OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0101

生物学のナノテクノロジーの収束の現在の概念の検討

目録

概要

背景

最近の進展

Nano DNA 技術

高スループット単一のヌクレオチドの多形の分析の Nanobiotechnology

Biomarkers として Nanoparticles

分解された酸素の測定のナノテクノロジー

P450 酵素へのナノテクノロジーのアプリケーション

ティッシュ工学へのナノテクノロジーのアプリケーション

新しい器官の成長

分子イメージ投射

概要

確認応答

参照

接触の細部

概要

21 の世紀のst 最も有望な技術の 2 つは人間工学およびナノテクノロジーです。

nanoscale の構造のこの科学は 1000 倍現在マイクロエレクトロニクスのフィールドで使用されるコンポーネントより小さいシステムの作成、調査および利用を取扱います。 人間工学はマイクロoraganisms の代謝過程を取扱います。 これら二つの技術の収束は nanobiotechnology の成長で起因します。 この学際的な組合せは多くの革新的なツールを作成できます。

ナノテクノロジーの生物医学的なアプリケーションはそのような収束の直積です。

ただし、ナノテクノロジーのフィールドではたらいている科学者およびエンジニアに直面する挑戦は実際のところかなり巨大および非常に複合体です。

生物医学科学へのナノテクノロジーのユーティリティは特定性の高度の細胞レベル下のスケールでボディと相互に作用するように設計されている材料および装置の作成を意味します。 これは目標とされた細胞に可能性としては変換でき、ティッシュ特定の臨床応用は非常に限られた不利効果の極大治療上の効果を目指しました。

生物医学科学のナノテクノロジーはいろいろな種類の癌に対する戦いの多くの革命的な機会を、心臓および neurodegenerative 無秩序、伝染および他の病気示します。

この記事は生物医学科学のナノテクノロジーのアプリケーションのいくつかの概要を示します。

背景

ナノテクノロジーは nanoscale のレベルにある装置および材料によって働くことを含む新しい科学の専門分野です。 ナノメーターはメートルの十億分の一です。 すなわち、水素原子の直径人間の毛髪の直径の約 1/80,000、か 10 倍の。 それは分子レベルの物質の化学および物理的性質を処理します。 ナノテクノロジーは私達が考える方法、それを汚します物理学、化学間の境界を変え、生物学は、これらの境界の除去教育および研究の構成のための多くの挑戦そして新しい方向を提起します。

そこの Feynman によってが 1959 の底にスピーチによって呼出される ` 沢山の部屋」であるリチャードはこの概念を強調しました - 私達の小さい心が、便利のために部品に、この宇宙、物理学、生物学、地質学、天文学を分ければ、心理学等 - 性質がそれを知らないことを覚えて下さい [1]。

Nanobiotechnology は人間工学およびナノテクノロジーの統一です。 このハイブリッド訓練はまた分子レベルで生物系を模倣するか、または原子によって自然な構造の特性原子を調査するか、または変更するために組み込むことによって原子スケール機械を作ること、または小さいツールを構築することを意味できます。 Nanobiotechnology は分子生物的アプローチとの古典的なマイクロ技術の組合せがあることができます。 人間工学は製品およびサービスを開発する分子、遺伝の、および細胞プロセスを処理するのに生物学の知識そして技術を使用し薬からの農業への多様なフィールドで使用されます。 収束は、作業ですまたは共通材料にそしてこのケース機能で基づいて収束を可能にする訓練発生する傾向はナノテクノロジーです。 このインターフェイスによって提供される潜在的な機会は偽りなく顕著です; バイオテクノロジー、 nanotech および情報技術の重複は達成に生命科学の多くの重要なアプリケーションを持って来ています。

この技術は革新を作成し、さまざまな生物医学的なアプリケーション (薬剤配達および遺伝子療法のだけ、また分子イメージ投射、 biomarkers およびバイオセンサーの重要な役割をの図 1)、担うと期待されます。 病理学の早い診断のためのターゲット特定の薬療法そして方法はナノテクノロジーが大きな役割 [2] 担う優先順位の研究分野です。

AZoNano - ナノテクノロジーのオンラインジャーナル - 生物医学科学を革命化するナノテクノロジーの図式的な実例。

生物医学科学を革命化する図 1. ナノテクノロジーの図式的な実例。

健康の生物工学の借款団 (BECON) の各国用協会は 「Nanoscience および技術と資格を与えられた 2000 のシンポジウムを保持しました: 生物医学的な研究の″ [3] 形成。 nanoscience およびナノテクノロジーの 8 つの領域は会議でアドレス指定され、生物医学の研究に最も適切であると信じられました。 これらの療法へのナノテクノロジーの nanostructures の領域によって含まれている統合および使用、アプリケーション、病気の早期検出のための biomimetic および生物的 nanostructures、電子生物学インターフェイス、装置、単一の分子の調査のためのツール、ナノテクノロジーおよびティッシュ工学。

