Nanotecnología, Nanomedicine y el Diseño Racional de los Sistemas de Envío de la Nuevo-Edad

por Profesor Kostas Kostarelos

Profesor Kostas Kostarelos, Silla de Nanomedicine; Carga, Centro para la Investigación de la Salida de la Droga, La Escuela de la Farmacia, Universidad de Londres
Autor Correspondiente: kostas.kostarelos@pharmacy.ac.uk

Nuestras personas en El Laboratorio de Nanomedicine dentro del Centro para la Investigación de la Salida de la Droga quieren generar y diseminar conocimiento fundamental en el campo emergente del nanomedicine reuniendo la ingeniería biomédica, farmacología y nanotecnología y su traslación entre la terapéutica y los diagnósticos avanzados, clínico-relevantes.

Nuestro objetivo es el revelado de la terapéutica de la novela, viable y efectiva basada en la transformación de las herramientas de la nanotecnología y de los materiales y de su uso como la “droga” o el “sistema de envío”. Tales componentes incluyen la DNA, el ARN, los virus, las células madres, los radionúclidos, los liposomas, los nanomaterials y otros nanomaterials (el quantum del carbón puntea, fullerenes, nanohorns del carbón).

Los esfuerzos de investigación que ocurren dentro Del Laboratorio de Nanomedicine están llenando el vacío entre los nanomaterials fundamentales que dirigen y el revelado farmacéutico hacia la realización de las modalidades terapéuticas y de la proyección de imagen avanzadas. Nuestra misión es promover la disciplina punta y emergente del nanomedicine. Algunos ejemplos de qué sistemas hemos desarrollado hoy:

Dendrimeric Nanocontainers que ciega Angiogenesis en Cáncer

El Laboratorio de Nanomedicine demostró recientemente por primera vez que los dendrimers (PLL) de la polivinílico-L-lisina pueden exhibir actividad anti-angiogénica y cegar la formación de vasos sanguíneos recién formado en tumores que se convierten. Esto ha llevado al retraso de incremento del tumor de un modelo murine agresivo del melanoma y de un volumen importante reducido del tumor1. Dendrimers es escala tridimensional del nanómetro híper-se ramificó los polímeros que han sido descritos por Don Tomalia in the mid 1980. Dendrimers se ha utilizado principal como nanocontainers para las pequeñas drogas, las macromoléculas terapéuticas y los agentes de la proyección de imagen de MRI.

La vasculatura de la estructura y del tumor de PLL-dendrimer trató con mando (se fue) y el PLL-dendrimer (derecho)1.

Varios dendrimers se han estudiado pre-clinically para mostrar actividad anti-angiogénica, pero esta actividad inherente no había sido mostrada previamente in vivo o después de la administración sistémica. En este estudio, la actividad terapéutica fue lograda después de que inyección intravenosa del dendrimer sin la necesidad de incluir las drogas u otros agentes terapéuticos. Solamente dos inyecciones intravenosas del dendrimer de PLL eran suficientes retardar incremento del tumor sin la toxicidad sistémica observada en el hígado, el bazo y los riñones. ilustra que los nanocontainers de nueva generación pueden ofrecer actividades biológicas inherentes siempre que estén requeridos y en la ubicación correcta, por ejemplo en los tumores agresivos que requieren el alto vascularisation para el incremento.

Nanotubes como Nanoneedles para las Células

Los nanotubes Químicamente modificados del carbón con diversos grupos funcionales fueron descubiertos para poder internar en una variedad de tipos de la célula, incluyendo las células humanas. Los nanotubes del Carbón han mostrado potencial pues los sistemas de envío y la nuevo-edad es el functionalisation químico que es crítico en esta transformación como permite que lleguen a ser solubles en agua, y por lo tanto capaz de ser utilizado en líquidos biológicos. Los nanotubes Químicamente functionalised podían cruzar fácilmente barreras de la célula en células mamíferas, bacterianas y fungicidas sin causar muerte celular, y podían incluso incorporar las células bajo condiciones que obstaculizarían generalmente este proceso2. Nanotubes capaz de actuar como materiales célula-penetrantes tendrá enormes ventajas. El potencial de los nanotubes functionalised del carbón de actuar como nanoneedles que perforen las membranas de plasma y desplacen directamente en el citoplasma sin causar daño o muerte de célula es importante para una variedad de aplicaciones biomédicas y de la biotecnología.

Mientras Que el mecanismo real por el cual los nanotubes functionalised son tomados por las células es todavía no entendible, la hipótesis con la cual las personas están trabajando es que perforan simple la célula y se mueven dentro. Algunos tipos de functionalisation incitaron una mayor absorción, pero era de ninguna manera un requisito previo. Todos Los nanotubes functionalised fueron tomados en gran parte. El Laboratorio de Nanomedicine, en colaboración con los laboratorios de Dr.A.Bianco en el CS$CNRS en Estrasburgo, Francia y Prof.M.Prato en Trieste, Italia, ha experimentado con tentativas intracelular de entregar las pequeñas moléculas, los ácidos nucléicos y los agentes de la proyección de imagen. Si la hipótesis del funcionamiento del equipo de investigación con respecto a la absorción de los nanotubes functionalised del carbón prueba correcto, la técnica podría ofrecer ventajas importantes sobre tecnologías de salida actuales de la droga. Los métodos Tradicionales de la salida (usando los liposomas por ejemplo) explotan generalmente endocytosis, pero paran antes de alcanzar el citoplasma que deja otras barreras para la droga al combate a través. Por las membranas y el rumbo de plasma de la perforación derecho al citoplasma, el nanotube functionalised del carbón encuentra menos barreras biológicas y entrega la droga más directamente.

