Nanotehnologie Neurologie

realizările științifice a deschis calea pentru apariția unei direcții noi promițătoare, definește termenul „nanotehnologie“. Acest termen se referă la manipularea intenționată a obiectelor ale căror dimensiuni sunt comparabile cu atomice. Este vorba despre crearea și utilizarea inovatoare de materiale structurate, dispozitive și sisteme bazate pe nano-particule. Astfel de sisteme dobândi proprietăți unice mecanice, electromagnetice, optice și chimice (o saturație mare de energie și reactivitate ridicată, efectele cuantice, defecte în ecran, deschizând posibilitatea cu totul nouă manipulare.

Astfel, trecerea de la „micro“ la „nano“ - nu este doar o schimbare cantitativă, dar un salt calitativ, care să permită, în ceea ce privește medicina, pentru a îmbunătăți în mod semnificativ diagnosticul și tratamentul multor boli, de a crea noi medicamente acțiune îndreptată și să le pună în aplicare în practica clinică. Prin definiție, Institutul National de Sanatate, utilizarea nanotehnologiei pentru tratamentul, diagnosticarea, monitorizarea și controlul sistemelor biologice se numește nanomedicinei. Nanotehnologia în neurologie și se pot schimba radical înțelegerea noastră a consultării tradiționale și primirea unui neurolog.

Cele mai promițătoare domenii medicale nanotehnologiei in Neuroscience, care au ca scop introducerea în practica clinică:

• O nouă clasă de sonde fluorescente și radioactive biologice (diagnosticare, scanare de organe si tesuturi).
• Noi, metode mai precise de diagnostic IRM a bolilor umane.
• formulări noi, sisteme de livrare a medicamentelor, purtători de gene, oligonucleotide, ARN și virusuri.
• Nanometody biodetektsii agenți infecțioși.
• Detectarea proteinelor, inclusiv anormale.
• sonde de ADN cu identificarea directă a mutațiilor și localizarea acestora.
• Celule și țesuturi Inginerie - construcția și reconstrucția celulelor, organe și părți funcționale ale acestora.
• Metode pentru separarea și purificarea proteinelor, acizilor nucleici, celule, substructurile subcelulare.
• chips-uri intracerebrale, retina artificiala, elementele conductoare ale creierului și măduvei spinării, materiale noi pentru țesuturile de susținere.

Neurochirurgie, ingineria țesuturilor și a glandei endocrine artificiale

În 2003, revista americană „Neurochirurgie“ a publicat un articol, care discută despre posibila aplicare a progreselor nanotehnologiei în tratamentul bolilor neuro-oncologic și a sugerat că neurochirurgie este pe punctul de „epoca nanoneyrohirurgii.“ În 2006, o revizuire majoră, autorii care nu numai că au recuperat nanoneyrohirurgiyu ca o nouă direcție intensivă razvivayuscheeesya a fost publicat în trei numere ale revistei, dar având în vedere, de asemenea, posibilitatea unui set de instrumente care pot fi partajate nanoneyrohirurgi: sistemul nanotransportnye de vector de livrare de diagnosticare si medicamente fentosekundnye cu laser sisteme, nanorobots, nanochips, nanotip, nanotweezers, nanosyringes.

Diagnostic bazat pe nanotehnologie în neurologie

Cu nanotehnologie imbunatatite utilizate pe scara larga in metoda neurologie de imagistica prin rezonanta magnetica (IRM). De exemplu, sa constatat ca nanoparticule de sobolani fier introdus cu encefalomielita autoimună experimentală absorbită activ fagocitele se acumulează în zonele afectate. Acest fenomen a fost utilizat pentru a prepara contrast IRM imagistica leziunile inflamatorii in sistemul nervos, care se extinde foarte mult capacitățile de diagnosticare a bolilor neuronale.

