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DOI : 10.2240/azojono0101

纳米技术的影响对生物医学: 当前概念回顾在纳米技术汇合的与生物的

赫伯特欧内斯特和 Rahul Shetty

提交: 2005年 3月th 26日

张贴: 2005年 5月th 18日

包括的事宜

摘要

背景

新发展

纳诺脱氧核糖核酸技术

在高处理量唯一核苷酸多形性分析的 Nanobiotechnology

作为生物标志的 Nanoparticles

在被溶化的氧气的评定的纳米技术

纳米技术的应用对 P450 酵素的

纳米技术的应用对组织工程的

新的机构增长

分子想象

汇总

鸣谢

参考

联络详细资料

二 21 世纪的最有为的技术是生物工艺学和纳米技术。

nanoscale 结构此科学处理小于用于微电子学的域当前的要素 1000 次系统的建立、调查和利用率。 生物工艺学处理与 microoraganisms 的代谢过程。 这两技术汇合导致 nanobiotechnology 增长。 此学科组合可能创建许多创新工具。

纳米技术的生物医学的应用是直接积的这样汇合。

然而,面对科学家和工程师的挑战从事在领域的纳米技术是相当极大和非常复杂本质上。

纳米技术的实用程序对生物医学的暗示被设计的材料和设备的创建与这个机体配合在与高度的亚细胞缩放比例特异性。 这可能可能地被转换成被瞄准的蜂窝电话,并且组织特定临床应用瞄准了与非常有限相反作用的最大的治疗作用。

纳米技术在生物医学存在战斗的许多革命机会与各种各样的癌症、心脏病和 neurodegenerative 紊乱、传染和其他疾病。

此条款在生物医学存在某些概览纳米技术的应用。

纳米技术是介入运作与材料和设备在 nanoscale 级别的新的科学领域。 毫微米是十亿分之一仪表。 即人发的直径的大约 1/80,000 或者十倍氢原子的直径。 它操作一种物质的化工和物理属性在分子级别上的。 纳米技术修改我们认为的方式,它弄脏在物理,化学之间的限定范围,并且生物,这些限定范围的清除将摆在许多挑战和新的方向的教育和研究的组织。

那里 Feynman 的演讲叫的 ` 是大量空间在底层’在 1959 的理查强调此概念 -,如果我们小的头脑,若干便利的,分开此宇宙成零件,物理,生物,地质,天文,心理学等等 - 请切记本质不认识它 [1]。

Nanobiotechnology 是生物工艺学和纳米技术的统一。 此杂种学科可能通过仿效或合并生物系统在这个分子级别或者打制微小的工具由原子学习或更改自然结构属性原子也意味做基本缩放比例设备。 Nanobiotechnology 可能有古典微型工艺学的组合与一个分子生物途径。 生物工艺学使用生物知识和技术操作开发产品和服务的分子,基因和蜂窝电话进程和用于不同的域从医学到农业。 汇合,是活动或发生基于公用材料和功能在此案件学科启用汇合的趋势是纳米技术。 此界面提供的潜在的机会正确地是未清的; 生物科技、 nanotech 和信息技术重叠在生命科学实现许多重要应用。

此技术在多种生物医学的应用 (图 1) 预计创建创新和扮演重要作用,不仅在药物发运和基因治疗,而且在分子想象、生物标志和生理传感器。 目标特定药方和方法病理学早期诊断的是纳米技术将扮演重要角色的优先级研究领域 [2]。

AZoNano - 纳米技术在线日记帐 - 改革生物医学的纳米技术的概要例证。

Figure1. 改革生物医学的纳米技术的概要例证。

国家卫生研究所生物工艺学财团 (BECON) 举行了在题为 “Nanoscience 和技术的 2000 的一个讨论会

BECON 的目标将提高在领域带来他们的技能和知识的不同方面涉及这些问题和使这个生物医学的社区意识涌现的发展的纳米技术的生物医学的科学家和工程师之间的通信。 每日经验广泛现在加强这个会议的研讨,增加能力操作各自的分子在 nanoscale 和与其他 nanoscale 结构结合原生质。 此能力为无限的新的治疗和诊断应用提供机会通过从新启用新颖的结构大厦 [4]。

在可预见的将来内,纳米技术的最重要的临床应用很可能在配药发展。 这些应用利用 nanoparticles 唯一药物属性作为药物或组成部分或为对受控版本的新的方法设计,使药物服麻醉剂瞄准和回收与低生物相容性 [5-7 的]。

