Nanotecnologia, Nanomedicine e o Projecto Racional de Sistemas de Entrega da Novo-Idade

pelo Professor Kostas Kostarelos

Professor Kostas Kostarelos, Cadeira de Nanomedicine; Cabeça, Centro para a Pesquisa da Entrega da Droga, A Escola da Farmácia, Universidade de Londres
Autor Correspondente: kostas.kostarelos@pharmacy.ac.uk

Nossa equipe No Laboratório de Nanomedicine dentro do Centro para a Pesquisa da Entrega da Droga quer gerar e disseminar o conhecimento fundamental no campo emergente do nanomedicine reunindo a engenharia biomedicável, a farmacologia e a nanotecnologia e a sua tradução a terapêutica e aos diagnósticos avançados, clínico-relevantes.

Nosso alvo é a revelação da terapêutica da novela, a viável e a eficaz baseada na transformação de ferramentas da nanotecnologia e de materiais e de seu uso como a “droga” ou de “o sistema entrega”. Tais componentes incluem o ADN, o RNA, os vírus, as células estaminais, os radionuclides, os lipossoma, os nanomaterials do carbono e os outros nanomaterials (o quantum pontilha, fullerenes, nanohorns do carbono).

Os esforços de pesquisa que ocorrem dentro Do Laboratório de Nanomedicine estão construindo uma ponte sobre a diferença entre os nanomaterials fundamentais que projetam e a revelação farmacêutica para a realização de modalidades avançadas terapêuticas e da imagem lactente. Nossa missão é abrir caminho a disciplina pioneiro e emergente do nanomedicine. Alguns exemplos de que sistemas nós temos desenvolvido hoje:

Dendrimeric Nanocontainers que obstrui a Angiogênese no Cancro

O Laboratório de Nanomedicine demonstrou recentemente pela primeira vez que os dendrimers (PLL) da poli-L-lisina podem exibir a actividade anti-angiogenic e obstruir a formação de vasos sanguíneos recentemente formados em tumores se tornando. Isto conduziu ao atraso de crescimento do tumor de um modelo murine agressivo da melanoma e de um volume significativamente reduzido do tumor1. Dendrimers é escala tridimensional do nanômetro hyper-ramificou os polímeros que foram descritos por Don Tomalia in the mid 1980. Dendrimers foi usado principalmente como nanocontainers para drogas pequenas, macromoléculas terapêuticas e de imagem lactente de MRI agentes.

O vasculature da estrutura e do tumor de PLL-dendrimer tratou com o controle (saiu) e o PLL-dendrimer (direito)1.

Um número de dendrimers foram estudados pre-clinically para mostrar a actividade anti-angiogenic, mas esta actividade inerente não tinha sido mostrada previamente in vivo ou após a administração sistemática. Neste estudo, a actividade terapêutica foi conseguida depois que injecção intravenosa do dendrimer sem a necessidade de incluir drogas ou outros agentes terapêuticos. Somente duas injecções intravenosas do dendrimer de PLL eram suficientes para retardar o crescimento do tumor sem a toxicidade sistemática observada no fígado, no baço e nos rins. ilustra que os nanocontainers da nova geração podem oferecer actividades biológicas inerentes sempre que exigido e no lugar direito, como nos tumores agressivos que exigem o vascularisation alto para o crescimento.

Nanotubes como Nanoneedles para Pilhas

Os nanotubes Quimicamente alterados do carbono com grupos funcionais diferentes foram descobertos para poder interiorizar em uma variedade de tipos da pilha, incluindo pilhas humanas. Os nanotubes do Carbono mostraram o potencial porque os sistemas e de entrega da novo-idade são o functionalisation químico que é crítico nesta transformação como permite que se tornem solúveis em água, e conseqüentemente capaz de ser usado em líquidos biológicos. Os nanotubes Quimicamente functionalised podiam cruzar facilmente barreiras da pilha em pilhas mamíferas, bacterianas e fungosas sem causar a morte celular, e podiam mesmo incorporar pilhas sob as circunstâncias que impediriam geralmente este processo2. Nanotubes capaz da actuação como materiais pilha-penetrantes terá vantagens tremendas. O potencial de nanotubes functionalised do carbono actuar como os nanoneedles que perfuram as membranas de plasma e translocate directamente no citoplasma sem causar dano ou a morte de pilha é significativo para uma variedade de aplicações biomedicáveis e da biotecnologia.

