www.nanoyou.eu

Nanoteknologi i Medicin

Nanoteknologien tilbyder nye værktøjer til at forstå, observere og behandle sygdomme.

•Nanomaterialer kan gives biologisk funktionalitet således at de kan interagere specifikt med celler og deres

konstituenter (proteiner, lipider, DNA osv). Hvis nanomaterialerne er korrekt funktionaliseret kan de inducere

eller stoppe bestemte metaboliske reaktioner.

•Nanomaterialer er ofte I samme størrelsesorden (eller mindre end) mange biologiske strukturer og processer.

Sygdomsvisualisering

Reparere skadet væv

Sygdomsbekæmpelse

Sygdomsforståelse

•Traditionelt indtages de fleste lægemidler

oralt eller ved injektion. Dette har følgende

problemer:

•Terapeutiske effekter kan være reduceret

når stoffet når målet.

•Injektioner kan være smertefulde, svære at

administrere, dyre og potentielt farlige.

• Mål – at designe et lægemiddel der kun

angriber en sygdom, hurtigt og præcist, uden

bivirkninger.

•Nanostørrelsessystemer til aflevering af

lægemiddel kan være:

•Specifikt målsøgende således at sunde

celler ikke skades og en mindre mængde

lægemiddel skal bruges.

•Tids-frigivet (frigivet løbende over tid for at

give konstant behandling).

•Hvordan?

•De fleste nanostørrelsessystemer til

aflevering af lægemidler fanger enten

molekylerne i en biokompatibel polymer

eller inkapsler det i et nanoskala reserrvoir.

Årsagen bag mange

invaliderende sygdomme

er stadigvæk ukendt men

nyere nanoteknologiske

fremskridt har muliggjort, at

studere biologiske

processer i langt bedre

detaljer end hidtil.

Et AFM billede af en

amyloid fibril, der

tænkes at være linket

til sygdomme som

Alzheimer’s.

(Figur: T. Knowles,

University of

Cambridge)

Gennem grundigt design og

syntese kan multifunktionelle

nanopartikler syntetiseres til at

binde specifikt til specifikke typer

af specier i kroppen (f.eks.

cancer-celler og kolesterol). Ved

at gøre nanopartiklerne synlige til

medicinske visualiserings-

teknikker kan de bruges som

markører eller tags, der lader

lægerne overvåge niveauet og

spredningen af sygdomme.

Nye biokompatible kompositmaterialer

kan syntetiseres som sidenhen vil blive

optaget af kroppen for at reparere

skader f.eks. gennem brugen af

nanoporøse materialer og biokompatible

polymerer.

Lab-on-a-chip og biosensorer

•Meget følsomme miniature diagnosticeringsapparater

udvikles for at give præcise og hurtigere diagnoser fra en lille

mængde væske.

•Prøverne vil ikke behøve at blive sendt til et laboratorium,

dermed spares tid og ressourcer.

•Minituriaserede diagnostiske apparater inkluderer

biosensorer, microarrays og „lab-on-a-chip‟ (LOC) apparater

også kaldet minituriaserede total analyse systemer (µTAS).

Lab-on-a-chip

•Miniaturiserede integrerede laboratorier tillader seperationen

og analysen af biologiske prøver (f.eks. blod) i et enkelt

apparat.

•De er fremstillet af mikrofluide systemer, indkluderende mikro-

pumper og mikroventiler integreret med mikroelektroniske

komponenter. Apparatet kan også integrere med en eller flere

sensorer.

•Nanoteknologi kan miniturisere komponenter og forbedre

specifikke funktioner f.eks. gennem brugen af nanostørrelses

nanopore-membraner.

Biosensorer

•Designet til at genkende specifikke biomolekylære specier og

signalisere dets tilstedeværelse, aktivitet eller koncentration.

•Eksempler inkluderer:

Cantilever sensorer

Overfladen på en cantilever er

funktionaliseret med et

nanometer tykt lag af en coating

der er designet til at genkende

specifikke biomolekyler.

M. Lorenzen, iNANO, Aarhus Universitet

Nanowire sensorer

Overfladen af en nanowire kan

funktionaliseres så specifikke

biomolekyler binder stærkt til

den og ændrer dens elektroniske

egenskaber.

Skanne elektron mikroskop billeder

viser den funktionelle del af en

nanobiosensor indeholdende silicium

nanowires. (P Mohanty, Boston

University, NISE Network,

www.nisenet.org, licenseret under

NISE netværkets betingelser).

Visionen om Theranostik

•Nanoteknologi kan muliggøre integrationen af

sygdomsdianogstik, visualisering, terapi og opfølgning I en

enkelt proces – også kaldet “theranostik”

•Lægemidler kan bindes til nanopartikler (så som kvantedots)

som kan undergå egenskabsændringer (f.eks. farve) når

lægemidlet har nået sit mål.

•Sammen med en sløv målbestemt frigivelsessystem kan

nanopartiklerne gradvist ændre farve som lægemidlet virker

og dermed informere lægerne om progressionen af

behandlingen.

•Et eksempel på theranostik er brugen af guld nanoskaller til

billedetagning og behandling af kræftceller på samme tid.

Et optisk mikroskopibillede af guld

nanoskaller deponeret på et mikroskopiglas.

(G.Koeing, University of Wisconsin-Madison

NISE Network, www.nisenet.org, licenseret

under NISE netværkets betingelser).

Dette skanne elektron mikroskopybillede viser

en hydrogel platform dyrket til at studere

hjernevævsdyrkning og nervecelleregeration.

(D Nisbet, Monash University, NISE Network,

www.nisenet.org, licenseret under NISE

netværkets betingelser).

Disse multimodalitetsbilleder af

åreforkalknin viser nanokrystaller

modificeret med høj-massefylde

lipoproteiner. [Afledt med tilladelse fra

Cormode et al, Nano Letters 8 (11)

3715 Copyright 2008 American

Chemical Society]