Nanoscale 聚合物胶囊在某些环境里可以被设计划分和发行药物以受控费率,允许有差别的版本,例如一个酸媒体和促进在肿瘤的增加与正常组织 [8]。 很多研究现在集中于创建新颖的聚合物和测试特定药物聚合物组合。 Nanocapsules 可以被综合直接地从单体或通过被预先形成的聚合物 [9 的] nanodeposition。 Nanocapsules 从白蛋白和脂质体也被公式化了。 被开发的可植入的可移植的药物送货系统将利用 nanopores 控制药物版本。

其中一在生物相容性的重要问题是在脱氧核糖核酸基因治疗的细胞转染。 当前方法有重大的限制,包括疾病因疏忽所致的传输的风险由病毒向量。 这导致研究员测试聚合物脱氧核糖核酸复杂和脂质体脱氧核糖核酸复杂基因发运的 [10]。 也显示以 nanoparticles 的形式变紧密的脱氧核糖核酸可以使用到 transfect postmitotic 细胞 [11]。

尽管风险和限制,病毒向量是一个高效的 biomimetic 途径使瞄准服麻醉剂的和发运。 从 HIV 的 tat 肽 (HIV)和其他病毒蛋白质附有脱氧核糖核酸、蛋白质和其他材料为增加到细胞。 这些纳诺集合仿造使病毒转染高效融合蛋白质的活动 [12, 13]。 纳米技术在绿色制造中也启用了生物芯片的发展并且有作用 (即 biocompatibility 和 biocomplexity 区)。 其他应用由设计包括传感器设计宇航员、战士、 biofluids (为处理脱氧核糖核酸和其他分子),生畜的体外受精, nanofiltration、 bioprocessing 基因上被修改的食物 (表 1) 的 `’和可追溯的。

生物医学的纳米技术应用 1 列表

纳诺应用

参考

 

病原生物的生物检测

15

 

蛋白质的检测

16

 

探查脱氧核糖核酸结构

17

 

组织工程

18, 19

 

肿瘤 (过高热) 的热破坏

20

 

Phagokinetic 研究

21

 

MRI 对比改进

22

 

原生质和细胞的分隔和洗净

23

 

萤光生物标记

24, 25

 

药物和基因发运

26, 27

 

人为细胞和他们的集合

28

蛋白质设计高效的电子运输的或与机械功能

29

使用垂度笔技术

30, 31

nanostructures 形成和增长在生存生物系统的 (即由紫花苜蓿工厂)

32

生理传感器

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14, 38

Nanocomputers

39

接种应用的 Nanorods

40

纳米技术的试探性区将包括研究到脑子的情况和维修服务和收复的认知其他区。 作为工厂基因型功能,它也许也查找应用在设计配药作为耐心的基因型功能和在应用化学制品刺激生产。 农业的更加有效和更加生物可分解的化学制品综合和可植入的可移植的探测器的生产能由与血液的最小的数量的纳米技术帮助。 使用此技术开发使用唾液而不是血液为病症检测或可能执行在短的时期完成血液测试内的方法应该也是可能的。 更加清楚的问题包括经济分子医学,持续性农业, biocomplexity 和启用新兴技术的守恒。

理查 E. Smalley, 1996年诺贝尔奖的赢利地区在他的国会证词宣布的化学的对关于增长的知名度的政府在我们的项的科学和技术社区到一个新的黄金时代。 发芽的兴趣在纳米技术的医疗应用上导致了叫作 nanomedicine 的一个新的学科的诞生 [14]。 在一个更宽的范围, nanomedicine 是诊断的进程,对待,防止疾病和创伤伤害的解除痛苦和的保留和提高人类健康,使用分子工具和人体的分子知识。 此复核的目的将投掷在最近预付款的更多纳米技术的光和影响对生物医学。

新发展

与配药适当和有效发运的医疗诊断是 nanosize 微粒找到实际应用的医疗区。 然而,有许多其他有趣提议对于使用 nanomechanical 工具在医学研究和临床运作领域。 这样 nanotools 等候建筑和目前是更多象幻想。 然而,他们也许是相当有用的和在不久的将来成为事实 [41]。

Nanodevices 在医学可能发挥作用替换有缺陷或不正确地发挥作用的细胞,例如 Freitas 建议的 respirocyte [42]。 此人造红血球比红血球理论上能够有效提供氧气。 它可能替换在血液循环的有缺陷的自然红细胞。 respirocytes 的主要应用可能介入 transfusable 血液替换件、贫血症、产前/出生问题和肺紊乱的部分处理。

据报道 nanomachines 可能管理在患者的身体内的药物。 这样 nanoconstructions 可能传送药物到使处理的奇怪站点更加准确和准确 [43]。 有特定 ` 武器的相似的设备’能用于去除阻碍在这个循环系统或在肿瘤细胞确定和杀害。

纳米技术的另一种重要应用关于医学研究的和诊断是 nanorobots。 Nanorobots,运行在人体,在这个内存里能监控不同的化合物的级别和记录信息。 他们能迅速地用于一个特定组织的考试,较详细地调查其生物化学,生物力学和 histometrical 功能。 正生物工艺学扩大处理选项范围和效力可得到从 nanomaterials,分子纳米技术出现再将扩展极大将来的药物治疗的效果、舒适和速度,当同时极大减少他们的风险、费用和侵袭力时。

生物工艺学允许定制生产和生物制药和生物技术学的药物,许多要求特殊公式化技术克服药物关联问题。 解决的这样主要挑战包括以下: 粗劣的可溶性、有限化工稳定性体外和体内在管理 (即短的半衰期) 以后,粗劣的要求药物充实的生物相容性和可能地严格的副作用在站点活动 (瞄准) [44]。 Nanoparticulate 承运人被发展作为一个解决方法克服这样发运问题,即药物 nanocrystals、固定的油脂 nanoparticles (SLN)、 nanostructured 油脂承运人 (NLC)和油脂药物共轭 (LDC) nanoparticles [44]。 承运人如报告由研磨器和同事是适当解决另外可溶性生物科技药物的发运问题。 瞄准与这些承运人可以由一个非常简单的途径,有差别的蛋白质吸附 (PathFinder® 技术) 认识到。 被证明是的此技术足够高效累计充分地金额上限在脑子的药物到达治疗级别并且执行专业需求由一家制药公司继续处理。

与一个特定颜色的 nanodots 的 Quantum 小点认为是灵活的,并且可能提供一个便宜和容易的方法同时筛选一定数量不同的病毒出现的一个血样。 它可能也产生医师一个快速诊断工具检测严格指示心肌梗塞起始特殊套的出现蛋白质。 在研究前线,这个能力同时标记多个原生质在和在细胞里面可能允许科学家注意复杂蜂窝电话更改和活动与疾病相关,提供重要的线索为将来的配药和治疗学 (Quantum Dot Corporation) [45 的] 发展。

促进纳米技术的应用的国家重点、肺和血液学院 (NHLBI) 计划对 HLBS (重点、肺、血液和休眠) 研究和紊乱。 申请信息 (RFI)在纳米技术方面开发了,与从科学家和医师的忠告有利息的,对画布途径的更加清楚的科学界对开发和适用纳米技术于 HLBS 紊乱。 包括科学家、工程师和医师以专门技术的工作组在纳米技术、 nanoscience 和 HLBS 医学间在 2003年 2月 28日th见面了,使用 RFI 回应作为起点讨论的。 工作组委托了估计纳米技术的域和建议研究的方式。 工作组过度地警告纳米技术的严格或受限制的定义,强调缩放比例连续流从 nanoscale 的到这个微小等级。 组也识别机会和挑战区对更加进一步的发展与 nanoscience 的应用和纳米技术相关对 HLBS 紊乱的被改进的诊断、处理和预防。 它开发了优先安排的推荐标准实现纳米技术的应用到生物问题并且改进了病人护理 [46]。

抵抗组在药房威尔士学校在加的夫大学的和其他查看多么分子被印的聚合物可能是医疗有用的在临床应用例如受控药物版本、药物监控设备和生物和抗体感受器官仿造物。 氨基酸和麻黄精分子被印的聚合物 (MIPs)被学习了作为潜在的生物感受器官仿造物,心得安 MIP 调查为其使用作为变稀在一个贴皮的控制设备 [47 的] 费率有选择性的赋形剂。

第一人为电压装门的分子在 1995年 nanosieve 制造由查尔斯在科罗拉多州立大学的 R. 马丁和同事 [48]。 马丁的膜包含一一些与内径的圆柱形金 nanotubules 一样小象 1.6nm。 当小管带阳电荷时,正离子被排除,并且仅负离子通过膜被运输。 当膜接受负电压,只有正离子可能通过。 相似的 nanodevices 可能与毛孔范围、形状和充电约束结合装门的电压达到离子传输准确的控制与重大的分子特异性的。 一台精妙地敏感离子通道交换机生理传感器由澳大利亚研究小组 [49] 编译。

年 2003 可能被命名生物医学的研究的一特殊年,因为我们庆祝了的排序的完成与在脱氧核糖核酸双重螺旋结构的发现上th 50 周年相符由华森和痛性痉挛整个人类基因组。 在生物医学的想象,我们在医学和生理方面也目击了授予诺贝尔奖在磁反应想象的二个先驱,保罗 Lauterbur 教授和彼得曼斯菲尔德先生。 这些地标活动帮助显示迅速发展的影响在许多不同的学科的到生物医学的研究。 杠杆作用和极大的进展在电子和信息技术由生物医学的想象研究 [50] 达到了。 机会和挑战在将来的生物医学的研究在从分子生物学获取的知识的并网在与化学、物理、工程、信息技术和纳米技术了解生活的二义性和复杂和产生新的诊断和治疗方法。

磷酸钙 nanoparticles 存在非病毒向量唯一选件类,可能起高效和替代脱氧核糖核酸承运人作用对于基因被瞄准的发运。 极端底的范围设计和综合,范围高度 monodispersed 脱氧核糖核酸被掺杂的磷酸钙 nanoparticles 在 80nm 附近的直径报告了 [51]。 脱氧核糖核酸被浓缩在纳米颗粒里面保护免受外部脱氧核糖核酸酶环境,并且可能安全使用在体外和活体内情况下调用被浓缩的脱氧核糖核酸。

nanomedicine 的组合的应用与光学跟踪的基因发运蜂窝电话路和发生的转染 biophotonics 通过使用 nanoparticles 作为一个非病毒向量最近被展示了 [52]。 基因发运是区严重的当前利益; 基因 (脱氧核糖核酸、核糖核酸和低聚核苷酸) 使用了作为分子医学和被提供到特定细胞类型对禁止某不理想的基因表达或表示治疗蛋白质。

纳诺脱氧核糖核酸技术

在聚合酶链反应 [53 (PCR), 54 的] 发现上铺平了道路对生物研究一个新的时代。 影响能感觉不仅在分子生物学领域,而且在其他联盟的科学领域。 包括 streptavidin 和双股的脱氧核糖核酸 的半合成脱氧核糖核酸蛋白质共轭,自被汇编的齐聚物网络新颖的选件类可以被转换成明确定义的超分子的 nanocircles 被开发了 [55, 56]。

脱氧核糖核酸streptavidin 共轭是可适用的作为新的免疫学试剂的生产的模件构件对蛋白质和其他抗原的超灵敏的痕量分析的通过免疫 PCR 方法 [57-59]。 与标准 ELISA (酵素链接的免疫吸附剂检验) 方法比较,因此免疫 PCR 是一个基于抗体的免疫测定法的特异性的组合与 PCR 的放大作用的指数功率,造成 1000 折叠程度区分。

自被汇编的脱氧核糖核酸streptavidin 共轭在领域也被应用了的纳米技术。 例如,共轭使用作为模型系统为离子可转换的纳米颗粒网络,作为浏览的探测显微学的 [60, 61] 毫微米缩放比例 ` 虚拟物质’定标标准,或者作为复杂生物化子的结构的合理的建筑的被编程的构件,可能使用作为模板为增长毫微米缩放比例无机设备 [62, 63]。 单一被中断的脱氧核糖核酸和 streptavidin 共价共轭使用作为生物化子的适配器为 biotinylated 大分子的钳制在固定的基体通过核酸杂交。 此 ` 脱氧核糖核酸处理钳制’允许固定的基体的可逆和站点有选择性的 functionalization 与金属和半导体 nanoparticles 的或,反之亦然,金 nanoparticles 的脱氧核糖核酸处理的 functionalization 与蛋白质的,例如免疫球蛋白和酵素。 功能 biometallic nanostructures 的制造从金 nanoparticles 的和抗体被应用作为在 bioanalytics [64 的] 诊断工具。

从事变化映射的发行在包含二百万唯一核苷酸多形性 (国际 SNP (SNPs) 映射工作组的人类基因组顺序上的, 2001),下个挑战是使用此信息的技术的发展以有效方式。 必须改进 Genotyping 方法为了由至少二个数量级增加处理量启用找到配药,生物技术学和学术的研究在基因变形和疾病之间的关联,以在新颖的诊断和疗法的发展的结果潜在。 对脱氧核糖核酸提取和放大作用的新的途径削减了为这些进程的需时对秒钟。 使用血丝电泳法和高性能液相色谱, Microfluidic 设备通过非常迅速片段分隔启用多形性检测,与试剂和原生质一起混合和运输在集成系统 [65]。 在将是与高处理量 SNP genotyping 的需求兼容脱氧核糖核酸提取和洗净系统的发展的基本的目的是:

