Nanotechnology, nanomedicine and Disease

นาโนเทคโนโลยีหมายถึงการใช้อนุภาคที่มีขนาดนาโน (ประมาณ 1-100 พันล้านชิ้น) สำหรับการใช้งานด้านอุตสาหกรรมหรือทางการแพทย์ที่เหมาะสมกับคุณสมบัติเฉพาะของพวกเขา สมบัติทางกายภาพของธาตุและวัสดุที่เป็นที่รู้จักสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่ออัตราส่วนของพื้นผิวกับพื้นที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก i. อี เมื่อขนาดนาโนได้รับ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อไปจากมาโครเป็นขนาดเล็ก

การเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพเช่นคุณสมบัติคอลลอยด์ความสามารถในการละลายและความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาพบว่ามีประโยชน์อย่างมากในด้านเทคโนโลยีชีวภาพเช่นการบำบัดทางชีวภาพและการส่งมอบยา

คุณสมบัติที่แตกต่างกันมากของอนุภาคนาโนชนิดต่างๆทำให้เกิดการใช้งานใหม่ ๆ ตัวอย่างเช่นสารที่ทราบว่าเป็นวัสดุเฉื่อยโดยทั่วไปอาจกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา อนุภาคนาโนขนาดเล็กมากช่วยให้สามารถเจาะเซลล์และโต้ตอบกับโมเลกุลของเซลล์ อนุภาคนาโนยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์และทำให้สารกึ่งตัวนำและตัวแทนการถ่ายภาพยอดเยี่ยม เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้วิทยาศาสตร์นาโนเทคโนโลยีจึงเริ่มใช้งานได้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาโดยมีการทดสอบและการจัดทำเอกสารเกี่ยวกับการใช้นวนิยายแบบใหม่สำหรับอนุภาคนาโนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านนาโนเมดิคัล

การพัฒนา nanotechnologies สำหรับการประยุกต์ใช้ nanomedical ได้กลายเป็นลำดับความสำคัญของ National Institutes of Health (NIH)

ในช่วงปี 2547 และ 2549 NIH ได้จัดตั้งเครือข่ายศูนย์พัฒนาด้านการแพทย์แบบครบวงจรแปดแห่งซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ NIH Nanomedicine Roadmap Initiative ในปีพ. ศ. 2548 สถาบันมะเร็งแห่งชาติ (NCI) ได้ให้ความช่วยเหลือ 144 ล้านเหรียญ 3 ล้านกว่า 5 ปีสำหรับโครงการ "พันธมิตรเพื่อนาโนเทคโนโลยีในโรคมะเร็ง" ซึ่งเป็นแหล่งทุนศูนย์ความเป็นเลิศด้านเนื้องอกวิทยามะเร็ง 7 แห่ง (คิม 2550)

เงินทุนสนับสนุนโครงการวิจัยต่างๆในด้านการวินิจฉัยอุปกรณ์ไบโอเซนเซอร์ไมโครฟลูอิทิกส์และการรักษาโรค

วัตถุประสงค์ในระยะยาวของโครงการ NIH คือเป้าหมายเช่นความสามารถในการใช้อนุภาคนาโนเพื่อค้นหาเซลล์มะเร็งก่อนที่เนื้องอกจะโตขึ้นให้ถอดและ / หรือแทนที่ส่วนที่ "แตก" ของเซลล์หรือกลไกของเซลล์ด้วยโครงสร้างขนาดเล็ก, "เครื่องจักร" และใช้ "เครื่อง" แบบเดียวกันกับปั๊มหรือหุ่นยนต์เพื่อส่งมอบยาเมื่อใดและที่ต้องการภายในร่างกาย ความคิดทั้งหมดเหล่านี้เป็นไปได้จากเทคโนโลยีปัจจุบัน อย่างไรก็ตามเราไม่ทราบเพียงพอเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพของโครงสร้างภายในเซลล์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับอนุภาคนาโนเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์เหล่านี้ทั้งหมด เป้าหมายหลักของ NIH คือการเพิ่มความรู้ในปัจจุบันเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์และกลไกของเซลล์เหล่านี้เช่นอนุภาคนาโนที่สร้างได้อย่างแม่นยำสามารถรวมเข้าด้วยกันโดยไม่มีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์