Envolventes Virales Artificiales de Nanoengineering

La Terapia génica implica la salida de un gen funcional por un vector en las células de meta, dando por resultado un efecto terapéutico deseado. El Adenovirus (Ad) ha mostrado gran promesa en terapia génica, no obstante es clínico y in vivo los estudios han señalado reacciones inmunogenéticas severas y una acumulación y una expresión génica de forma aplastante en el hígado dando por resultado hepatotoxicity importante. Estamos tentativa vencer estas limitaciones dirigiendo envolventes artificiales alrededor de virus no-envueltos permitiendo el uno mismo-ensamblaje de una variedad de moléculas del lípido (zwitterionic, aniónico, catiónico, responsivo) alrededor de capsids virales3,4.

Tales ejercicios en la ingeniería del nanoscale de los vectores virales de la terapia génica son pensados para ofrecer mejorías importantes en su perfil de seguro permitiendo también el redefinir y transferencia tejido-específica del gen. Los vectores de la Nueva generación para las terapias genéticas y las vacunas están actualmente en fase de desarrollo.

Híbridos del Punto de Liposoma-Quantum para las Aplicaciones Terapéuticas y Diagnósticas Combinatorias

Los puntos de Quantum (QD) se están explorando en biomedecina como antenas fluorescentes de compartimientos intracelulares y para la célula etiqueta y que sigue su trayectoria in vivo.

Nuestro Laboratorio de Nanomedicine ha desarrollado dos tipos nuevos de sistemas híbridos de la vesícula del punto del lípido-quantum para lograr biocompatibility mejorado y la oportunidad de desarrollar los nanoparticles para la proyección de imagen combinatoria (componente del punto del quantum) y (las capacidades terapéuticas del componente de la vesícula). El primer sistema híbrido liposoma-QD fue dirigido permitiendo pequeña (menos que 5nm en diámetro), base de CdSe/ZnS/QD hidrofóbicos del shell que se embutirá dentro de los bilayers del lípido de la vesícula (L-QD)5. El segundo tipo consiste en más grande (20-40nm en diámetro), QD functionalized hidrofílico, superficial encapsulado en la fase acuosa del liposoma interno (f-QD-l)6. Ambos tipos de híbridos del punto del lípido-quantum fueron mostrados a con éxito etiqueta las células del tumor ines vitro y in vivo. Creemos que los híbridos del liposoma-nanoparticle de este tipo usando una variedad de nanoparticles (oro, plata, hierro, gadolinio) pueden proporcionar a una amplia gama de sistemas de envío liposoma-basados nuevo-edad para los propósitos terapéuticos o diagnósticos.


Referencias

1. El al-Jamal KT, PESO del Al-Jamal, Akerman S, Podesta JE, Yilmazer A, Turton JA, Bianco A, Vargesson N, Kanthou C, Florencia EN, GM de Tozer, Kostarelos K., actividad antiangiogenic Sistémica del dendrimer catiónico de la polivinílico-L-lisina demora incremento del tumor. Proc Acad Nacional Sci los E.E.U.U. 2010, 107(9): 3966-71.
2. Kostarelos K, Lacerda L, Pastorin G, Wu W, Wieckowski S, Luangsivilay J, Godefroy S, Pantarotto D, Briand JP, Moleta S, Prato M, Bianco A., absorción Celular de los nanotubes functionalized del carbón es independiente del grupo funcional y del tipo de la célula. Nanotecnología 2007 de la Naturaleza, 2(2): 108-13.
3. Singh R, Al-Jamal KT, Lacerda L, Kostarelos K., envolventes artificiales del lípido de Nanoengineering alrededor del adenovirus del uno mismo-ensamblaje. ACS 2008 Nano, 2(5): 1040-50.
4. Singh R, Tian B, Kostarelos K., envolvimiento Artificial de virus nonenveloped: aumentando el tumor del adenovirus que apunta in vivo. FASEB J. 2008, 22(9): 3389-402
5. El PESO del al-Jamal, Al-Jamal KT, Tian B, Lacerda L, Bomans PH, Federico P.M., Kostarelos K., vesículas del bilayer del punto del Lípido-Quantum aumenta la absorción y la retención de la célula del tumor in vitro y in vivo. ACS Nano, 2008, 2(3): 408-18
6. PESO del al-Jamal, Al-Jamal KT, Bomans PH, Federico P.M., Kostarelos K., híbridos del Functionalized-quantum-punto-Liposoma como nanoparticles multimodales para el cáncer. Pequeño 2008, 4(9): 1406-15.

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Kostas Kostarelos (Universidad de Londres)

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

Last Update: 14. June 2013 01:55

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