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Nanotechnologie, Nanomedicine und die Rationale Auslegung von Zeitalter-Liefersystemen

durch Professor Kostas Kostarelos

Professor Kostas Kostarelos, Stuhl von Nanomedicine; Kopf, Mitte für Medikamentenverabreichungs-Forschung, die Schule der Apotheke, Universität von London
Entsprechender Autor: kostas.kostarelos@pharmacy.ac.uk

Unser Team am Nanomedicine-Labor innerhalb der Mitte für Medikamentenverabreichungs-Forschung möchte grundlegende Kenntnisse auf dem auftauchenden Gebiet von nanomedicine erzeugen und verbreiten, indem es biomedizinische Technik, Pharmakologie und Nanotechnologie und ihre Übersetzung zu hoch entwickelter, klinisch-relevanter Therapeutik und zu Diagnosen zusammenbringt.

Unser Ziel ist die Entwicklung der Roman-, lebensfähiger und effektivertherapeutik, die auf der Transformation von Nanotechnologiehilfsmitteln und von Materialien und von ihrem Gebrauch entweder als die „Droge“ oder das „Liefersystem“ basiert. Solche Bauteile umfassen DNS, RNS, Viren, Stammzellen, Radionuklide, Liposome, Kohlenstoff Nanomaterials und andere Nanomaterials (Quantum punktiert, Fullerenes, Kohlenstoff nanohorns).

Die Forschungsaufwände, die innerhalb des Nanomedicine-Labors stattfinden, füllen den Abstand zwischen den grundlegenden ausführenden Nanomaterials und pharmazeutischer Entwicklung in Richtung zur Realisierung von hoch entwickelten therapeutischen und Darstellungsmodalitäten. Unser Auftrag ist, mit der innovativen und auftauchenden Disziplin von nanomedicine voranzugehen. Einige Beispiele von, welcher Anlagen wir heute entwickelt haben:

Dendrimeric Nanocontainers, das Angiogenesis im Krebs blockieren

Das Nanomedicine-Labor zeigte vor kurzem zum ersten Mal, dass Poly--Llysin (PLL) dendrimers anti-angiogenische Aktivität aufweisen und die Entstehung von neugeformten Blutgefäßen in sich entwickelnden Tumoren blockieren können. Dieses hat zu Tumorwachstumsverzögerung eines aggressiven Mausemelanombaumusters und beträchtlich verringerten des Tumorvolumens geführt1. Dendrimers sind dreidimensionale nmschuppe sichverzweigte Polymere, die von Don Tomalia in the mid 1980 beschrieben worden sind. Dendrimers sind hauptsächlich als nanocontainers für kleine Drogen, therapeutische Makromoleküle und MRI-Darstellung Agenzien verwendet worden.

Zelle und Tumor PLL-dendrimer Vasculature behandelte mit Regelung (verließ) und dem PLL-dendrimer (recht)1.

Einige dendrimers sind, zum der anti-angiogenischen Aktivität zu zeigen studiertes vor--klinisch gewesen, aber diese inhärente Aktivität war nicht vorher in vivo oder nach Körperverwaltung gezeigt worden. In dieser Studie wurde die therapeutische Aktivität nachdem intravenöse Einspritzung des dendrimer ohne den Bedarf, Drogen oder andere therapeutische Agenzien zu enthalten erzielt. Nur zwei intravenöse Einspritzungen des PLL-dendrimer waren genügend, Tumorwachstum ohne die Körpergiftigkeit zurückzuschieben, die in der Leber, in der Milz und in den Nieren beobachtet wurde. stellt dar, dass der neuen Generation nanocontainers möglicherweise inhärente biologische Aktivitäten anbieten, wann immer erforderlich und am rechten Einbauort, wie in aggressiven Tumoren, die hohes vascularisation für Wachstum benötigen.