BECON の目標はこれらの問題に関係し、生物医学的なコミュニティをナノテクノロジーのフィールドの出現の開発をよりわかっているようにするために彼らの技術および知識の違った見方を持って来るエンジニアと生体科学者間の通信連絡を高めることでした。 会議の熟考は個々の分子を nanoscale で処理し、他の nanoscale の構造と生体物質を結合する能力を高める日常の経験によって今広く補強されます。 この能力は明かでなく新しい治療上および診断アプリケーションに新しい構造の建物を始めから可能にすることによって機会を提供します [4]。

近い未来では、ナノテクノロジーの最も重要な臨床応用は薬剤の開発におそらくあります。 これらのアプリケーションは薬剤として nanoparticles の一義的な特性か薬剤の要素を利用するか、または制御されたリリースへの新しい作戦のために設計されていましたり、低い生物学的利用能 [5-7] の薬剤の目標と、および海難救助に薬剤を入れます。

Nanoscale ポリマーカプセルは酸媒体のような許可し、腫瘍の通風管を対正常なティッシュ [8] 促進するために制御されたレートで薬剤を、ある特定の環境の差動リリースを破壊し、解放するように、設計することができます。 多くの研究は新しいポリマーを作成し、特定の薬物ポリマー組合せを探索することに今焦点を合わせます。 Nanocapsules は単量体からまたは前もって形成されたポリマー [9] の nanodeposition によって直接総合することができます。 Nanocapsules はまたアルブミンおよび liposomes から作り出されました。 開発されている Implantable 薬剤の投射手段薬剤リリースを制御するために nanopores を利用します。

生物学的利用能の重要な問題の 1 つは DNA の遺伝子療法のセルトランスフェクションです。 現在の方法にウイルスのベクトルによって病気の不注意な伝達の危険を含む重要な限定が、あります。 これは研究者を遺伝子配達 [10] のためのポリマー DNA 複合体そして liposome DNA 複合体を探索するために導きました。 nanoparticles の形の密集させた DNA が transfect の postmitotic セル [11] に使用することができることがまた示されていました。

危険および限定にもかかわらず、ウイルスのベクトルは目標とすることに薬剤を入れる効率的な biomimetic アプローチおよび配達です。 HIV ウイルスからの tat のペプチッド (HIV)および他のウイルス蛋白質は DNA、蛋白質および通風管のためにセルに他の材料に接続されています。 これらの nano アセンブリはウイルスのトランスフェクションを効率的にさせる融合蛋白質の処置をまねます [12、 13]。 ナノテクノロジーはまた biochips の開発を可能にし、緑製造業に於いての役割があります (例えば biocompatibility および biocomplexity 領域)。 他のアプリケーションはデザインによって宇宙飛行士、兵士、 biofluids (DNA および他の分子を扱うために)、家畜の体外受精、 nanofiltration、 bioprocessing の `」および遺伝的に修正された食糧 (表 1) のトレーサビリティのためのセンサーのデザインを含んでいます。

生物医学科学へのナノテクノロジーアプリケーションの表 1. のリスト。

Nano アプリケーション

参照

病原体の生物検出

15

蛋白質の検出

16

DNA の構造の精査

17

ティッシュ工学

18、 19

腫瘍 (高熱) の熱破壊

20

Phagokinetic の調査

21

MRI の対照の機能拡張

22

生体物質およびセルの分離そして浄化

23

蛍光生物的マーカー

24、 25

薬剤および遺伝子配達

26、 27

人工的なセルおよびアセンブリ

28

効率的な電子輸送のためのまたは機械機能が付いている蛋白質のデザイン

29

すくいのペンの技術を使用して

30、 31

生きている生態系の nanostructures の形成そして成長 (例えばアルファルファのプラントによって)

32

バイオセンサー

33

Nanobiomotors

34-36

Biomineralization

37

Nanorobotics

14、 38

Nanocomputers

39

ワクチン接種アプリケーションのための Nanorods

40

ナノテクノロジーのための探険領域は頭脳の状態や修理に研究および認知を取り戻すための他の領域を含んでいます。 それはまた忍耐強い遺伝子型の機能としてとプラント遺伝子型の機能として生産を刺激するために化学薬品を加えることのアプリケーションを医薬品を設計すること見つけるかもしれません。 農業のためのより有効な、生物分解性の化学薬品の統合および implantable 探知器の生産は最小の量の血のナノテクノロジーによって助けることができます。 この技術を用いてまた行うことができる病気の検出のために血の代りに唾液を使用するまたは短いある一定の時間以内の血のテストを完了する方法を開発することも可能なはずです。 より広い問題は経済的な分子薬、持続的農業、 biocomplexity および出現技術を可能にすることの保存を含んでいます。