Quando o mecanismo real por que os nanotubes functionalised estão pegados por pilhas for ainda obscuro, a hipótese que a equipe está trabalhando com é que perfuram simplesmente a pilha e se movem dentro. Alguns tipos de functionalisation alertaram uma tomada maior, mas era de modo algum uma condição prévia. Todos Os nanotubes functionalised foram tomados até uma extensão significativa. O Laboratório de Nanomedicine, em colaboração com os laboratórios de Dr.A.Bianco no CNRS em Strasbourg, França e Prof.M.Prato em Trieste, Itália, experimentou com as tentativas de entregar intracellularly moléculas pequenas, ácidos nucleicos e agentes da imagem lactente. Se a hipótese de funcionamento da equipa de investigação em relação à tomada de nanotubes functionalised do carbono prova correcto, a técnica poderia oferecer vantagens significativas sobre tecnologias de entrega actuais da droga. Os métodos Tradicionais da entrega (que usam lipossoma por exemplo) exploram geralmente o endocytosis, mas param-no antes de alcançar o citoplasma que deixa outras barreiras para a droga à luta completamente. Pelas membranas e pelo título de plasma da perfuração em linha recta ao citoplasma, o nanotube functionalised do carbono encontra menos barreiras biológicas e entrega a droga mais directamente.

Envelopes Virais Artificiais de Nanoengineering

A Terapia genética envolve a entrega de um gene funcional por um vector em pilhas de alvo, tendo por resultado um efeito terapêutico desejado. O Vírus Adenóide (Ad) mostrou a grande promessa na terapia genética, porém clínico e in vivo os estudos relataram respostas imunogenéticas severas e uma acumulação e uma expressão genética opressivamente no fígado tendo por resultado o hepatotoxicity significativo. Nós estamos tentando superar estas limitações projetando envelopes artificiais em torno dos vírus não-envolvidos permitindo o auto-conjunto de uma variedade de moléculas do lipido (zwitterionic, aniónico, cationic, responsivo) em torno dos capsids virais3,4.

Tais exercícios na engenharia do nanoscale de vectores virais da terapia genética são pensados para oferecer melhorias significativas em seu perfil de segurança reservando igualmente re-visar e transferência tecido-específica do gene. Os vectores da Nova geração para terapias genéticas e vacinas são actualmente em desenvolvimento.

Híbrido do Ponto de Lipossoma-Quantum para Aplicações Terapêuticas & Diagnósticas Combinatory

Os pontos do Quantum (QD) estão sendo explorados na biomedicina como pontas de prova fluorescentes de compartimentos intracelulares e para a pilha que etiqueta e que segue in vivo.

Nosso Laboratório de Nanomedicine desenvolveu dois tipos novos de sistemas híbridos da vesícula do ponto de lipido-quantum para conseguir o biocompatibility melhorado e a oportunidade desenvolver nanoparticles para a imagem lactente combinatory (componente do ponto do quantum) e (capacidades terapêuticas do componente da vesícula). O primeiro sistema lipossoma-QD híbrido foi projectado reservando pequeno (menos do que 5nm no diâmetro), núcleo hidrofóbica de CdSe/ZnS/QD do escudo a ser encaixado dentro dos bilayers do lipido da vesícula (L-QD)5. O segundo tipo consiste em maior (20-40nm no diâmetro), QD functionalized hidrófilo, de superfície encapsulado na fase aquosa do lipossoma interno (f-QD-l)6. Ambos Os tipos de híbrido do ponto de lipido-quantum foram mostrados a com sucesso etiquetam pilhas do tumor in vitro e in vivo. Nós acreditamos que os híbrido do lipossoma-nanoparticle deste tipo que usa uma variedade de nanoparticles (ouro, prata, ferro, gadolínio) podem fornecer uma vasta gama de sistemas de entrega lipossoma-baseados novo-idade para finalidades terapêuticas ou diagnósticas.


Referências

1. O al-Jamal KT, PESO do Al-Jamal, Akerman S, Podesta JE, Yilmazer A, Turton JA, Bianco A, Vargesson N, Kanthou C, Florença EM, GM de Tozer, Kostarelos K., actividade antiangiogenic Sistemática do dendrimer cationic da poli-L-lisina atrasa o crescimento do tumor. Proc Acad Nacional Sci EUA. 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., tomada Celular de nanotubes functionalized do carbono é independente do grupo funcional e do tipo da pilha. Nanotecnologia 2007 da Natureza, 2(2): 108-13.
3. Singh R, Al-Jamal KT, Lacerda L, Kostarelos K., envelopes artificiais do lipido de Nanoengineering em torno do vírus adenóide pelo auto-conjunto. ACS 2008 Nano, 2(5): 1040-50.
4. Singh R, Tian B, Kostarelos K., envolvimento Artificial de vírus nonenveloped: aumentando o tumor do vírus adenóide que visa in vivo. FASEB J. 2008, 22(9): 3389-402
5. O PESO do al-Jamal, Al-Jamal KT, Tian B, Lacerda L, PH de Bomans, Frederik PM, Kostarelos K., vesículas do bilayer do ponto de Lipido-Quantum aumenta a tomada e a retenção da pilha do tumor in vitro e in vivo. ACS Nano, 2008, 2(3): 408-18
6. PESO do al-Jamal, Al-Jamal KT, PH de Bomans, Frederik PM, Kostarelos K., híbrido do Functionalized-quantum-ponto-Lipossoma como nanoparticles multimodal para o cancro. 2008 Pequeno, 4(9): 1406-15.

Copyright AZoNano.com, Professor Kostas Kostarelos (Universidade de Londres)

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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