อนุภาคนาโนชนิดต่างๆที่กำลังศึกษาอยู่สำหรับการใช้งานในด้านนาโนเมดิคัลพวกเขาสามารถเป็นโครงสร้างโครงร่างคาร์บอนเช่น fullerenes หรือ micelle เหมือนไขมัน liposomes ตามที่มีอยู่แล้วในการใช้งานสำหรับการใช้งานจำนวนมากในการจัดส่งยาเสพติดและอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง

คอลลอยด์ซึ่งโดยปกติแล้วอนุภาคนาโนที่มีองค์ประกอบของ liposome ซึ่งถูกเลือกใช้สำหรับคุณสมบัติการละลายและการระงับของสารเหล่านี้จะถูกใช้ในเครื่องสำอางครีมเคลือบป้องกันและเสื้อผ้าทนคราบ ตัวอย่างอื่น ๆ ของอนุภาคนาโนที่ใช้คาร์บอน ได้แก่ ไคโตซานและอนุภาคนาโนที่มีอนุพันธ์แอลกอฮอล์ตามที่อธิบายไว้ในวรรณคดีสำหรับการส่งผ่านโปรตีนในช่องปากและโพลิเมอร์ต่างๆที่ศึกษาเพื่อการจัดส่งอินซูลิน

อนุภาคนาโนเพิ่มเติมสามารถทำจากโลหะและวัสดุอนินทรีอื่น ๆ เช่นฟอสเฟต สารความคมชัดของอนุภาคนาโนคือสารประกอบที่ช่วยเพิ่ม MRI และผลการอัลตราซาวนด์ในการใช้งานทางการแพทย์ของภาพในร่างกาย อนุภาคเหล่านี้มักประกอบด้วยโลหะที่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างมากในระดับนาโน โกลด์ "nanoshells" มีประโยชน์ในการต่อสู้กับโรคมะเร็งโดยเฉพาะเนื้องอกที่เนื้อเยื่ออ่อนเนื่องจากความสามารถในการดูดซับรังสีที่ความยาวคลื่นบางช่วง

เมื่อนาโนเซลล์เข้าเซลล์เนื้องอกและใช้การฉายรังสีพวกเขาดูดซับพลังงานและความร้อนเพียงพอที่จะฆ่าเซลล์มะเร็ง เม็ดอนุภาคนาโนเงินที่มีประจุบวกดูดซับบนดีเอ็นเอแบบเส้นเดียวและถูกนำมาใช้เพื่อการตรวจจับ กำลังพัฒนาเครื่องมือและอุปกรณ์อื่น ๆ สำหรับการถ่ายภาพในร่างกาย (ระบบตรวจวัดค่าเรืองแสง) และเพื่อปรับปรุงความคมชัดในภาพอัลตราซาวนด์และภาพ MRI

ในวรรณคดีมีตัวอย่างมากมายสำหรับกลยุทธ์การต่อสู้กับโรคโดยใช้อนุภาคนาโน บ่อยครั้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการรักษาโรคมะเร็งคุณสมบัติในการจัดส่งยารวมกับเทคโนโลยีการถ่ายภาพเพื่อให้เซลล์มะเร็งสามารถมองเห็นได้ขณะกำลังรับการรักษา กลยุทธ์ที่โดดเด่นคือการกำหนดเป้าหมายเซลล์เฉพาะโดยการเชื่อมโยงแอนติเจนหรือไบโอเซนเซอร์อื่น ๆ (เช่นเส้น RNA) กับผิวของอนุภาคนาโนที่ตรวจจับคุณสมบัติเฉพาะของผนังเซลล์ เมื่อเซลล์เป้าหมายได้รับการระบุแล้วอนุภาคนาโนจะยึดติดกับผิวเซลล์หรือเข้าไปในเซลล์โดยผ่านกลไกที่ออกแบบมาเป็นพิเศษและส่งมอบน้ำหนักบรรทุก