リチャード E. Smalley の新しい黄金時代に私達のエントリの科学的な、技術的なコミュニティの増加する意識についての米国の政府に彼の議会の証明で発表される化学の 1996 年のノーベル賞の勝者。 ナノテクノロジーの医学アプリケーションの急増の興味は nanomedicine [14] として知られている新しい訓練の出現の原因となりました。 より広いスコープで、 nanomedicine はで、扱い診断、病気および外傷性の傷害を、苦痛を、および人間の健康を維持し、高めるプロセス取り除く、人体の分子ツールそして分子知識を使用して防ぎます。 この検討の目的は最近の前進のより多くのライトおよび生物医学科学のナノテクノロジーの影響を投げることです。

最近の進展

医薬品の適切で、有効な配達の医学診断は粒子を見つけた実用化を nanosize 医学領域です。 ただし、医学研究および臨床方法のフィールドの nanomechanical ツールの使用のための他の多くの興味深い提案があります。 そのような nanotools は構築を待って、現在想像のような多くです。 それにもかかわらず、それらはかなり有用です、そして近い将来に現実になるかもしれません [41]。

医学の Nanodevices は Freitas [42] によって提案された respirocyte のような不完全なか不適当に作用のセルを、取り替えるために作用できます。 この人造の赤血球は酸素を赤血球よりもっと効果的に提供する論理上ことができます。 それは血循環の不完全で自然で赤いセルを取り替えることができます。 respirocytes の一次アプリケーションは transfusable 血の取り替え、貧血症、出生前/新生児問題および肺無秩序をの部分的な処置の含むかもしれません。

nanomachines が患者のボディ内の薬剤を管理できることが報告されました。 そのような nanoconstructions は処置をより正確および精密にする独特なサイトに薬剤を渡すことができます [43]。 特定の ` の武器が付いている同じような機械が」循環系または腫瘍のセルの識別そして殺害の障害を除去するのに使用できます。

医学研究に関連するナノテクノロジーの他の重要なアプリケーションおよび診断は nanorobots です。 人体で動作する Nanorobots は異なった混合物のレベルを監察し、内部メモリの情報を記録できます。 それらはある特定のティッシュの検査でバイオメカニカル、 histometrical 機能をさらに詳しく調査する急速に生化学的な使用、できます。 ちょうど人間工学が nanomaterials から使用できる処置オプションの範囲そして効力を拡張するので分子ナノテクノロジーの出現は再度同時にかなり危険、費用および invasiveness を減らしている間未来の治療の有効性、慰めおよび速度を非常に拡大します。

人間工学は多数は特別な公式の技術が薬物準問題を克服するように要求する注文仕立ての生産および biopharmaceuticals および biotechnological 薬剤可能にします。 解決するべきそのような主要な挑戦は次を含んでいます: 管理 (すなわち短い半減期) の後の悪い容解性、限られた化学安定性生体外でそして生体内で、処置 (目標とすること) のサイトで薬剤の強化を必要とする悪い生物学的利用能および可能性としては強い副作用 [44]。 Nanoparticulate のキャリアは 1 つの解決としてそのような配達問題、すなわち薬剤の nanocrystals、固体脂質の nanoparticles、 nanostructured (SLN) 脂質のキャリアおよび脂質薬剤の (NLC)共役 nanoparticles [ (LDC)44] 克服するために発達しました。 紛砕機および同僚によって報告されるようにキャリアは別の容解性のバイオテクノロジーの薬剤との配達問題を解決して適しています。 これらのキャリアによって目標とすることは非常に簡単なアプローチ、差動蛋白質の吸着 (PathFinder® の技術) によって実現することができます。 頭脳の薬剤の十分に多量を治療上のレベルに達し、また薬品会社によって追求される主要な条件を達成するために集めるには十分に効率的であると証明されるこの技術。

特定のカラーの nanodots が付いている Quantum の点は適用範囲が広い信じられ、いくつかの異なったウイルスの存在のための血液サンプルを同時に選別する安く、簡単な方法を提供できます。 それはまた医者に強く心筋梗塞の手始めを明記する特定の一組の蛋白質の存在を検出するために速い診断のツールを与えることができます。 研究の前部で、同時にセルのそしての中の多重生体物質に付ける機能は科学者が未来の医薬品および therapeutics (Quantum Dot Corporation) の開発に貴重な糸口を [45] 提供する病気と関連付けられた複雑な細胞変更およびイベントを見ることを可能にすることができます。

HLBS (中心、肺、血およびスリープ) の研究および無秩序にナノテクノロジーのアプリケーションを促進する各国用の中心、肺および血の協会 (NHLBI) の計画。 情報要求は (RFI)キャンバスへのナノテクノロジーの興味の科学者そして医者からの助言と、 HLBS の無秩序にナノテクノロジーを開発し、適用することへのアプローチのより広い科学界開発されました。 ナノテクノロジー、 nanoscience および HLBS の薬を渡る専門知識の科学者、エンジニアおよび医者から成り立っているワークグループは議論のためのth起点として RFI の応答を使用して 2003 年 2 月 28 日に、会いました。 ワークグループはナノテクノロジーのフィールドを査定し、研究のための方法を提案することと委託されました。 ワークグループは nanoscale からのマイクロスケールにスケールの連続を強調するナノテクノロジーの堅いですか制限する定義に対して過度に警告しました。 グループはまた nanoscience のアプリケーションおよび HLBS の無秩序の改善された診断、処置および防止にナノテクノロジーと関連付けられたそれ以上の開発に機会および挑戦の領域を識別しました。 それはまた生物的質問にナノテクノロジーのアプリケーションを促進する順位をつけられた勧告を開発し、患者管理 [46] 改善しました。

分子的に捺印されたポリマーが制御された薬剤リリース、薬剤のモニタリング装置および生物的および抗体の受容器の模倣者のような臨床応用に医学的に有用どのようにであることができるかカーディフ大学の薬学のウェールズの学校の抵抗のグループおよび他は見ました。 ヒスタミンおよびエフェドリンの分子的に捺印されたポリマーは (MIPs)潜在的な生物的受容器の模倣者として propanolol MIP が transdermal 制御装置 [47] の選択的な結合剤を減少させるレートとして使用のために調査された間調査されました。

最初の人工的な電圧ゲートで制御された分子は 1995 年にコロラド州の州立大学のチャールズ R. マーティンおよび同僚 [48] によって製造されました nanosieve。 マーティンの膜は 1.6nm 小さい内径が付いている円柱金の nanotubules のアレイを含んでいます。 tubules が正荷電のとき、肯定的なイオンは除かれ、否定的なイオンだけ膜を通して運ばれます。 膜が否定的な電圧を受け取る時、肯定的なイオンだけが渡ることができます。 同じような nanodevices は気孔のサイズ、形および料金の抑制と重要な分子特定性のイオン輸送の精密な制御を達成するためにゲートで制御する電圧を結合するかもしれません。 絶妙に敏感なイオンチャネルスイッチのバイオセンサーはオーストラリアの研究グループ [49] 構築されました。

私達がワトソンおよび Crick によって DNA の二重螺旋の構造の発見の 50 記念日と一致した全体のヒトゲノムの配列の完了を祝ったth ので 2003 非常に特別な年生物医学的な研究のための名づけることができます。 生物医学的なイメージ投射では、私達はまた磁気共鳴イメージ投射の 2 人の開拓者に薬および生理学のノーベル賞、ポール Lauterbur 教授およびピーターマンズフィールドの授与を目撃しました。 これらの陸標のイベントは生物医学的な研究に多くの多様な訓練の急速な開発の影響の強調を助けました。 電子工学および情報技術のてこ比そして途方もない前進は生物医学的なイメージ投射研究 [50] によってもたらされました。 未来の生物医学的な研究の機会そして挑戦は生命のあい昧性そして複雑さを理解し、新しい診断および治療上の方法を思い付くために化学、物理学、工学、情報技術およびナノテクノロジーを用いる分子生物学から得られる知識の結合にあります。

カルシウム隣酸塩 nanoparticles は遺伝子の目標とされた配達のための効率的な、代わりとなる DNA のキャリアとして役立つことができる非ウイルスのベクトルの一義的なクラスを示します。 超低いサイズのデザインそして統合は、直径の 80nm のまわりのサイズの非常に monodispersed DNA によって添加されるカルシウム隣酸塩 nanoparticles 報告されました [51]。 nanoparticle の中でカプセル化される DNA は外部 DNase の環境から保護され、生体外および生体内の条件の下でカプセル化された DNA を転送するのに安全に使用できます。

光学的に遺伝子配達の細胞パスおよび非ウイルスのベクトルとして nanoparticles の使用による生じるトランスフェクションを追跡するための biophotonics との nanomedicine の組合せのアプリケーションは最近示されてしまいました [52]。 遺伝子配達はかなりの現在の興味の領域です; 遺伝物質 (DNA、 RNA およびオリゴヌクレオチド) は分子薬として使用され、特定のセルタイプにへの禁じるか、望ましくない遺伝子発現をまたは表現します治療上の蛋白質を提供されます。

Nano DNA 技術

ポリメラーゼ連鎖反応 [53、 (PCR) 54] の発見は生物的研究の新しい時代に道を開きました。 影響は分子生物学のフィールドでだけ、また科学の他の同盟フィールドで感じることができます。 の新しいクラスは明示されている supramolecular nanocircles に変換することができる半合成 DNA 蛋白質の共役、 streptavidin から成っている自己組み立てられた oligomeric ネットワークおよび二重残された DNA の開発されました [55、 56]。

DNAstreptavidin 共役は免疫 PCR 方法によって蛋白質および他の抗原の超高感度のトレース分析のための新しい免疫学の試薬の生産のためのモジュラーブロックとして適当です [57-59]。 免疫 PCR は標準 ELISA (酵素リンクされた immunosorbent の試金) 方法と比較して感度の 1000 フォールドのある程度に終って PCR の拡大の指数力との抗体ベースの免疫学的検定の特定性の組合せ、それ故にです。

自己組み立てられた DNAstreptavidin 共役はまたナノテクノロジーのフィールドで加えられました。 例えば、共役はイオン切替可能な nanoparticle ネットワークのためにモデルシステムとして、ナノメータースケールの ` の柔らかく物質的な」スキャンのプローブの顕微鏡検査 [60、 61] のための口径測定の標準として、またはナノメータースケールの無機装置 [62、 63] の成長のためにテンプレートとして使用されるかもしれない複雑な biomolecular アーキテクチャの理性的な構築のためのプログラムされたブロックとして使用されます。 単一残された DNA および streptavidin の共有共役は核酸の交配による固体基板で biotinylated 高分子の固定のために biomolecular アダプターとして使用されます。 この ` は金属および半導体の nanoparticles が付いている固体基板の可逆およびサイト選択的な functionalization または、逆に、免疫グロブリンおよび酵素のような蛋白質が付いている金の nanoparticles の DNA によって指示された functionalization を固定を」可能にします、 DNA 指示しました。 金の nanoparticles からの機能 biometallic nanostructures の製造および抗体は bioanalytics [64] の診察道具として加えられます。

高スループット単一のヌクレオチドの多形の分析の Nanobiotechnology

2,000,000 の単一のヌクレオチドの多形 (国際的な SNP のマップのワークグループ 2001 年) に含んでいるヒトゲノム (SNPs)シーケンスの変化のマップの出版物に従がって次の挑戦は費用有効方法でこの情報を使用する技術の開発です。 Genotyping 方法は新しい診断および療法の開発のための必然的な潜在性の遺伝の等価異形暗号と病気間の連合の、覆いを取る薬剤、 biotechnological および学術の研究を可能にするために少なくとも 2 つの一桁によってスループットを増加するために改善されなければなりません。 DNA の抽出および拡大への新しいアプローチは秒にこれらのプロセスに必要な時を省略しました。 Microfluidic 装置は総合システム [65] の試薬そして生体物質の混合および輸送とともに毛管電気泳動および高性能液体クロマトグラフィーを使用して非常に急速なフラグメントの分離によって多形の検出を、可能にします。 高スループット SNP genotyping 条件と互換性がある DNA の抽出および浄化システムの開発の基本的な目的は次のとおりです:

•        DNA の酵素の (すなわち endonucleases) または機械 (せん断の) 故障のない解決へのセルからの DNA のリリース;

•        DNA の拡大または交配の試金を妨げるかもしれない細胞残骸 (例えば蛋白質) の取り外し;

•        含まれるプロシージャの番号を減らす簡単プロトコルの高スループットそして経済的な DNA のサンプル準備;

•        処理および処分の費用を最小化する危険な化学条件の回避できるだけ;

•        定量化が不必要であるようにサンプル間の DNA の収穫の品質の整合性そして量両方、およびそれに続く拡大や交配は再現性の高度にある場合もあります;

•        非常に能率的なプロセス、予想される試金の巨大な番号のための十分な供給を保障するため; そして

•        システム [65] に通常見本抽出されたバイオプシーの直接ローディングを可能にするインターフェイス。

ナノテクノロジーのための潜在性は急速な高スループット SNP 分析に貢献するスマートな biochip のプラットホームと最も明白です。 Heller L. 等 2000 年によって記述されているように電子的にアドレス指定可能なマイクロアレイのプラットホームの開発は [66] Nanogen Inc. (サンディエゴカリフォルニア米国) をもたらしました。 1 日あたりの 10 の遺伝子型の等級の SNP のスクリーニングスループットが可能な 1つ以上の技術のプラットホームの提供7 の挑戦は確立されるべき遺伝子と病気間の重要な連合を許可するために達成される必要があります。 さらに、技術のプラットホームはまた遺伝子型ごとの費用がより少しよりであること実行可能であるのに必要な選別の大きさのための 0.01$ 規模の経済を、そのような物提供する必要があります。 ナノテクノロジーの急速に成長フィールドから、新しいツールおよびプロセスは必要な機能を提供する潜在性ともたらされました [67-69]。

ゲノムに近似性に互いに発生する SNPs の相違は複製のプロセス中に普通連結が関連させた原因であり、この相関関係の範囲は連結不安定と名づけられます。 重要な連合が特定の SNPs で観察される遺伝の変化および病気の存在の間に発生する一方、敏感な遺伝子は識別することができます。 偽肯定的な結果を除去するのに必要とされた統計的推定は McCarthy および Hilfiker (2000 年) によって見直されました [70]。 彼らはサンプルの大きさの線形増加がテストされるマーカーの番号の増加あらゆる一桁に必要であることを提案します。 それ故に、 1,000,000 SNPs を含むスクリーニングプログラムからの敏感な遺伝子の確実な識別は 1000 の最小のサンプルの大きさを必要とします (すなわち最低 10 SNPs は9 選別されなければなりません)。

Biomarkers として Nanoparticles

Nanoparticles は腫瘍のセルの量的で、質的な生体外の検出に使用することができます。 それらは分析をより敏感するために劣化からマーカーを集中し、保護することによって検出プロセスを、高めます。 例えば A431 セルの表皮の成長因子の受容器を加えられました (人間の epidermoid 癌腫のセル) [71] 検出するために、 streptavidin 上塗を施してある蛍光ポリスチレンの nanospheres Fluospheres® (緑の蛍光性) および (EGFR) TransFluospheres® (赤い蛍光性) は単一カラー流れ cytometry で。 結果は蛍光 nanospheres が共役 streptavidin フルオレスセインのそれよりもっとの感度を 25 倍提供したことを示しました。

新しいツールは nanoharvesting エージェントが循環 (例えば derivatized 金の粒子) にまたは血のコレクション装置に″の分子モップの″として機能するために浸透させる浸ることができ、あるバインドされた、 complexed biomarkers を増幅するという、今、 proteomics およびナノテクノロジーの交差で設計されていて発達させることができます [72-74]。 これらの nanoparticles は、バインドされた診断貨物と質量分析によって、低分子量のおよび富ませた biomarker の署名を明らかにするために直接問い合わせることができます。 最終的に、病気を検出するためのあらゆるアプローチのユーティリティは忍耐強い結果および無病の存続 [75] への臨床影響で査定されます。 緊急に一般に必要となる何が病気の調査に、治癒可能な病気を先に検出できるおよび高度の病気をよりよく検出しないことです biomarkers の開発。

対照のエージェントは腫瘍の診断の為に nanoparticles にロードされました。 nanoparticles の物理化学的な機能 (粒度、表面電荷、表面のコーティング、安定性) は興味の特定のサイトでマーカーのリダイレクションそして集中を可能にします。 分類されたコロイド粒子は radiodiagnostic エージェントとして使用できます。 一方では、ある非分類されたコロイドシステムは既に使用中であり、いくつかはまだコンピュータ断層撮影および NMR イメージ投射のような関連の診断プロシージャの対照のエージェントとしてテストされています。

今まで、癌の検出のための nanoparticles との診断イメージ投射の radionucleide の使用の調査はまだ出版されるべきです。 ただし、慣習的なコロイド粒子がレバー、脾臓、肺および骨髄のような器官のセルである場合もあると同時に nanoparticles をずっと循環することは腫瘍の開発のための潜在的なサイトであるすべてのこれらの器官血循環またはリンパ系の区画のローカリゼーションがあることができると同時にこれらのコロイドシステムは可能性としては腫瘍の診断を改善でき。

将来、特定の結合親和性と設計される nanoparticles は集められた体液に再停止されるか、または循環に多分直接注入することができます。 nanoparticles は、バインドされた分子とともに設計されたフィルターで、直接捕獲され、超高解像の質量分析 (例えばフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴) によって直接質問できます。

分解された酸素の測定のナノテクノロジー

酸素は好気性システムの主要な代謝物質の 1 つであり、分解された酸素の測定は医学、産業の、および環境アプリケーションの死活的重要性をもちます。 分解された酸素濃度を測定するための方法の最近の興味は慣習的な電流測定の電極上の利点による光学センサーにそれらがより速く、酸素を消費しないし、そして容易に毒されないこと主に焦点を合わせました [76、 77]。

光学小石 (生物学的に集中させた埋め込むことによってカプセル化されるプローブ) の nanosensors は組織的に修正されたケイ酸塩 (ormosil) の nanoparticles を使用して分解された酸素のためにマトリックスとして開発されました。 ormosil の nanoparticles は前駆物質 [78] として methyltrimethoxysilane とコーティングの層の形成に先行している前駆物質として phenyltrimethoxysilane が付いているコア粒子の形成が含まれている SOL ゲルベースのプロセスによって準備されます。 ormosil の nanoparticles の非常に透過性の構造および疎水性性質、また小型は分解された酸素への優秀で全面的な癒やす応答および 0 の -100% 酸素飽和させた水に全範囲上の線形応答で、起因します。 この小石センサーに細胞測定のための減らされたほかの雑音に終ってより高い感度およびより広い直線性、またより長い刺激および放出波長が、あります。 小石センサーは濾過および長期保管に可逆性および安定性の点では優秀です。 閉じる区域のセル呼吸に遺伝子の銃によって渡された小石によってよる分解された酸素の変更の実時間監視はなされました。 このセンサーは今酸素およびブドウ糖 [78] の同時細胞内の測定のために応用です。

