jaki pożytek mamy z nanotechnologii ? nanomateriaływ ... · wykład na konferencji organizowanej...

Jaroslaw Grobelny, Nanomaterials and Tribology Group, University of Lodz

Jaki pożytek mamy z nanotechnologii ?

Nanomateriały w leczeniu chorób

nowotworowych.

prof. nadzw. dr hab. Jarosław Grobelny

Katedra Technologii i Chemii Materiałów

Uniwersytet Łódzki

90-236, Łódź

Akademia Ciekawej Chemii 14.12.2011


Co to jest nano?

2

nano – przedrostek jednostki miary o symbolu n oznaczający mnożnik

0,000 000 001 = 10-9 (jedna miliardowa). Nazwa przedrostka pochodzi z języka

greckiego: nanos (νάνος) oznacza karzeł


Co to jest nanotechnologia?

2

Nanotechnologia to projektowanie i wytwarzanie

struktur, których przynajmniej jeden rozmiar jest

poniżej 100 nm i które posiadają nowe właściwości

wynikające z nanorozmiaru.

Nanotechnologia skupia w sobie wiedzę: fizyczną,

chemiczną, biologiczną, medyczną oraz inżynierię

materiałową.


Początki nanotechnologii?

Wykład na konferencji organizowanej przez American

Physical Society, 29 grudnia 1959

There's Plenty of Room at the Bottom

Richard Feynman

Odpowiednie ułożenie atomów

umożliwia stworzenie diamentu z węgla


Dlaczego nanotechnologia ?

2

Około 1956 roku Lata 90 XX wieku Przyszłość


Nanotechnologia…

pomaga tworzyć dzisiejsze produkty:

Lżejsze

Mocniejsze

Szybsze

Mniejsze

Bardziej wytrzymałe


Superhydrofobizacja powierzchnido zastosowań antyoblodzeniowych w lotnictwie

http://wthielicke.gmxhome.de/bionik/lotus.html

Odwzorowanie struktur lotosopodobnych – superhydrofobowe rośliny:

Kropla wody na powierzchni aluminium poddanej modyfikacji

Kropla wodyna powierzchni lotosu

Lotos


Kluczem do sukcesu w zastosowaniu nanocząstek jest wiedza

o strukturze i właściwościach posiadanego nanomateriału

?


Poszczególne Etapy Syntezy

I – do wrzącego roztworu kwasu dodajemy podgrzany cytrynian trisodu, po 10 sekundach roztwór zabarwił się na szaroniebiesko, co świadczy o tworzeniu się zarodków złota

II – barwa zmienia się od szaroniebiaskiej do fioletowej

III – kolor roztworu jest brylantowo-czerwony, co wskazuje na wytworzenie się nanocząstek

I II III


Dostępne metody analizy nanocząstek

Malvern Instruments Ltd

Small-angle X-ray Scattering (SAXS)

Differential Mobility Analyzer (DMA)

4


Krzem:

Najważniejszy

materiał w

elektronice i

nanotechnologii

KRZEM – mikroskopia STM


Krzem(111)

surface

Atomowe

stopnie

Wysokość

stopnia

~0.31 nm


100 nm



Krzem (111)

rozdzielczość

atomowa

3.9nm


4.1nm


Krzem (111)

rozdzielczość

atomowa

defekty

powierzchni


Mikroskop Sił Atomowych

390nm

Powierzchnia krzemu

Nanocząstki złotaNanorurki węglowe

Spektroskopia siłowa

Displacement

Fo

rce

Laser

Dźwignia

pomiarowa

Piezo-

elementy

z

x

Fotodioda

Ostrze

pomiarowe

6


AFM tryb rezonansowy- “tapping mode”

– z dużą amplitudą wibracji

AFM - Obrazowanie Nanocząstek

nanocząstki krzemionki na podłożu Au (111)


nanocząstki krzemionki na podłożu Au (111)

AFM tryb rezonansowy-

“tapping mode” – z

relatywnie małą amplitudą

wibracji

270nm260nm

przed manipulacją po manipulacji

AFM- Manipulacja Nanocząstek

700nm700nm

700nm700nm

8


Obrazy AFM – nanocząstki złota RM 8012 (30nm) na

powierzchni krzemu

1.0µm

14


62nm

Metrologia nanocząstek

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

25

30

35

X[nm]

Z[nm

]

65 nm

35 nm

15


Obraz TEM AgNPAuNP obraz TEM


Rak piersi

• Rak piersi to najczęstszy nowotwór złośliwy u kobiet w Polsce i na świecie (ok. 20% zachorowao na nowotwory złośliwe)

• w krajach wysoko rozwiniętych 1/8-10 kobiet zachoruje w ciągu życia na raka piersi

Krajowy Rejestr Nowotworów:

RAK PIERSI

Rok 2007

14 482 nowych zachorowao

87 mężczyźni

1080 dotyczyło mieszkanek

województwa łódzkiego

5255 zgonów

45 mężczyźni

373 dotyczyło mieszkanek

województwa łódzkiego


LECZENIE TRADYCYJNE – LECZENIE NOWOCZESNE

Tradycyjne metody leczenie raka ukierunkowane są głównie na:

usunięcie „złych” komórek (chirurgia onkologiczna),

„spalenie ich” (radioterapia)

zatrucie komórek rakowych szybciej niż komórek zdrowych (chemioterapia).