มีการส่งยาหนึ่งตัวถ้าอนุภาคนาโนเป็นตัวทำภาพด้วยเช่นกันแพทย์สามารถปฏิบัติตามความคืบหน้าของการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งได้ การกำหนดเป้าหมายและการตรวจจับที่เฉพาะเจาะจงดังกล่าวจะช่วยในการรักษามะเร็งระยะแพร่กระจายในช่วงปลายและเนื้องอกที่ยากต่อการเข้าถึงและเป็นตัวบ่งชี้ถึงการแพร่กระจายของโรคเหล่านั้นและโรคอื่น ๆ นอกจากนี้ยังช่วยยืดอายุของยาบางชนิดที่พบได้ภายในอนุภาคนาโนนานกว่าเมื่อได้รับการฉีดเนื้องอกโดยตรงเนื่องจากยาที่ได้รับการฉีดเข้าไปในเนื้องอกแพร่กระจายไปก่อนที่จะฆ่าเซลล์มะเร็งได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การพัฒนาที่สำคัญในการรักษาโรคมะเร็งคือการจับคู่ของ siRNA (small interfering RNA) กับการจัดส่งอนุภาคนาโน ในปี 1999 siRNA ถูกอธิบายครั้งแรกว่าเป็นวิธีการใหม่ในการยับยั้งการแสดงออกของโปรตีนในเซลล์อย่างไรก็ตามสาย RNA มักถูกทำลายด้วยกลไกเซลลูลาร์ก่อนที่จะถึงเป้าหมาย อนุภาคนาโนช่วยปกป้องกลไกการจัดส่ง siRNA โมเลกุลของ siRNA จำเป็นต้องไปถึงเนื้อเยื่อเป้าหมาย

หลาย บริษัท ได้เข้าสู่การทดลองทางคลินิกเกี่ยวกับการรักษา siRNA ที่ใช้อนุภาคขนาดนาโน (Alper 2006) แล้ว

โมเลกุลการประกอบตัวเองเป็นปรากฏการณ์ที่โมเลกุลประกอบขึ้นเองตามธรรมชาติที่กำหนดไว้ formations มั่นคงขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์อะตอมเช่นพันธะไฮโดรเจนแรง hydrophobic และ van der Waals การสร้างอนุภาคนาโนขึ้นรูป "ด้านล่างขึ้น" ใช้ประโยชน์จากการประกอบโมเลกุลเพื่อสร้างโครงสร้างเฉพาะขึ้นอยู่กับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการก่อตัวที่เกิดขึ้นเองเหล่านี้ การประยุกต์ใช้อย่างหนึ่งคือการใช้ความเฉพาะเจาะจงของการจับคู่ฐาน DNA Watson-Crick เพื่อสร้างกรดนิวคลีอิกของโครงสร้างที่กำหนดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในการประยุกต์ใช้การประกอบโมเลกุลของตัวเองภายใต้การพัฒนาในประเทศสวิสเซอร์แลนด์โปรตีนรูพรุนถูกนำเข้าสู่อนุภาคนาโนระหว่างการประกอบลิเมอร์ รูขุมขนจะรวมอยู่ในเมทริกซ์พื้นผิวและการเปิดและปิดของพวกเขาช่วยให้การจัดส่งยาเฉพาะสภาวะแวดล้อมบางอย่าง (ในกรณีนี้คือการเปลี่ยนแปลงค่า pH) ในเซลล์ (Broz et al.