P450 酵素へのナノテクノロジーのアプリケーション

チトクローム P450 は生物分析的な領域 [79] に非常に関連しています。 それらは薬剤の開発および発見のプロセスの重要な役割を担うほとんどの薬剤の使用中の今日の新陳代謝に必要なすべてのティッシュで現在の酵素の大家族を形作ります。 彼らはかなり広い regioselectivity のいろいろな基板 (r) に次同等化に示すように水をまくために他の酸素原子の付随の減少の原因となる酸素の分子の 2 個の原子の 1 個の挿入のための触媒として行動します [29]。

複数の方法は高いスループットフォーマット [80-83] の P450s によって基板の転換のスクリーニングのための文献で報告されました。 ただし、皆特定のマーカーの基板の変換の検出による P450 酵素の作業のテストに限定されることを及びませんが Tsotsou 等 2002 年 [84] あらゆる NAD (P) H または NAD (P) 扶養家族の酵素の転換を検出できるずっとアルカリ方法と呼出される方法を開発+ できます。 これらの研究の前部の進歩および組合せは蛋白質のアレイ技術に特に関連してこれらの酵素の未来のアプリケーションに強力なプラットホームを、提供します。

ティッシュ工学へのナノテクノロジーのアプリケーション

ティッシュ工学はボディの外科配置かもたらされる生体細胞の bioartificial 構造物かインプラントを使用して正常な修理の刺激にそのままで先行している新しいティッシュの作成に生体外で基づいているか、または損傷の領域に近づきます。 それが患者自身からの (autologous) または他の人間ソースからの人間材料の、 (allogeneic) 使用に主にかかわっているけれども、他の哺乳類ソースからの材料はまた人間で加えられました (xenogeneic)。

マイクロエレクトロニクスの介入か、目のような、ターミナルに病気にかかっている耳 1 つの場所を取ることができる偽りなく bioartificial ティッシュのをか器官、中心、または接合箇所作成のナノテクノロジーは予想されました。 人工器官の成長の使用のための Implantable 人口装置そして nanoscaffolds はナノテクノロジーの研究者の目的です。 骨の置換のための hydroxyapatite の Nanoengineering は適度に進みます [85、 86]。

将来、私達は医学の nanodevices が血流に定期的に植え付けられたりまた更に健康を監察し、自動的に確立された標準から逸脱させるシステムの修理に加わるために注入される世界を想像できます。 これらの nanobots は病気の表現 [4] の間に初期で介在を最適化するために忍耐強い遺伝子型および表現型へそれらを合わせることによって個人化できます。

新しい器官の成長

セルの Nanoscale の建物はプログラムされた複製によって達成することができます。 シグナルは望ましいサイズおよび形形式のための命令と建築現場前後に送信されます。 完全な命令が終了するとき、器官は必要な指定に従って育てることができます。

必須の人体の免疫学の状態と互換性があるために符号化されたこれらの器官は必要な DNA があることができます。 これは生物系により適切なインターフェイスを示す生きた組織が付いている人工的な構造の統合を高めることができます。 免疫の反作用同じでない今日の供給器官の移植の不在の利点を使って。 今後これは器官の障害の無秩序の管理の大飛躍を達成できます。

AZoNano - ナノテクノロジーのオンラインジャーナル - 新しい器官の nanoscale の構築そして成長の写実的な表示。

図 2. 新しい器官の nanoscale の構築そして成長の写実的な表示。

分子イメージ投射

遺伝的に符号化された蛍光および bioluminescent レポーターを使用して新しいイメージ投射アプローチは決して前に観察されるように生きているボディに (すなわち、照らされるか、または白熱識別票) 暴露の洞察力を提供していません。 これらのレポーターが提供する情報がヒト生物学の私達の理解および癌、伝染、 neurodegenerative および心循環器疾患を含む多くの病気のための治療上のアプローチの開発を、高めるのに使用することができます。

に加えて分子エージェント、主力産業と今のところ作られてまた展示しています科学者が分子レベル (表 2) で有機体を見ることを可能にする急速に展開は画像技術を進歩します。

分子イメージ投射および関連作成会社の表 2. の最新の製品。

製品名

会社 (ies)

SPECT/CT ハイブリッドイメージ投射システム

フィリップスの医学システム/Siemens の医学の解決

GFAP リュック (glial 繊維の酸蛋白質)

キセノン

超音波の泡

Schering AG

NeuroSpec™ (radiodiagnostic エージェント)

Tyco のヘルスケア/Mallinckrodt Inc。

位置を超探索して下さい (容積測定 CT システム)

