклоняют от нормальной картины. Продолжаемое выдвижение в поле биомедицинской нанотехнологии установка и сотрудничество исследовательских групп в комплементарных полях. Такие сотрудничества должны быть поддержаны не только на уровне с отвесом специальности, но интернационально также. Успешные развитие и вставка международных сотрудничеств воспитывают глобальную перспективу на исследовании и приносят совместно преимущества к человечеству вообще. Однако, нанотехнология в медицине смотрит на преогромные технические барьеры в что длинние задержки и многочисленние отказы неизбежны. Также, она не должна быть принята для даровала опасности и отрицательные последствия nanobiotechnology когда прикладной в войне, в руках террористов и бедствий связанных с своим применением в поколении энергии когда и где бы ни она поражает или рисков связанных с nanoparticles в циркуляции крови. Она должна быть оценена что нанотехнология нет в действительности одиночной вытекая научной дисциплины а довольно пункта встречи традиционных наук как химия, физика, биология и наука материалов свели воедин необходимые собирательные знание и экспертиза необходимы для развития этих романных технологий.

Подтверждения

Авторы желают выразить их признательность к Prof. Ванте M. Tremblay и Др. Jakob Bonlokke для их критического обзора рукописи и полезных предложений и также Мс Cecile Bilodeau, аудио-визуальному отделу для конструировать Диаграмму 1.

Справки

     Ричард Feynman, «6 Легких Частей», Pub Addison-Висли. CO., 1963.

     K.S. Sahoo и Подходы К Labhasetwar V. «Nanotech для того чтобы Дать Наркотики Поставке и Воображению», VOL. 8 ДДТ, Номер 24, 1112-1120, 2003.

     BECON Nanoscience и Отчет О Симпозиума Нанотехнологии, (2000 -го) Джун. Национальные Институты Консорциума Биоинженерии Здоровья, 2000. Национальный Институт вебсайта Здоровья, достиганный 20-ое марта 2005.

     Нанотехнология и Медицина H.J. Рабства «. Радиология», VOL. 230(2), 315-318, 2004.

     Roy I., Ohulchanskyy T.Y., Pudavar H.E., et al., «Керамическ-Основал Nanoparticles Ловя Воднонерастворимые Photosensitizing Портивораковые Снадобья в ловушку: Романная Система Снадобь-Несущей для Фотодинамической Терапии», J. Am. Chem. SOC., 125, 7860-7865, 2003.

     BriggerI.

     J.D. Crommelin, G. Шторма, W. Jiskoot, R. Stenekes, Mastrobattista E. и W.E. Hennink, «Подходы К Nanotechnological для Поставки Макромолекул», J. Управление Выпускать, 87,81-88, 2003.

     K. Na и H. Bae Y., «Собственн-Собранный Гидрогель Nanoparticles Отзывчивое к Пэ-аш Тумора Внеклеточному От Производного Pullulan/Конъюгата Сульфонамида: Характеризация, Комплексирование и Отпуск Adriamycin В Vitro», Pharm. Res., 19,681-683, 2002.

     P. Couvreur, G. Barratt, Fattal E., P. Legrand и C. Vauthier, «nology Nanocapsule: Просмотрение», Crit. Rev. Ther. Снадобье. Система На Несущей Частоте., 19, 99-134, 2002.

, 1999

Сантьяго

, 1992.

A.K., Повиснутое C.F., Ким T.W., Wu T.C., Searson P.C. и Leong K.W., «Поликомпонентное Nanorods для Применений Вакцинирования», Нанотехнология, 16, 484-487, 2005.

nology и Липид Nanoparticles», J. Biotechnol., 113, 151-170, 2004.

и Феррари M., «Рекомендации Национальных Сердца, Легкего, и Рабочей Группы Нанотехнологии Института Крови», Циркуляция, 108, 2737-2742, 2003.

PanditS.D.

Обнаружение rViscumin в Образцах Плазмы Immunio-PCR», Biochem. Biophys. Res. Commun., 300, 757-763, 2003.

В реальном масштабе времени Assay Иммуннентн-PCR для Ultrasensitive Квантификации Протеинов Соответствующих для По Заведенному Порядку Диагностик», Biochem. Biophys. Res. Commun., 308, 240-250, 2003.

высокомарочный Отображать Комплекса Дна-Протеина Динамической Микроскопией Усилия Скеннирования», Chem. Phys. Chem., 2, 384-388, 2001.

Динамическое Изучение Микроскопии Усилия Скеннирования Собственн-Собранных Олигомеров Дна-Протеина», Применяется. Phys. 74, 447-452, 2002.

Нанотехнология. Инструменты для Биомолекулярного Инженера», Наука, 297, 62-63, 2002.

Последовательност-Специфическое Молекулярное Литографирование на Одиночных Молекулах ДНА»,

, «Клиническое Proteomics: Применения для Biomarker Дисковери Карциномы Простаты и Обнаружения», Онкология Науки Непосредственн-Urologic: Семинары и Первоначально Исследования, 22 (4), 322-328, 2004.

В реальном масштабе времени Ratiometric Метод для Определения Клеток Молекулярной внутренности Кислорода Живущих Используя Sol-Гел-Основанное Сферически Оптически Nanosensors с Применениями к Glioma Крысы C6

Портняжничать Фильмов Sol-Геля для Оптически Воспринимать Кислорода в Газе и Водяном Участке»,

, 71-104, 2001.

, C. Шмидта Dannert, J. Schmitt и Schmid R.D., «Непрерывный Спектрофотометрический Assay для P450 Bm3, Энзим Жирной Кислоты Гидроксилируя и Свой Мутант F87A», Заднепроходные. Biochem., 269, 359-366, 1999.

Детали Контакта

Эрнест Херберт

Отдел
Центр

Больница

2725 Chemin

Квебек (город)

Квебек

Канада

Электронная Почта: Ernest.Herbert@crhl.ulaval.ca

TEL. +1 (418) 656-8711, ext 2653

Факс. +1 (418) 656-4509

Rahul Shetty (Соответствуя Автор)

Отдел Сердечной Хирургии

Больница

2725 Chemin

Квебек (город)

Квебек

Канада

Электронная Почта: Rahul.Shetty@crhl.ulaval.ca

TEL. +1 (418) 656-8711, ext 2653

Факс. +1 (418) 656-4509

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

Last Update: 13. June 2013 01:45

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit