Nanomedicína

Transkript

Nanomedicína

11/22/2013
Úvod do nano- a mikrotechnologií

metody zobrazovaní a diagnostiky

výzkum léků

doprava léků do organizmu (do určitého místa)

terapie

tkáňové inženýrství

povrchová úprava chirurgických nástrojů a implantátů
Úvod do nano a mikrotechnologií
K. Záruba, V. Král


selektivita a citlivost
in situ a in vivo monitoring
1
11/22/2013
2
11/22/2013
Elektrodová
(optodová) špička
10 m
Poločas života oxidu dusného v biologických vzorcích je 6-30 s
3
11/22/2013








neinvazivní chemická laboratoř uvnitř živé buňky
průměr 20 nm (1 ppb objemu buňky)
97% vitalita buněk
odezva 1 ms
analyty H+, Ca2+, K+, Na+, Mg2+, Cl–, NO2–, O2, NO, glukosa
aplikace pro MRI i PDT
nukleární magnetická rezonance
zobrazování magnetickou rezonancí (MRI)

jedna ze zásadních diagnostických metod

vizualizace měkkých tkání
(sledování relaxace molekul vody)

kontrastní látky (komplexy Gd(III))
4
11/22/2013
Type of Magnetism
Susceptibility
Atomic / Magnetic Behaviour
Example / Susceptibility
Diamagnetism
Small & negative.
Atoms have no
magnetic moment
Au
Cu
-2.74x10-6
-0.77x10-6
Paramagnetism
Small & positive.
Atoms have randomly
oriented magnetic
moments
β-Sn
Pt
Mn
0.19x10-6
21.04x10-6
66.10x10-6
Large & positive,
function of applied field,
microstructure
dependent.
Atoms have parallel
aligned magnetic
moments
Fe
~100,000
Small & positive.
Atoms have mixed
parallel and antiparallel aligned
magnetic moments
Cr
3.6x10-6
Large & positive,
function of applied field,
microstructure
dependent
Atoms have antiparallel aligned
magnetic moments
Ba ferrite
~3
Ferromagnetism
Antiferromagnetism
Ferrimagnetism

superparamagnetismus

2 – 300 nm; obv. 50 nm (magnetické jádro 2 – 20 nm)


maghemit ( Fe2O3), magnetit (Fe3O4)

komerčně dostupné, klinicky testované

příprava
– termální rozklad org. prekurzorů
– spolusrážení z homogenní fáze
– mikroemulzní techniky
– 2 – 20 nm

video (wifi)
Tiefenauer, L.X., et al., Bioconjugate Chem., 4, 347, 1993
SuperParamagnetic Iron Oxide Nanoparticles
MaterialsToday, 2011, 14, 330
5
11/22/2013
30ti násobné
zmenšení
3 Microns
100 nanometers
50
Velikost povrchu
2
(m / g)
45
Micronized
Nanonized
40
absorpční
zóna
35
30
25
20
15
10
5
0
10
100
1000
10000
100000
velikost částic (nm)
neúplná absorpce
kompletní absorpce
6
11/22/2013
1800
konc. v plazmě, µg/mL
1600
1400
NanoCrystal® Tablet, 200 mg
Commercial Capsule, 200 mg
1200
nosem
1000
ústy
800
injekcí
600
400
kůží
0
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
uvolňování)
• kombinace léčiv v jedné tabletě
(orální a nasální inzulín,
žvýkačky)
čas (h)
• dlouhý účinek (prodloužené
• příjemnější formy podání
implantací
200
• rychlý účinek
• snížená degradace léčiva
• supramolekulární přístup k TDD
• selektivita (specifita)
• CisPt
• méně vedlejších efektů
• TDD pro cytostatika
• delší terapeutická aktivita
• kombinovaná terapie
• administrace obtížně aplikovatelných látek
• budoucí směry vývoje
• „rozpouštění“
• kontrolované uvolňování léčiv
7
11/22/2013
• dendrimery, glukosaminová periferie
• liposomy modifikované polymery
• konjugáty polymerů s proteiny (PEG-interferon)
• kopolymery N-(2-hydroxypropyl)methakrylamide
• PGA(polyglutamic acid)-paclitaxel
• polysacharid-doxorubicin
• konjugáty HSA-paclitaxel
8
11/22/2013
NH3
NH3
P
Phosphatidylocholine (PC)
Cholesterol (CHOL)
Cl
Cl
Cis-platina
O
O
NH3
Pt
O
N H3
O
Karboplatina
H2
N
O
O
O
O
Pt
N
H2
Oxaliplatina
O
O
H3N
Encapsulated
Drug
Pt
DPPG (fusogenic)
H3N
O
Nedaplatina
CHOL or PC bearing
peptide conjugated PEG
Recognizable and
Protective Moiety
Unilamellar PC-CHOL liposomes
• inkluzní komplexy
• aplikace modifikovaných nanočástic
9
11/22/2013
Hydrofilní okraje
- 7 glucosových
jednotek
- glucosových
jednotek
Hydrofobní kavita
• transport málo rozpustných léků krví
From Frömming and Szejtli: Cyclodextrins in Pharmacy Kluwer Acad. Press, Dordrecht, 1994.
komplex doxorubicinu s -CD
rozpustnost
a stabilizace léčiva
rozpoznání rakovinných buněk,
vazba protilátky (příp. radiosenz.),
fotodynamická terapie (PDT)
komplex aspirinu s -CD
terapeutický účinek
10
11/22/2013
Influence of combined therapy: PDT and taxol-conjugate complex on
growth of carcinom mammary gland for inbread mice BALB/c
O
O
OH
OH
O
OH
HO
HOCH2
CH2OH
O
HO
OH
F
F
F
N
F
C
H2
O
OH
O
O
CH2OH
OH HO
O
HOCH2
O
O
F
N
H
N
F
F
F
N
H
F
O
F
HO
OH
O
F
F
CH2OH
HO
O
F
O
HO
OH
F
F
F
F
F
F
Volumeof tumor (cm3)
O
HOCH2
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
control
Beta CD4 + PDT
Beta CD4+taxol+PDT
BetaCD4+taxol
0
Molecular Weight =1993,57
Exact Mass =1992
Molecular Formula =C86H79F19N4O29
3
6
9
12
21
24
Y
R = F, CD
M = Zn, Cu, Co, Ni
N
N
7
3
18
Influence of combined therapy: PDT and
doxorubicin-conjugate complex on growth of
carcinom; Application of PAb
Volume of tumor (cm )
15
day of experiment
6
F
F
F
5
4
N
F
2
Gama CD2+DOX O
1
N
F
F
Gama CD2+DOX
O+PDT
F
N
F
R
Gama CD2+PDT
3
R
F
control
HOCH2 O
O
OH O
OH
HO
HO
OH
M
F
F
F
F
R
N
F
O
HOCH2
F
CH2O
F
O
HO
O OH
O
HOCH2
HO
OH
CH2OH
O
HO O
OH
HO
OH
O
O
HO
HOCH2 O
CH2OH
O
O
Drug
0
0
10
20
day of experiment
30
11
11/22/2013
• využití biologických produktů
• aplikace toxinů, sérum (očkování)
• výhodnou je „cílení“ ALE možná alergická reakce
• fotodynamická terapie (PDT) rakoviny
• fotosenzibilizátory
• k cílení se využívají monoklonální protilátky, rekombinantní
peptidy, syntetické oligonukleotidy
Oscar Raab a German medical student observed
death of Paramecium caudatum after light exposure
in presence of acridine orange-1900
• již v klinické praxi léčby rakoviny
• mechanismus
a) Sensitizer + hv  Sensitizer*
b) Sensitizer* + 3O2 Sensitizer + 1O2