GE の医学システム

Definity® か Sonolysis™ (nanosurgery)

ImaRx

•        SPECT/CT のハイブリッドシステムは分子および細胞プロセス (成長および作業) および目標とされた分子構造の解剖細部の機能情報を (サイズおよび形) 標準撮像装置よりもっとすぐに、効率的そしてはっきり捕獲します。 これらのシステムから得られる画像は腫瘍の急速な識別、適切な処置、正確に標的細胞を破壊する目標とされた療法の配達の分析と助けることができ処置の有効性を査定するために追います。

•        キセノンはより新しいライトを示しま transgenic 動物モデル (GFAP リュック) を分子イメージ投射の第 3 年次総会のための社会の間に作り出します。 このモデルは追跡の損傷のための重要なモデルおよび後 ischemic 打撃またはパーキンソン病のような慢性の神経学的な条件の修理であると証明するかもしれません。

•        超音波の対照のエージェントは小さい 「microbubbles の″から成っていますライトを分散させ、臨床医が心筋のどの部品が不完全に作用しているか見ることを可能にする。 慎重にパターンを破壊し、非常に強く、非常に独特の一時的な効果を作り出すので超音波の感度そして柔軟性はイメージ投射 microbubbles のそれに最も敏感な方法をします。 例えば、

•        別の方法で Sonolysis™として知られている Definity® は新しい治療上のアプリケーションのためのガスに満ちた microbubbles です。 管の血栓症を分解するために、 microbubbles は患者に静脈内で管理されるか、または管の接木のような特定の管構造に局部的に注入されます。 超音波は凝血の領域に (またはカテーテルで内部的に適用することができます) 集中させた、目標とされた処置を提供するために外部に適用されます。 microbubbles が血塊を潅流すると同時に、超音波が泡脈打ち、超音波フィールドの泡を爆破する凝血の分解の原因となる micromechanical 装置として機能します。 Sonolysis の nanosurgery は管の血栓症の処置のための目標とされた nanoinvasive 療法局部的にあります。 血栓症を扱うための代わりとなる療法と比較されて、 sonolysis は出血のより少ない危険の機械 thrombectomy そして速くより慣習的な薬療法よりより少なく侵略的であることの潜在的な利点をできます。

•        NeutroSpec™は患者への血の取り外しそして再注入のための必要性なしで白血球および myeloid 前駆物質を分類する radiodiagnostic エージェントです。 この新製品は 5 年古く、上りの虫垂炎の曖味な印を持つ患者のためです。 NeutroSpec はまたガンマのカメラによって生成される画像の視覚化を促進しまそれにより普通代わりとなる白血球分類プロセスと加入する時間の遅れや危険を除去する伝染のサイトを見つけることを医者を迅速かつ簡単に許可します。

•        位置を超ですティッシュ、腫瘍および器官潅流の生理学的な測定そして精巧な解剖学を量的に表わすことができる一流の容積測定 CT システム探索して下さい。 位置はまた計測秒のレートで超画像の獲得を行いま、ダイナミックなイメージ投射を可能にします。

概要

新しい分子を検出し、それらの使用できる処理するためのナノテクノロジーのアプリケーションの学際的なフィールドはヘルスケアを改善する潜在性で自然に眩ますことができます。 nanobiotechnology のスピン・オフは世界のすべての国を渡って利用できます。

将来、私達は医学の nanodevices が血流に定期的に植え付けられたりまた更に健康を監察し、自動的に正常なパターンから逸脱させるシステムの修理に加わるために注入される世界を想像できます。 生物医学的なナノテクノロジーのフィールドの継続的進歩は補足フィールドの研究グループの確立そして共同です。 そのような共同は専門フィールドレベルでだけ、国際的にまた維持されなければなりません。 国際協力の正常な開発そして実施は研究のグローバルな視点を促進し、人類に利点を一般にひとつにまとめます。

ただし、薬のナノテクノロジーは長時間の遅延および多数の障害が避けられないこと巨大な技術的なハードルに直面します。 同様に、それはおよびどこにでも打つまたは血循環の nanoparticles と関連付けられる危険べきではないですとき、エネルギー生成のアプリケーションと関連付けられるテロリストおよび災害の手の戦いで適用されたとき nanobiotechnology の危険そして否定的な結果当然と思う。 ナノテクノロジーがそれ自体単一の出現の科学的教義むしろ化学、物理学、生物学およびこれらの新しい技術の開発に必要な必須の集合的な知識および専門知識をひとつにまとめる物質科学のような従来の科学の妥協点でなくこと感謝されているべきですである。

確認応答

著者は原稿および有用な提案の彼らの重大な検討のための教授ガイ M. に Tremblay および先生ヤコブ Bonlokke および Cecile Bilodeau の図 1. を設計するための視聴覚部門また氏彼らの感謝を表現したいです。

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