Nanotehnologiile sunt găsirea aplicații în creștere în neurologie pentru detectarea genelor defecte si proteine. Astfel, în dezvoltarea în comun a Institutului de Genetica Moleculara, Academia Rusă de Științe, Centrul Științific de Neurologie și de laborator biotehnologie, de la Universitatea din Tartu a fost folosit de tehnologia originală APEX (un tip de tehnologie microarray ADN-ului) pentru riscul genetic de a dezvolta studiul bolii Parkinson. Pe un singur cip au fost dezvoltate simultan tastate 50 SNPs 19 gene neurotransmițători și receptorii lor (colecistochinină, serotonina, dopamina, peptide opioide). Autorii au constatat diferențe semnificative în frecvențele alelelor și genotipul între controale și la pacienții cu boala Parkinson pentru o varietate de variante polimorfe ale genelor receptorilor serotoninei, pro-opiomelanocortin (POMC) gena sindromul Wolfram, a identificat anumite corelații cu evoluția clinică a bolii Parkinson, în special, - cu severitatea tulburari cognitive. Rezultatele acestui lucru demonstrează o capacitate mare de micro-cip și nanotehnologie pentru a determina rapid și eficient profilul predispoziția individuală la boli multifactoriale.

Ingineria genetică și terapia genică in neurologie

Promițând aplicații ale nanotehnologiei în neurologie, este ingineria genetică și terapia genică. Acest lucru poate implica, în primul rând, crearea de noi medicamente, pentru care obiectivele moleculare vor fi proteine ​​sau gene. Problema de a găsi noi „țintă“ este rezolvată prin utilizarea bioinformatica, în cazul în care obiectul este o analiză a genei. Moleculara genetice „țintă“ pentru medicamentul este determinată de nivelul de exprimare a genelor cheie responsabile pentru sinteza anumitor proteine. Acțiunea de droguri asupra genei asociate cu caracteristicile proprietăților lor fizico-chimice (e structura Stereochimie, solubilitatea, etc.), care determină interacțiunea cu membranele biologice ale celulelor și structurilor subcelulare, le transportă prin interacțiunea cu proteine ​​nucleare și acizi nucleici. Nanotehnologia face posibilă crearea unor medicamente care se pot lega selectiv la loci specifice ale genomului.

Dezvoltarea modernă a nanotehnologiei permite posibilitatea de a înlocui genei mutante în celula bolnave la normal. Pentru a transfera gene si oligonucleotide în creierul animalelor experimentale folosind nanoparticule. De asemenea, a analizat utilizarea nanoparticulelor ca purtători de gene pentru terapia genică a distrofiei musculare la Duchenne. Sa constatat că penetrează oligonucleotide care afectează exprimarea distrofinei, de 5-6 ori mai bine nucleul celulelor musculare, în cazul în care acestea sunt atașate la nanoparticule.

O altă aplicație a nanotehnologiei în legătură cu terapia genică este de a construi nanoparticule virale recombinante care pot servi ca un „vehicul“ (vectori) pentru livrarea genei sau porțiunea dorită a acesteia direct în neuroni țintă. Ca un exemplu pot fi menționate studii prioritare efectuate Centrul Științific de Neurologie împreună cu Institutul de Genetica Moleculara si protocol asociat cu dezvoltarea terapiei genetice a bolilor neurodegenerative fatale, cum ar fi scleroza laterală amiotrofică. In acest proces, nanoparticule au fost create de adenovirus recombinant conținând în genomul doi factori peptidice majore angiogenici pentru a asigura supraviețuirea neuronilor motori în condiții hipoxice. Administrarea intramusculara a acestui design aceasta intră neuronii motori corespunzătoare segmentului maduvei spinarii prin transportul axonal retrograd, care este însoțită de expresia genelor introduse în motoneuronilor și crește supraviețuirea patsientov- aceste studii vor fi continuate cu alți factori de creștere și nanoparticule virale ca vectori.

vector de livrare de medicamente la un anumit loc la anumite doze, este una dintre cele mai importante probleme de farmacologie clinica. interes practic Mare este vectorul de eliberare a medicamentului, ocolind bariera histo-hematie și membranele celulare. Utilizarea nanocarriers vector pentru livrare de droguri - zona de dezvoltare având rezultate practice specifice și perspectivele de implementare industriale. Reducerea dimensiunii particulelor purtătoare, și le furnizează atașament nanosensors la aceasta liganzilor acțiune direcționată pare poate furniza o concentrație de medicamente în anumite celule ale organelor țintă. Pentru livrare direcționate către organe și țesuturi la suprafața nanoparticulelor sunt atașate, de exemplu, peptide organo tropic. Moleculele de droguri sunt plasate în interiorul sau pe suprafața miceliilor - nanocapsulele, formate din molecule de agenți activi de suprafață și livrate la locația dorită a corpului.

