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NanotecnologiaNanotecnologiaAplicaAplicaçções em Fões em Fíísica Msica Méédicadica
João Paulo SinneckerJoão Paulo Sinnecker
AgradecimentosAgradecimentos::
Miguel Novak Miguel Novak -- UFRJUFRJ
Pedro Renault Pedro Renault -- UFRJUFRJ
ZulmiraZulmira LacavaLacava -- UnBUnB
NanotecnologiaNanotecnologia ..
NanobiotecnologiaNanobiotecnologia
Nanotecnologia, Biologia e MedicinaNanotecnologia, Biologia e Medicina
Biomoléculas – escala nanométrica
(proteínas, lipídios, carboidratos, vitaminas)
Célula – contém “nanomáquinas” que sustentam a vida
O conhecimento da estrutura e da função dos componentes celulares em nanoescala é essencial para compreender os processos biológicos
Aplicações: diagnóstico e prevenção de doenças; terapia
Nanotecnologia, Biologia e MedicinaNanotecnologia, Biologia e Medicina
OBJETIVOS
Estudar a interação de nanopartículas magnéticas com os tecidos
1. Determinação da concentração de nanopartículas nos tecidos
2. Investigar o papel das nanopartículas magnéticas como agentes de contraste em exames de MRI
3. Avaliar a resposta dos tecidos à presença das nanopartículas magnéticas
Nanotecnologia na NaturezaNanotecnologia na Natureza
“Nanomáquinas” celulares
Diagnóstico e Terapia
Nanosensores ópticos
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Nanopartículas de Au – terapia fototérmica Hirsch et al. PNAS 2003
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
BactBactééria Magnetostria Magnetostááticatica
Quando expostas a um campo magnético movimentam-se de acordo com o campo
Em direção ao norte magnético "north-seeking“ (maioria) Em direção ao sul magnético "south seeking".
BactBactééria Magnetostria Magnetostááticatica
A natureza magnética: pequenas partículas magnéticas (nm) no interior das bactériasMagnetita: Fe3O4
Cadeias de partículasReagem ao campo como uma bússolaAlinhamento paralelo ao campo magnético da Terra.
BactBactééria Magnetostria Magnetostááticatica
Nanopartículas magnéticas na natureza
Bactérias magnetotáticas
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões -- TerapiaTerapia
Ferrofluidos Biocompatíveistratamento localizado - câncer
biocompatível
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– SeparaSeparaççãoão MagnMagnééticatica
FluFluíídos Magndos Magnééticos ticos -- FerrofluidosFerrofluidos
Despoluição Ambiental
ferrofluido com base líquida em óleo (PETRÓLEO)
polímero esférico poroso
impregnado com pequenas partículas magnéticas
forma ferrofluido MENOS denso que a água
utilização em derramamento acidental de óleo
possibilidade de separação magnética posterior
reutilização das partículas
NanopartNanopartíículasculas –– SeparaSeparaçção Magnão Magnééticatica
NanopartNanopartíículasculas –– SeparaSeparaçção Magnão Magnééticatica
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– CarreamentoCarreamento de de DrogasDrogas
Liberação sistêmicaAlta concentração da droga circulando livrementeBaixa concentração no local desejado
Liberação ControladaAlta concentração da droga no local desejadoBaixa concentração circulando livremente
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Rompimento magnético de microcápsulas contendo fármacos
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– MarcaMarcaççãoão de de TecidosTecidos
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Observação de Reações Bioquímicas
Tempo de Relaxação Magnética Partículas livre e partículas ligadas: apresentam diferentes
tempos de relaxaçãoReações detectadas uso de SQUIDsAplicações in vivo diagnóstico de câncer
Marcação de células
Pequenas partículas de Fe3O4
(10 nm - micron)
Recobertas com proteínas ou outro material.
Adição de anticorpos específicos adere à substância que se deseja identificar
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– TratamentoTratamento
Magnetohipertermia
Ito et al. Journal of Bioscience and Bioengineering 2005
Magnetohipertermia
Ito et al. Journal of Bioscience and Bioengineering 2005
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– ImagenImagen -- DiagnDiagnóósticostico
Ressonância Magnética
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Ressonância Magnética
Desvio químico (“chemical shift”)
Espectro de 1H
Ressonância Magnética - MRI
Nanopartículas magnéticas como agentes de contraste
Ito et al. Journal of Bioscience and Bioengineering 2005
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Aumento de contraste em
RMN
Hipertermia: Tratamento de células cancerígenas por aquecimento
http://www.imprs-am.mpg.de/nanoschool2004/lectures-I/Hofmann_IMPRS.pdf
NanopartNanopartíículasculas -- AplicaAplicaçções Biomões Bioméédicasdicas
Espectroscopia clínica (MRS – “Magnetic Resonance Spectroscopy)
NanotecnologiaNanotecnologia ..
AplicaAplicaççõesões –– IF/UFRJIF/UFRJ
Nosso estudo
Nanopartículas de γFe2O3 recobertas com albumina
Diâmetros médios: 8,9 nm (núcleo de maghemita)
73,0 nm (maghemita + albumina)
Nanopartículas liofilizadas ressuspendidas em tampão fosfato (PBS)
Suspensão com concentração de ~ 1014 partículas/cm3
Nosso estudo
Animais de experimentação: camundongos fêmeas não isogênicos (variabilidade genética)
Grupo controle: 3 animais – injeção intraperitoneal de 100 µl de PBS
Grupo experimental: 3 animais – injeção intraperitoneal de 100 µl de suspensão contendo as nanopartículas
Remoção dos órgãos 24 h após a injeção
Maceração dos órgãos
Amostras conservadas a – 20 °C
Biodistribuição de Nanopartículas Magnéticas –Estudos Prévios
Magnetita recoberta com ácido poliaspártico
Fluido magnético administrado em camundongos
Concentrações medidas por EPR Sadeghiani et al. IEEE 2005
FIMFIM
Escola de NanotecnologiaJulho de 2008Prof. Elis Sinnecker
FIMFIM
Multidisciplinar / Interdisciplinar Novas Aplicações !!!Novas idéias !!!
......futuro promissor ?Implicações?