·         脱氧核糖核酸的版本从细胞的到没有脱氧核糖核酸的酶 (即核酸内切酶) 或机械 (剪的) 细分的解决方法里;

·         可能阻碍脱氧核糖核酸放大作用或杂交检验的删除蜂窝电话残骸 (即蛋白质);

·         高处理量和经济脱氧核糖核酸范例准备与减少介入的程序的数量的简化的协议;

·         危害化工需求避免尽量使处理和处理费用减到最小;

·         脱氧核糖核酸产量的质量一贯性和数量在范例中的,以便量化是多余的和随后的放大作用和杂交可以是到高度增殖率;

·         一个非常有效率的进程,保证期望的检验的极大数量的足够的用品; 并且

·         将启用常规被抽样的切片检查法直接装载对这个系统的界面 [65]。

在纳米技术的潜在造成迅速高处理量 SNP 分析是最明显的与巧妙的生物芯片平台。 一个电子上可寻址的微阵列平台的发展如所描述由 Heller L. 2000年 [66] 等提升了 Nanogen Inc. (圣迭戈加利福尼亚美国)。 提供一个或更多技术平台的挑战有能力在 SNP 10 个基因型等级的审查处理量上7 每天的将需要达到,允许在将被设立的基因和疾病之间的重大的关联。 另外,技术平台也将需要提供经济尺度,这样费用每个基因型将是少于 0.01$ 必要的大小的筛选是可行的。 从纳米技术的迅速地开发的域,新颖的工具和进程引入以潜在提供需要的功能 [67-69]。

在副本的过程中,发生在几乎接近的 SNPs 区别彼此在这条染色体通常关联的归结于连接,并且此相关性的区域被命名连接失衡。 那里重大的关联发生在基因差异被观察在特定 SNPs 和疾病的出现之间,易受影响的基因可以被识别。 必要的统计估计消灭假阳性结果由 McCarthy 复核和 Hilfiker (2000) [70]。 他们建议在样本大小的一个线性增量为每个数量级是必要的在被测试的标记的数量的增量。 因此,一个易受影响的基因的正面识别从一个检查程序的包括 1 百万 SNPs 将要求 1000的最小的样本大小 (即至少 10 SNPs9 必须被筛选)。

Nanoparticles 可以为肿瘤细胞的定量和定性体外检测使用。 他们通过集中和保护标记提高检测进程免受降低,为了使这个分析更加敏感。 例如, streptavidin 上漆的萤光多苯乙烯 nanospheres Fluospheres® (绿色荧光) 和 TransFluospheres® (红色荧光) 在唯一颜色流式细胞术被应用检测在 A431 细胞 (人力 (EGFR)表皮样的癌细胞) [71 的] 表皮增长因子感受器官。 结果向显示萤光 nanospheres 25 倍更比那提供了区分共轭 streptavidin 荧光素。

新工具可能现在被开发,设计在 proteomics 和纳米技术的交叉点,藉以 nanoharvesting 的作用者可以被逐渐灌输到这个循环 (即被微商数化的金微粒) 或到吸收的血液收集设备作为″分子拖把″并且放大存在的被限制和 complexed 生物标志 [72-74]。 这些 nanoparticles,与他们被限制的诊断货物,可以通过质谱分析直接地被查询显示低分子量和被丰富的生物标志签名。 最终,所有途径的实用程序检测的疾病在其对耐心的结果和无病生存 [75 的] 临床影响被估计。 什么在疾病的研究中一般来说,紧急需要是可能检测可治愈的病前生物标志和不好检测先进的疾病的发展。

对比作用者被装载了在肿瘤诊断目的 nanoparticles 上。 物理化学的功能 (颗粒大小、表面电荷、表面涂层,稳定性) nanoparticles 在特定站点利益允许重定向和这个标记的浓度。 被标记的胶质微粒能使用作为放射诊断的作用者。 另一方面,一些非被标记的胶质系统已经是在使用中的,并且一些仍然被测试作为在相关诊断程序的对比作用者例如计算机控制 X线断层扫描术和核磁共振的想象。

迄今, radionucleide 使用的研究在诊断想象的与癌症检测的 nanoparticles 将被发布。 然而,当常规胶质微粒可以是机构细胞象肝脏、这个脾脏、肺和骨髓的,并且,当长流通 nanoparticles 可能有在血液循环或这个淋巴系统的区划本地化是所有这些的机构肿瘤发展的潜在的站点,这些胶质系统可能可能地改进肿瘤诊断。