Nanotehnologia permite utilizarea multor compuși biologic activi, care anterior nu au putut fi utilizate datorită solubilității lor slabă sau instabilitate. De exemplu, heparină cu greutate moleculară mică, introdusă în prealabil în pacient numai parenteral poate fi administrat pe cale orală, în ambalaj-l în nanocapsule, pe care o protejează de distrugere de către enzimele din tractul gastro-intestinal, facilitează pătrunderea sângelui și a prelungi efectul anticoagulant la 8 ore. Includerea insulinei în microcapsule mucoase aderente formate din alginat și chitosan, sunt, de asemenea permis să-l introduceți în organismul animalelor cu diabet experimental oral. a stabilit experimental posibilitatea de a introduce nanoparticule în creier prin inhalare prin nas. Se arată că nanoparticule marcate pot fi mutate de la nas la creier de-a lungul nervului olfactiv.

Video: Nanotehnologia ca răspuns la provocările energetice globale

Când se tratează nanopreparations scopul de a introduce o cantitate mică de medicamente cu ajutorul de livrare „vizate“, deci înainte de farmacocinetica clinice există noi provocări care necesită abordări mai moderne la soluția lor. Devine din ce în analiză urgentă sarcină mikrokolichestvennogo de droguri. De exemplu, noi dopaj, creat cu ajutorul nanotehnologiei, poate fi determinată numai prin metodele cele mai sensibile mikrokolichestvennogo de analiză, în special, prin GC-MS. Odată cu dezvoltarea nanotehnologiei pentru microanaliză toate nanosensors vor fi utilizate pe scară mai largă.

Pentru nanopreparations observare vizuală de legare la organele țintă le etichetate cu nanoparticule de metal (de exemplu, fier paramagnetic sau aur), permițând de înaltă rezoluție acumulare vizibilă a medicamentului în organismele metode CT, MRI, scanare cu ultrasunete.

problemă subiect de toxicitate și efecte secundare ale medicamentelor nanoforme. Datorită încă limitate nanopreparations de aplicare clinică cu privire la posibilele efecte secundare ale posturilor nu este de ajuns că trebuie să existe un motiv pentru care o atenție deosebită acestei probleme. Toxicitatea nanopreparations a fost studiat extensiv în experimentele pe animale și în culturi de celule, a format o nouă ramură a științei - nanotoxicology.

Perspectivele pentru utilizarea de medicamente în nanoforme neurologie

În prezent, în diferite țări efectuate studii preclinice și clinice ale diferitelor nanoparticule și nanocapsule ca purtători pentru a ajuta penetra medicamentele bariera hematoencefalică folosite pentru tratarea diferitelor boli ale sistemului nervos. Cel mai activ în această privință sunt studiate epilepsie, Alzheimer sindroame bolii, gliom, durere.

În mod constant caută noi materiale Asemenea materiale includ fulerene carbon, metal, si nanoparticule polimerice, glikosfingolipidnye nanocapsules si fosfolipida.

Fullerene. Fullerene este legătura dintre materia organică și anorganică. Cu toate acestea, putem introduce un anumit medicament în sinteza nanosfere fullerene cavitatea: atomul de metal ca agent radioopac sigur, un medicament radioactiv. nanoparticule metalice pot fi introduse în tumoare, și apoi prin intermediul undelor electromagnetice le reîncălzi pentru distrugerea termică a țesutului tumoral.

In absenta fullerene usoare au activitate antioxidantă ridicată, ceea ce reprezintă o „capcană“ unic de auto-vindecare a radicalilor liberi. Această proprietate a determinat pe cercetatori sa studieze posibilitatea unei utilizări terapeutice adecvate. Experimentele pe neuronii corticali in cultura prin spectroscopie electronică de spin au arătat că fullerene derivați de a reduce cantitatea de radicali liberi in celule si de a proteja neuronii de la moarte cauzate de expunerea la N-metil-D-aspartat, acid kainic și alți agenți. Astfel fullerene și oxizii săi - fullerenols, împiedică creșterea concentrației calciului intracelular, mediată prin receptorii de glutamat și prezintă activitate anti-apoptotice.

In acest moment lucram la prepararea și proprietățile complexelor fullerene cu peptide, acizi nucleici și alte molecule biologice. evoluții similare sunt efectuate la Institutul de Medicina Experimentala din Sankt-Petersburg.