2006) รูขุมขนมักเปิดหรือปิดเมื่อตอบสนองต่อค่า pH อุณหภูมิหรือปัจจัยแวดล้อมอื่น ๆ การใช้โพรงคล้าย ๆ กันในอนุภาคนาโนช่วยให้การส่งมอบหรือการให้ความรู้สึกจำเพาะทางชีวภาพเฉพาะภายใต้สภาวะเซลล์เฉพาะเช่นการให้อินซูลินเมื่อระดับน้ำตาลในเลือดบ่งบอกถึงความต้องการ

การส่งมอบของเสียตามปกติมักเป็นที่พึงปรารถนาให้อนุภาคนาโนสามารถกำจัดออกหรือเผาผลาญได้อย่างเหมาะสมโดยไม่มีผลข้างเคียงที่เป็นพิษ

ผลประโยชน์ที่ได้จากการใช้อนุภาคนาโนก็คือการหลีกเลี่ยงผลข้างเคียงที่เป็นพิษของรังสีและเคมีบำบัดแบบดั้งเดิมโดยการรักษาเฉพาะเนื้องอกหรือเซลล์ที่ไม่แข็งแรงและไม่ทำลายเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพใกล้เคียง อนุภาคนาโนบางชนิดคาดว่าจะปลอดภัยเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะละลายทันทีภายในเซลล์และบางส่วนประกอบด้วยวัสดุที่ใช้ในด้าน biomedicine เช่นอนุภาคนาโนที่ผลิตจากโพลิเมอร์เดียวกันกับที่ใช้สำหรับเย็บแผล (Bullis, 2006) ไม่ว่าจะเป็นวิธีการใด ๆ ผลประโยชน์ของการจัดส่งอนุภาคนาโนนั้นมีมหาศาลและรวมถึงการใช้ประโยชน์จากยาที่ดีขึ้นโดยการกำหนดเป้าหมายของอวัยวะเนื้อเยื่อหรือเนื้องอกที่เฉพาะเจาะจงซึ่งจะทำให้ได้ปริมาณยาสูงสุดในที่ที่จำเป็นและลดของเสียและค่าใช้จ่ายอันเนื่องมาจากการสลายตัวก่อน ยาเสพติดเป้าหมายของ

Nanomedicine เป็นสาขาเทคโนโลยีชีวภาพที่ค่อนข้างใหม่ แต่ความเป็นไปได้สำหรับการบำบัดและการผ่าตัดใหม่ ๆ เพื่อรักษาโรคและโรคต่างๆเช่นโรคมะเร็งดูเหมือนไม่มีที่สิ้นสุด ความคิดของ nanorobots และเครื่องซ่อมแซมเซลล์ยังเป็นไปได้และอาจจะเป็นวันธรรมดาที่เป็นแอสไพรินในวันนี้

ที่มา:

Kim, 2007. แพลตฟอร์มนาโนเทคโนโลยีและความท้าทายทางสรีรวิทยาสำหรับการรักษาโรคมะเร็ง

_{ใน Press, doi org / 10 1016 / เจ นาโน 2006. 0000.}

Alper, 2006, Nanoparticles และ siRNA - เป็นพันธมิตรในการก้าวไปสู่การรักษาโรคมะเร็งชนิดใหม่NCI Alliance สำหรับนาโนเทคโนโลยีในมะเร็ง // nano โรคมะเร็ง. gov / news_center / monthly_feature_2006_august งูเห่า.

Broz et al. , 2006. สู่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ nanosize อัจฉริยะ: เครื่องเปลี่ยนค่า pH, อุปกรณ์เสริมที่มีช่องสัญญาณ, nanocontainer โพลีเมอร์ที่ใช้งานได้ Nano Letters 6 (10): 2349-2353

Bullis, 2006. Single-Shot Chemo รีวิวเทคโนโลยี // www. technologyreview co.th / read_article aspx? CH = specialsections & SC = emergingtech & id = 16469