Nanotubes als Nanoneedles für Zellen

Chemisch geänderte Kohlenstoff nanotubes mit verschiedenen Funktionsgruppen wurden entdeckt, um in der Lage zu sein, in einer Vielzahl von Zellbaumustern, einschließlich menschliche Zellen zu internalisieren. Kohlenstoff nanotubes haben Potenzial gezeigt, da Liefersysteme und es des neuen Zeitalters das chemische functionalisation sind, das in dieser Transformation, da sie sie wasserlöslich werden lässt, und deshalb fähig, in den biologischen Flüssigkeiten verwendet zu werden kritisch ist. Chemisch functionalised nanotubes waren, Zellsperren in den Säugetier-, bakteriellen und pilzartigen Zellen, ohne Zelltod zu verursachen leicht zu kreuzen, und waren sogar, Zellen unter Bedingungen einzutragen, die normalerweise diesen Prozess hindern würden2. Nanotubes, das zum Auftreten als Zelle-Durchdringungsmaterialien fähig ist, hat ungeheure Vorteile. Das Potenzial von functionalised Kohlenstoff nanotubes, als nanoneedles aufzutreten, die Plasmamembranen durchbohren und direkt in Zytoplasma versetzen, ohne Zellschaden oder -tod zu verursachen, ist- für eine Vielzahl von Biomedical und von Biotechnologieanwendungen beträchtlich.

Während die tatsächliche Vorrichtung, durch die die functionalised nanotubes durch Zellen aufgenommen werden, noch unklar ist, ist die Hypothese, der das Team arbeitet mit, dass sie einfach die Zelle durchbohren und innen umziehen. Eine Baumuster functionalisation forderten einen größeren ausziehenden Wetterschacht auf, aber es war auf keinen Fall eine Voraussetzung. Alle functionalised nanotubes wurden in bedeutendem Maße aufgenommen. Das Nanomedicine-Labor, gemeinsam mit den Labors von Dr.A.Bianco beim CNRS in Straßburg, Frankreich und Prof.M.Prato in Triest, Italien, haben mit Versuchen, kleine Moleküle, Nukleinsäuren und Darstellungsagenzien intrazellulär zu entbinden experimentiert. Wenn die Arbeitshypothese des Forschungsteams betreffend den ausziehenden Wetterschacht von functionalised Kohlenstoff nanotubes korrektes prüft, könnte die Technik beträchtliche Vorteile über aktuellen Medikamentenverabreichungstechnologien anbieten. Traditionelle Lieferungsmethoden (unter Verwendung der Liposome zum Beispiel) nutzen normalerweise endocytosis aus, aber stoppen, bevor sie den Zytoplasma erreichen, welche durch anderen Sperren für die Droge Kampf überlässt. Durch Durchdringenplasmamembranen und -kopftext gerade zum Zytoplasma, trifft das functionalised Kohlenstoff nanotube weniger biologische Sperren an und entbindet die Droge direkt.

Künstliche Virushüllen Nanoengineering

Gentherapie bezieht die Lieferung eines Funktionsgens durch einen Vektor in Zielzellen, mit dem Ergebnis eines gewünschten therapeutischen Effektes mit ein. Adenovirus (Ad) hat großes Versprechen in der Gentherapie gezeigt, gleichwohl klinisch und in vivo Studien über schwere immunisierende Antworten und eine überwältigende Aufspeicherung und eine Genexpression in der Leber mit dem Ergebnis des beträchtlichen hepatotoxicity berichtet haben. Wir versuchen, diese Beschränkungen, indem wir künstliche Umschläge um nicht-eingeschlagene Viren, indem wir ausführen den Selbstbau einer Vielzahl der Lipidmoleküle (zwitterionic, anionisch, kationisch, entgegenkommend) um Viren-capsids auszugleichen erlauben3,4.

Solche Übungen in nanoscale Technik von Virengentherapievektoren werden gedacht, um beträchtliche Verbesserungen in ihrem Sicherheitsprofil anzubieten, indem man auch wieder-anvisieren darf und Gewebe-spezifischer Gentransfer. Vektoren der Neuen Generation für genetische Therapien und Impfstoffe sind aktuell in Entwicklung.