Video: Diénay // 05 martie 2013

Fullerene pot fi produse nu numai sub formă de nanosfere, dar, de asemenea, sub formă de nanotuburi. Nanotuburile umplut cu moleculele de medicament trebuie să fie utilizată ca „seringă“ molecular - alimentatoare. Specialiștii lucrează la crearea de nanotuburi implantate „nanopumps“ furnizarea de medicamente de dozare de electroosmoză. Spre deosebire de cele existente, acest aparat este programat pentru a furniza medicamentul la un moment dat.

In experimentele cu culturi de celule de microglia normale și gliomul sa demonstrat că nanotuburi adăugate la mediul de incubare, nu au un efect toxic, cu toate acestea, este absorbit în mod activ de celulele normale și tumorale. Potrivit autorilor, astfel nanotrans- croitori sistemul poate fi utilizat în mod eficient pentru livrarea de medicamente impotriva cancerului in celulele gliom. Acolo care încorporează tehnologia în cavitățile nanotuburi antitumorală de droguri și aderarea la suprafața interioară a nanoparticulelor feromagnetice. Acest lucru permite o mare concentrație a medicamentului în tumoare prin mijloace dispuse deasupra magnetului, atragerea nanoparticule feromagnetice după introducerea lor în vasele.

nanoparticule polimerice. Pentru transportul medicamentelor sunt de asemenea utilizate nanoparticule polimerice, de exemplu, realizate din polybutylcyanoacrylate. Cercetătorul rus lider în acest domeniu, profesorul R. N. Alyautdin cu angajații din experimentele pe animale au demonstrat posibilitatea transportului de medicamente care stimulează creșterea neuronală prin bariera hematoencefalică prin utilizarea nanoparticule. În acest scop, șoarecii au creat modelul experimental al bolilor Alzheimer si Parkinson, iar tratamentul a fost efectuat preparatele atasate polybutylcyanoacrylate nanoparticule care au fost acoperite în afara polisorbat 80, ceea ce le face similar cu particule endogene. Celulele vaselor creierului le ia pentru „lor“ și de captare cu medicamente încapsulate în ele. Sa constatat că factorul de creștere a nervilor este conținută în nanoparticule ajută la restabilirea memoriei și inițiază procesul de regenerare a substanței creierului. Este de asemenea arătat că nanoparticule pătrunde în creier prin bariera hematoencefalică prin transportul mediat de apolipoproteină. Aceste dezvoltare teoretice și experimentale pentru a ajuta la căutarea de noi tratamente eficiente pentru boala Parkinson și Alzheimer.

oameni de știință, explorarea din Kazahstan posibilitatea de nanoparticule POLYBUTYLCYANOACRYLATE modificate cu polisorbat 80, au arătat că ele cresc penetrarea doxorubicina de droguri în creier de 60 de ori. Pe baza nanoparticulelor polybutylcyanoacrylate purtând antagoniștii receptorilor de glutamat MIBA, dezvoltarea de noi formulări de anticonvulsivante.

Șoarecii cu meningita tuberculoasă administrat oral nanoparticule, preparat dintr-un polimer polilactida-co-glicozid și umplut cu medicamente anti-TB. Studiile farmacocinetice au arătat că, după o singură administrare a medicamentului care circulă în sânge timp de 5-8 zile, iar în creier au fost determinate timp de 9 zile. După un curs de tratament micobacteriilor din meninge au fost complet absente. Autorii au observat un potențial semnificativ de nanoparticule ca benzi transportoare de droguri TB la creier.

Nanoparticulele a cărui suprafață este acoperită cu polietilenglicol, nu sunt în sine metale toxice și inerte biologic. Cu toate acestea, ele cresc în mod semnificativ biodisponibilitatea diferitelor medicamente încapsulate în ele, și de mai multe ori în timpul lor de înjumătățire este prelungit. Astfel de nanoparticule de ajutor pentru a depăși bariera hemato-encefalică de o varietate de medicamente, cum ar fi metenkefalina analogic. Vasopresina analog MC-1900 asociate cu nanoparticule acoperite cu polietilenglicol, a fost utilizat pentru tratamentul deficitelor de memorie induse de scopolamină la șoareci. Perioada de înjumătățire a medicamentului din sânge de 78 de ore, ceea ce este de 4 ori mai mare decât timpul de înjumătățire a medicamentului nu este legat de nanoparticule.