Nie podejmuje się próby naprawy wadliwych komórek.

Nowoczesne metody leczenia oparte na nanomedycynie ukierunkowane są na:

dotarciu do komórek nowotworowych, nawet konkretnego typu

ocenie szans na naprawę lub podjęciu decyzji o skierowaniu na drogę

apoptozy

selektywną naprawę uszkodzonych komórek „jedna po drugiej”


NANOCZĄSTKA WIELOFUNKCYJNA

lek A

lek B

obrazowanie

ligandy

Źródło: Wang, X. et al. CA Cancer J Clin 2008;58:97-110


PASYWNA METODA DOCIERANIA NANOCZĄSTEK

DO KOMÓREK NOWOTWOROWYCH

Tkanka

zdrowaTkanka

nowotworowa



Nanocząstki i Nowotwory

Lek dostarczany jest przez naczynia krwionośne

do guza nowotworowego

Wskaźnik

dostarczający lek

Miejsce

przyłączenia do

komórki rakowejLeczenie

Czujnik martwej

komórki

Składnik do analizy

(X-ray, MRI)

Źródło: Nicolas Beeson, University of Michigen, Centre for Biologic Nanotechnology

12


AKTYWNA METODA DOCIERANIA NANOCZĄTKI DO KOMÓRKI

NOWOTWOROWEJ NA DRODZE ENDOCYTOZY

nośnik lek

ligand

receptor

uwolnienie leku pod wpływem pHlub enzymów

egzocytoza i powrót receptora

błona komórkowa

przenikanie do wnętrza komórki



NOWOCZESNE ROZWIĄZANIA W DIAGNOSTYCE

Nanocząstki CdSe – kropki kwantowe, obiekty o silnych właściwościach luminescencyjnychRozmiar – 1nm – 10nm

Zmieniając rozmiar oraz rodzaj materiału możliwa jest kontrola emisji promieniowania elektromagnetycznego od podczerwieni poprzez całe spektrum światła widzialnego.Zastosowanie – wykrywanie komórek rakowych różnego typu

Wzbudzenie – 365 nm

Źródło: Yu. P. Rakovich. et al. Physica E , 17, 99-100.2003


NOWOCZESNE ROZWIĄZANIA W DIAGNOSTYCE

Obrazowanie nowotworów przy pomocy

kropek kwantowych – w zakresie światła

widzialnego.

Zastosowanie obiektów emitujących w bliskiej podczerwieni pozwala na:• zmniejszenie sygnału tła - luminescencja krwi i tkanek• zwiększenie zasięgu przenikania promieniowania

Problem – toksycznośd np. kadmu

Bioluminescencja Obraz optyczny

Źródło: Wang, X. et al. CA Cancer J Clin 2008;58:97-110 , Xiaohu Gao , University of Washington, X. Gao, S. Nie, Emory University


LECZENIE NANOMEDYCZNE - HIPERTERMIA

Zastosowanie –małej wielkości guzy i/lub przerzuty

CEL – doprowadzenie dużej ilości ciepła do komórek rakowych oraz jak najmniejsze do

zdrowych. Zastosowanie nanocząstek (krzemionka/złoto) spowodowało zwiększenie

efektywności miejscowego

podgrzewania guza

nowotworowego. 820nm RDZEŃ – krzemionka 110nm

POWŁOKA – złoto 10 nm

Głębokość od skóry (mm) Głębokość od skóry (mm)

SH-PEG

4 W/cm2

Rak piersi

- MRTI

Źródło: Hirsch L R et al. PNAS 2003;100:13549-13554


LECZENIE NANOMEDYCZNE

5 - NP z DTX pokryte aptamerami (RNA)4 – DTX zamknięty w NP3 – docetaksel (DTX)2- NP- biozgodny, bio-degradowanypolimer1- sól fizjologiczna

1

2

3

4

5

5 4 3 2 1

Lic

zba m

yszy (

n=

7)

zanik rakaczęściowy zanik rakarozwój rakaśmierd

30

Źródło: Farokhzad O C et al. PNAS 2006;103:6315-6320


TABELA PREPARATÓW ZAWIERAJĄCYCH NANOCZĄSTKI


Faza I - na niewielkiej grupie zdrowych ochotników (20-80 osób)Faza II - na większej grupie (20-300 osób). Ma na celu zbadanie klinicznej skuteczności terapii.Faza III - randomizowane badania na dużej grupie pacjentów (300–3000 lub więcej osób). Market – w sprzedaży

Preparaty zawierające nanocząstki wykonane z polimerów.

31


Dziękuję za uwagę

http://www.tapetynapulpit.org/big.php?id=4871

jaki pożytek mamy z nanotechnologii ? nanomateriaływ ... · wykład na konferencji organizowanej...

Documents