Liposom-Quantums-Punkt-Kreuzungen für Kombinierende Therapeutische u. DiagnoseAnwendungen

Quantums-Punkte (QD) werden in der Biomedizin als Leuchtstofffühler von intrazellulären Fächern und für die Zelle erforscht, die in vivo beschriftet und aufspürt.

Unser Nanomedicine-Labor hat zwei neue Baumuster hybride Bäschenanlagen Lipidquantum Punktes entwickelt, um verbessertes biocompatibility und die Gelegenheit zu erzielen, nanoparticles für kombinierende Darstellung (Quantumspunktbauteil) und therapeutische (Bäschenbauteil) Fähigkeiten zu entwickeln. Das erste Hybridsystem Liposom-QD wurde ausgeführt, indem man klein (kleiner als 5nm im Durchmesser), hydrophober CdSe-/ZnSkern/innerhalb der Bäschenlipid bilayers (L-QD) eingebettet zu werden Shell QD, gewährte5. Das zweite Baumuster besteht aus größeres (20-40nm im Durchmesser), hydrophiler, functionalized OBERFLÄCHENQD, der an der wässrigen Phase des inneren Liposoms (f-QD-L) eingekapselt wird6. Beide Baumuster Lipidquantum Punktkreuzungen wurden zu erfolgreich beschriften Tumorzellen in-vitro und in vivo gezeigt. Wir glauben, dass LiposomNanoparticlekreuzungen dieses Baumusters unter Verwendung einer Vielzahl von nanoparticles (Gold, Silber, Eisen, Gadolinium) eine große Auswahl von Liposom-basierten Liefersystemen des neuen Zeitalters für die therapeutischen oder Diagnosezwecke zur Verfügung stellen können.


Bezüge

1. Al-Jamal KT, Al-Jamal GEWICHT, Akerman S, Podesta JE, Yilmazer A, Turton JA, Bianco A, Vargesson N, Kanthou C, Florenz AN, Tozer GR., Kostarelos K., Antiangiogenic körperlichaktivität kationischen Poly--Llysin dendrimer verzögert Tumorwachstum. Proc Nationales Acad Sci USA. 2010, 107(9): 3966-71.
2. Kostarelos K, Lacerda L, Pastorin G, Wu W, Wieckowski S, Luangsivilay J, Godefroy S, Pantarotto D, Briand JP, Muller S, Prato M, Bianco A., Zellulärer ausziehender Wetterschacht von functionalized Kohlenstoff nanotubes ist Unabhängiges der Funktionsgruppe und des Zellbaumusters. Natur Nanotechnologie 2007, 2(2): 108-13.
3. Singh R, Al-Jamal KT, Lacerda L, Kostarelos K., künstliche Lipidumschläge Nanoengineering um Adenovirus durch Selbstbau. ACS Nano--2008, 2(5): 1040-50.
4. Singh R, Tian B, Kostarelos K., Künstliche Umhüllung von nonenveloped Viren: Vergrößerung den Adenovirustumor, der in vivo anvisiert. FASEB J. 2008, 22(9): 3389-402
5. Al-Jamal GEWICHT, Al-Jamal KT, Tian B, Lacerda L, Bomans PH, Frederik P.M., Kostarelos K., Lipid-Quantum Punkt bilayer Bäschen erhöhen Tumorzellausziehenden wetterschacht und -speicherung in vitro und in vivo. ACS Nano, 2008, 2(3): 408-18
6. Al-Jamal GEWICHT, Al-Jamal KT, Bomans PH, Frederik P.M., Kostarelos K., Functionalized-Quantum-Punkt-Liposom Kreuzungen als multimodale nanoparticles für Krebs. Kleines 2008, 4(9): 1406-15.

Copyright AZoNano.com, Professor Kostas Kostarelos (Universität von London)

Date Added: May 25, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

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