Video: Diénay // 02 aprilie 2013

Sa demonstrat că nanocapsules lipidelor de 5-10 ori mai cresc penetrarea în creierul animalelor experimentale 5 flyuorodeoksiuridina medicament utilizat în tratamentul anumitor boli ale sistemului nervos.

nanocapsule Glikosfingolipidnye. vector Promițător pentru livrarea de droguri la creier sunt, în opinia noastră, nanocapsule realizate din glicosfingolipide, care sunt principala (50%) ale lipidelor din creier si piele. In NPO "TEHKON" a dezvoltat o tehnologie pentru a obține nanocapsule stabil pe bază glikosfingolipidnogo CCS® complex, care conține cerebrozide 45-65%, 14-17% sulfați de cerebroside, sfingomielină 10-15% și 10-15% din trigliceride și fosfolipide. Am arătat că, din cauza densității mari de sarcină negativă a complexului CCS® capete polare sfingolipide are un număr de util din punct de vedere al proprietăților farmacologice:

- Crește agregativi Sisteme de lipozom stabilitate (stabilitate) preparate din fosfolipide și 1 an.

- formează în mod spontan o dispersie în apă, care cuprinde nanostructuri sub formă de nanotuburi sunt transformate în nanoliposomy (nanocapsule), mărimea 100-150 nm după încălzire care nanotuburile care permite încapsularea în ea diferite substanțe biologic active.

- Crește permeabilitatea epidermei la apă și substanțe hidrofile.

- facilitează în mod semnificativ penetrarea unor medicamente vasoactive (cum ar fi nitroglicerina) prin piele și, astfel, mai mult de 2 ori crește eficiența lor, care este înregistrată prin noi pentru a dezvolta un mod radical noi metode și echipamente.

- nanocapsules eficacitate ca transportori de medicamente vasoactive studiate depășește în mod considerabil eficiența nanotuburilor.

Mai multe studii au aratat ca nanoparticule preparate din glicosfingolipide care conțin agenți antineoplazici și au o stabilitate ridicată, atât de mult timp circula în sângele animalelor experimentale, creșterea activității antitumorale a medicamentului. Ele se acumulează selectiv în tumorile sistemului nervos (glioame), care se leagă la matricea extracelulară tenascina glicoproteic și apoi intră în celule prin endocitoză și exercita un efect citotoxic.

Glicolipide au un antioxidant pronunțat și activitate neuroprotectoare, astfel încât administrarea lor către organism sub formă de nanoparticule poate fi util în tratamentul bolilor neurodegenerative și a epilepsiei. Se arată, de exemplu, că administrarea unui glycosphingolipids șoarece previne convulsiile cauzate de acidemia glutaric pentylenetetrazole sau previne inhibarea ATPazei de sodiu și potasiu și acumularea produșilor de oxidare a lipidelor liberi.

In experimente la soareci a aratat ca glycosphingolipids bazate pe lipozom mai puțin imunogenă comparativ cu lipozomi fosfolipidici. Glycosphingolipids posedă de asemenea activitate antitrombotică, ceea ce reduce foarte mult riscul de tromboză atunci când este administrat intravenos.

Astfel, nanotehnologie, Neuroscience, fiind o direcție foarte promițătoare în medicina clinică, în general, pot fi folosite cu succes în diverse domenii pentru:

•  recrearea site-uri pierdute sau deteriorate ale țesuturilor neuronale;
• Analiza mikrokolichestvennogo probelor biologice folosind un microarray;
• studii genetice moleculare si tastarea genelor responsabile de ereditare și boală multifactorială a sistemului nervos;
• spori contrastul imaginilor obținute cu ajutorul metodelor de diagnosticare radiale;
• imună, patologică termică sau radiație de degradare (tumora) leziuni la nivelul creierului;
• droguri vector și gena de livrare la locul dorit (organ);
• îmbunătățirea parametrilor farmacocinetici ai medicamentelor, creșterea solubilității și biodisponibilitatea lor, îmbunătățită penetrarea prin barierele sanguine ale țesuturilor în organe și țesuturi, precum și prin membranele celulare;
• crearea de forme de dozare alternative, forme injectabile de tranziție la transdermic și nazale.

Multe dezvoltări ale nanotehnologiei in Neuroscience sunt încă departe de aplicarea practică. Cu toate acestea, din lume lider de cercetare este în mod constant în mișcare înainte în domeniul nanotehnologiei Neurologie.