或许将来,设计与特定吸附亲和性的 nanoparticles 可以被重新悬挂到收集的体液或者甚而被注射直接地到这个循环。 nanoparticles,与被限制的分子一起,在设计的补白可能直接地被获取和由超高分辨率质谱分析 (即傅立叶变换离子回旋共振) 直接地对表示怀疑。

氧气是其中一种在有氧系统的主要代谢产物,并且被溶化的氧气的评定是在医疗,行业和环境应用的至关重要。 最近兴趣在评定的被溶化的氧浓度方法上集中主要于光学传感器,由于他们的好处超过常规测量电流的电极他们是更加快速的,不消耗氧气和没有容易地被毒害 [76, 77]。

光学小卵石 (生物局限化的埋置浓缩的探测) nanosensors 为被溶化的氧气被开发了使用有机被修改的硅酸盐 (ormosil) nanoparticles 作为矩阵。 ormosil nanoparticles 通过一个基于 sol 胶凝体的进程准备,包括核心微粒形成与 phenyltrimethoxysilane 的作为一块涂上的层形成跟随的前体与 methyltrimethoxysilane 作为前体 [78]。 高度有渗透性的结构和 ormosil nanoparticles 的疏水本质,以及他们小型,起因于对被溶化的氧气的一种非常好的整体熄灭的回应和在全部的范围的一种线性回应, 0 -100% 氧气饱和的水。 此小卵石传感器有更高的区分和一个更加清楚的线性以及更长的励磁和放射波长,造成蜂窝电话评定的减少的背景噪声。 小卵石传感器是非常好的根据他们的反演性和稳定性对浸出和长期储备。 变化一个实时监视在被溶化的氧气上的由于在一个闭合的房间的细胞呼吸作用由基因枪被传送的小卵石做。 此传感器现在为氧气和葡萄糖 [78 的] 同时细胞内评定是应用的。

纳米技术的应用对 P450 酵素的

细胞色素 P450 与生物分析 [第79区] 是高度相关的。 他们在药物发展和发现过程今天形成酵素一个大家庭当前在所有组织重要对多数药物新陈代谢在使用中,扮演重要作用。 他们作为插入的催化剂氧气分子的二个原子之一到与相当清楚的 regioselectivity 的各种各样的基体 (r),导致另一个氧原子的伴随减少浇灌如下面这个等式所显示 [29]。

几个方法在基体销售量审查的文件报告了由 P450s 以一个高处理量格式 [80-83]。 然而,他们全都缺乏限制到测试 P450 酵素的活动通过一个特定标记基体的转换的检测,但是 Tsotsou 等 2002年 [84] 能开发称碱方法的方法,可能检测所有 NAD (P) H 或 NAD (P) 受抚养者酵素+ 销售量。 在这些研究前线的进展和他们的组合为这些酵素的将来的应用提供一个强大的平台,关于蛋白质列阵技术。

纳米技术的应用对组织工程的

组织工程在这个机体的外科位置或正常维修服务的刺激体外在原处跟随的新的组织的创建基础上使用活细胞 bioartificial 构建或植入管被引入在故障附近区。 虽然它与使用人力材料主要有关,从这名患者 (自身) 或从其他人力来源 (allogeneic),从其他哺乳动物的来源的材料在人也被应用了 (xenogeneic)。

微电子学的在创建可能代替一个是最终害病的,例如眼睛,耳朵的正确地 bioartificial 组织的介入或纳米技术或机构,重点或者联接被想象了。 可植入的可移植的弥补性装置和 nanoscaffolds 用于生长人工器官是纳米技术研究员的目标。 合理提前 hydroxyapatite Nanoengineering 骨头替换的 [85, 86]。

将来,我们可能想象医疗 nanodevices 定期地被种入甚至被注射到血液监控健康和自动地参加系统维修服务从被设立的平均数偏离的世界。 这些 nanobots 可能通过为他们专门制作个性化耐心的基因型和表现型优选干预在早期疾病表达式 [4 其间]。

新的机构增长

细胞 Nanoscale 大厦可以由他们的被编程的副本完成。 信号反复传输与期望范围和形状表单的指令建造场所。 当完全指令完成时,机构可以根据先决条件的说明增长。

能有必要的脱氧核糖核酸编码的这些机构是与必需的人体免疫学状态兼容。 这可能提高人为结构的综合化与活组织的,存在一个更加适当的界面对生物系统。 在缺乏的好处免疫反应不同的今天施主机构移植。 将来这可能完成在机构故障紊乱的管理的突飞猛进。