c) 1O2 + Substrate  oxidativní poškození
12
11/22/2013
•
přednostní lokalizace v postižené tkáni
•
cytotoxicita pouze po ozáření
•
rychlé odbourávání
•
vysoký kvantový výtěžek tvorby singletového kyslíku
•
možnost excitovat dlouhovlnnými lasery (dobrá prostupnost
tkání)
• 5-aminolevulinová kyselina
• diagnostika fluorescenční lampou
• Photofrin
• cín-ethyl etiopurpurin
• lutecium texafyrin
• terapie povrchových nádorů laserem
13
11/22/2013
Zdravá tkáň eliminuje PS během
24 – 72 hodin; PS zůstává jen v tumoru
Enhanced Permeability and Retention
H
N
S
S
S
H
N
S
TEM
O
O
O2, light, sensitizer
H
N
S
O O
S
S
H
N
S
O
O
50
40
Spontaneous
30
20
H
N
S
O
O O
S
S
10
H
N
S
O
0
12
13
14
15 16
d (nm)
17
d = 14,4 nm
14
11/22/2013
0,40
Selectivity for cancer
cells
Král at al.: J. Med.
Chem. 2003:
30 -300x accumulation
in malignant tissue
3
tumor volume (cm )
0,35
0,30
0,25
0,20
without appl.
0,15
Au-3-2
Au-3-1
0,10
0,05
0,00
0
5
10
15
20
25
30
time (days)
Dependence of the volume of human balisom on time after application
of combined therapy, AuNP and PDT
15
11/22/2013
• omezená životnost umělých náhrad
• nedostatek orgánů k transplantacím, imunosuprese
• možnost selektivní transplantace buněk pacientovi
•
požadavky na buňky
ne všechny typy buněk lze kultivovat
•
požadavky na materiál
biokompatibilita, látková výměna
•
adheze buněk na materiál
žádoucí i nežádoucí
16
11/22/2013
samy sebe obnovují, nebo se mění
na jiné buňky
embryonální k. b. – tvorba tkání
zralé k. b. – obnova a oprava
existujících tkání
http://www.bankcordblood.org/information-about-stem-cells/
Advances in Tissue Engineering
•
biokompatibilní
– bioinertní (PTFE, PET)
– bioaktivní (zesíťované hydrogely)
– vliv extracelulární matrice (ECM) na
adhezi, růst, migraci a diferenciaci buněk
(kolageny, elastin, proteoglykany)
– inkorporace stimulujících molekul do
nosiče
http://www.geron.com/GRNOPC1Trial/
17
11/22/2013
•
biokompatibilní
– bioinertní (PTFE, PET)
– bioaktivní (zesíťované hydrogely)
•
biodegradibilní (polylaktidy, polyglykosidy)
•
úprava umělých povrchů
– plasmatem (abraze, aktivace změnou chem.
struktury, depozice nové vrstvy)
– iontová implementace (bombardování povrchu
ionty
– fotochemická modifikace (UV fotolýza)
•
vliv fyzikálních vlastností materiálu
polarita (smáčivost), elektrická vodivost, morfologie (drsnost)
•
vliv chemických vlastností materiálu
přítomnost funkčních skupin a molekul podporujících růst
•
specifické markery buněčného chování (in vitro)
látky produkované buňkami při růstu, látky stimulující receptory
pro adhezi buněk (integriny)
•
cévní náhrady
– 2D struktury
– pletené, tkané, lité
http://iforum.cuni.cz/IFORUM-6485.html
•
kostní náhrady
– 3D struktury
– volená porozita, velikost pórů a struktura
(mechanická odolnost)
– kompozity s hydroxyapatitem a bioaktivním sklem
•
vaskularizace tkáně
18
11/22/2013
news.bbc.co.uk/1/hi/health/1949073.stm
http://www.abc.net.au/catalyst/stories/3618385.htm
http://www.the-scientist.com/article/home/24539/
Popište strukturu liposomu a dendrimeru
Co je principem fotodynamické terapie?
Jaké látky tvoří inkluzní komplexy s cyklodextriny – hydrofobní
nebo hydrofilní?
Jaké faktory ovlivňují adhezi buněk na povrch nosiče?
19

Nanomedicína

Transkript

Podobné dokumenty

Využití AAS s plamenovou a elektrotermickou atomizací k

3. týden

Modelling of supported porous catalysts using 3D digital

Genetika koček

Přírodní materiály

Tvůrce objektů a instalací, multimediální umělec Tomáš Hlavina v

Čistící prostředky

Zde - PHARMANEWS

bionanotechnologie nanobiotechnologie nanomedicína

kudy do nanosvěta

nanočástice dobrý sluha, nebo zlý pán?

Nástroje pro genomiku a proteomiku