AZoNano - 纳米技术在线日记帐 - 新的机构 nanoscale 建筑和增长的图形式表示。

新的机构 nanoscale 建筑和增长的图形式表示。

分子想象

使用基因上编码萤光和生物发光申报人的新的想象途径 (即,有启发性或发光的识别标签) 为活体提供显示的答案如以前从未被观察。 这些申报人的情报可以用于提高对人类生物学的我们的了解和治疗途径的发展许多疾病的,包括癌症,传染, neurodegenerative 和心血管疾病。

到目前为止除之外继续进行用分子代理,行业领袖做也陈列允许科学家查看有机体在这个分子级别的快速展开的成象技术 (表 2)。

表 2. 最新的产品在分子想象和被关联的生产公司中

产品名称

公司 (ies)

 

SPECT/CT 杂种想象系统

飞利浦医疗系统/西门子医疗解决方法

 

GFAP 卢克 (glial 纤维状的酸蛋白质)

 

超声波泡影

AG Schering

 

NeuroSpec™ (放射诊断的作用者)

Tyco 医疗保健/Mallinckrodt Inc。

 

测试所在地超 (系统)

GE 医疗系统

Definity® 或 Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

·         SPECT/CT 混合系统比标准摄象装置迅速,高效地和明显地获取关于分子和蜂窝电话进程 (增长和活动) 和解剖详细资料的功能信息 (范围和形状) 一个被瞄准的分子结构。 从这些系统得到的图象可能协助解决与肿瘤的迅速确定,对适当的处理,精密地毁坏靶细胞的被瞄准的疗法发运的分析,并且接着估计处理效果。

·         氙介绍其更新的光导致基因改造的动物设计 (GFAP 卢克) 在分子想象的第 3 次年会的社团期间。 此设计可能被证明是跟踪的故障的一个重要在慢性神经学条件的设计和维修服务例如之后局部缺血的中风或帕金森病。

·         超声波对比作用者分散光并且允许这位临床工作者发现的由微小的 “微泡″制成心肌的哪个零件拙劣地发挥作用。 因为它故意地打乱这个模式并且导致一个非常严格和高度典型临时作用,超声波的区分和灵活性做它这个最敏感的方法想象微泡。 例如,

·         也叫作 Sonolysis™的 Definity® 是新颖的治疗应用的充满气体的微泡。 对于溶化血管血栓形成,微泡静脉内被管理给患者或被注射局部到一个特定血管结构例如血管贪污。 超声波适用外部 (或能通过导尿管在内部地适用) 在血块的区提供局限化的,被瞄准的活动。 当微泡喷洒这个凝块,他们作为超声波搏动泡影并且炸毁在超声波域的泡影的 micromechanical 设备,导致血块解散。 Sonolysis nanosurgery 局部血管血栓形成的处理的被瞄准的 nanoinvasive 疗法。 比较对待的血栓形成替代疗法, sonolysis 比机械血栓切除术和快速地比常规药方买得起潜在的优点较不入侵的有出血的较少风险。

·         NeutroSpec™是标记白细胞和骨髓的前体,不用对血液删除和再射入的需要到患者里的一放射诊断的作用者。 此新产品是为有五年老和肠痈的模棱两可的符号的病人。 NeutroSpec 也实现通过伽玛照相机被生成的图象的形象化允许医师迅速和容易地找出从而消灭时间延迟和风险的传染站点通常参加与替代白细胞标记的进程。

·         测试所在地超是一个头等容量 CT 系统能够定量生理评定和组织、肿瘤和组织灌洗精心制作的解剖学。 所在地超也进行图象购买以费率的分秒,启用动态想象。

汇总

纳米技术的申请的多重学科的域对发现新的分子和操作那些可用的能自然目炫在其潜在改进医疗保健。 nanobiotechnology 副产品能在这个世界的所有国家(地区) 间使用。

将来,我们可能想象医疗 nanodevices 定期地被种入甚至被注射到血液监控健康和自动地参加系统维修服务从这个正常模式偏离的世界。 持续的推进在领域的生物医学的纳米技术是研究小组的设置和协作在补充域的。 这样协作不仅在专业水平专业必须被维护,但是国际上地。 国际合作的成功的发展和实施促进对研究的全球性眼光并且一般来说带来福利对人类。 然而,在医学的纳米技术面对极大技术障碍长时间的推迟和许多故障是不可避免的。 同样,在战争不应该理当如此它 nanobiotechnology 的危险和负结果,当适用,在恐怖分子和灾害与其在能源生成的应用相关,当和它进攻时或风险的现有量与在血液循环的 nanoparticles 相关。 应该感激纳米技术本身不是一个唯一涌现的科学学科,然而相当会合点象化学、物理、生物和带来的材料学的传统科学对于这些新颖的技术的发展和专门技术是必需的这个必需的集体的知识。

鸣谢

作者希望表示他们的谢意对人 M. Tremblay 和雅各布 Bonlokke 并且 Cecile Bilodeau,设计的图 1. 视听部门女士博士他们的原稿和有用的建议的评论的教授。

参考

     理查 Feynman, “六个容易的部分”,阿狄森・维斯利客栈。 Co., 1963年。

     Sahoo K.S. 和使发运和想象服麻醉剂的 Labhasetwar V. “Nanotech 途径”,二氯二苯三氯乙第8卷,没有 24日 1112-1120 2003年。

     BECON Nanoscience 和纳米技术讨论会报表, (2000) 6月。 国家卫生研究所生物工艺学财团, 2000年。 国家卫生研究所网站,被获取 2005年 3月 20日。

     奴隶 J.H. “纳米技术和医学。 放射学”,第230(2)卷, 315-318, 2004年。

     罗伊 I., Ohulchanskyy T.Y., Pudavar H.E.,等, “陶瓷根据坑害水不溶性的光敏的抗癌药物的 Nanoparticles : 光力学的疗法的一个新颖的药物承运人系统”, J. Am。 Chem。 Soc., 125, 7860-7865, 2003年。

     BriggerI

     Crommelin D.J.、风暴 G., Jiskoot W., Stenekes R., Mastrobattista E. 和 Hennink W.E., “大分子发运的 Nanotechnological 途径”, J. Control Release, 87,81-88, 2003年。

     Na K. 和 Bae Y.H., “自被汇编的水凝胶 Nanoparticles 响应能力对肿瘤从支链淀粉衍生商品/磺胺共轭的细胞外酸碱度: 描述特性、汇总和 Adriamycin 发行体外”, Pharm。 Res., 19,681-683, 2002年。

     Couvreur P., Barratt G., Fattal E., Legrand P. 和 Vauthier C., “Nanocapsule nology : 复核”, Crit。 Ther。 药物。 承运人 Syst。, 19, 99-134, 2002年。

, 1999年

圣地亚哥

1992年。

A.K.、停止的 C.F.、金 T.W.,吴 T.C., Searson P.C. 和 Leong K.W., “接种应用的多成分的 Nanorods”,纳米技术, 16, 484-487, 2005年。

nology 和油脂 Nanoparticles”, J. Biotechnol。, 113, 151-170, 2004年。

并且法拉利 M., “国家重点、肺和血液学院纳米技术工作组的推荐标准”,循环, 108, 2737-2742, 2003年。

PanditS.D.

rViscumin 的检测在等离子范例的由 Immunio PCR”, Biochem。 Biophys。 Res. Commun。, 300, 757-763, 2003年。

蛋白质的超灵敏的量化的一个实时免疫 PCR 检验适用于定期诊断”, Biochem。 Biophys。 Res. Commun。, 308, 240-250, 2003年。

优质映射由动态扫描强制显微学的脱氧核糖核酸蛋白质复杂”, Chem。 Phys。 Chem。, 2, 384-388, 2001年。

自被汇编的脱氧核糖核酸蛋白质齐聚物的动态扫描强制显微学研究”,适用。 Phys。 74, 447-452, 2002年。

纳米技术。 为生物化子的工程师的工具”,科学, 297, 62-63, 2002年。

在唯一脱氧核糖核酸分子的顺序特定分子石版印刷”,

“临床 Proteomics : 对前列腺癌生物标志发现和检测的申请”,科学直接泌尿道的肿瘤学: 研讨会和原始调查, 22 (4), 322-328, 2004年。

分子使用基于 Sol 胶凝体的球状光学 Nanosensors 的氧气于活细胞的确定的一个实时 Ratiometric 方法与在汇率 C6 神经胶质瘤的应用

剪裁光学感觉的溶胶凝胶相互转换的影片在气体和水相的氧气”,

71-104, 2001年。

施密特 Dannert C., Schmitt J. 和 Schmid R.D., “P450 的 Bm3 一个持续分光谱测量的检验,脂肪酸羟基化的酵素和其突变体 F87A”,肛门。 Biochem., 269, 359-366, 1999年。

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

Last Update: 13. June 2013 01:13

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