Nanotechnologia serca

Nanotechnologia serca to „Inżynieria systemów funkcjonalnych w skali molekularnej” („Badania nanotechnologiczne”).

Nanotechnologia

Nanotechnologia zajmuje się strukturami i materiałami o długości od około jednego do stu nanometrów. Na tym poziomie mikroskopowym ma miejsce i działa mechanika kwantowa , powodująca zachowania, które wydawałyby się dość dziwne w porównaniu z tym, co ludzie widzą gołym okiem (zwykła materia). Nanotechnologia jest wykorzystywana w wielu różnych dziedzinach techniki, począwszy od energetyki , przez elektronikę , aż po medycynę . W kategorii medycyny nanotechnologia jest wciąż stosunkowo nowa i nie została jeszcze powszechnie przyjęta w tej dziedzinie. Możliwe, że nanotechnologia może być nowym przełomem w medycynie i ostatecznie może być rozwiązaniem i lekarstwem na wiele problemów zdrowotnych, z którymi borykają się ludzie. Nanotechnologia może doprowadzić do wyleczenia chorób, takich jak przeziębienie , choroby i rak . Już zaczyna być stosowany w leczeniu niektórych poważnych problemów zdrowotnych; dokładniej jest stosowany w leczeniu serca i raka. [ potrzebne źródło ]

Nanomedycyna

Nanotechnologia w medycynie jest częściej określana jako nanomedycyna . Nanomedycyna, która zajmuje się wspomaganiem serca, naprawdę zaczyna się rozwijać i zyskiwać na popularności w porównaniu z większością innych dziedzin, które nanomedycyna ma obecnie do zaoferowania. Istnieje kilka problemów z sercem, co do których nanotechnologia ma obiecujące dowody skuteczności w leczeniu chorób serca w najbliższej przyszłości.

Przykłady

Miejmy nadzieję, że powinno być w stanie leczyć wadliwe zastawki serca ; oraz wykrywać i leczyć blaszkę miażdżycową w sercu („Nanotechnology Made Clear”). Nanomedycyna powinna być w stanie pomóc leczyć serca ludzi, którzy już byli ofiarami chorób serca i zawałów serca . Z drugiej strony będzie również odgrywać kluczową rolę w wyszukiwaniu osób z wysokim ryzykiem chorób serca i będzie w stanie przede wszystkim zapobiegać zawałom serca. Nanotechnologia serca jest o wiele mniej inwazyjna niż chirurgia, ponieważ wszystko zachodzi w organizmie na minimalnym poziomie w porównaniu ze stosunkowo dużymi tkankami, którymi zajmuje się chirurgia. Z naszą dzisiejszą technologią operacje serca są wykonywane w celu leczenia uszkodzonej tkanki serca, która powstała w wyniku zawału serca. Jest to poważna operacja, po której rekonwalescencja trwa zwykle kilka miesięcy („WebMD — lepsze informacje. Lepsze zdrowie”). W tym okresie pacjenci są bardzo ograniczeni w czynnościach, które mogą wykonywać. Ten długi proces rekonwalescencji jest niedogodnością dla pacjentów, a wraz z rozwojem medycyny najprawdopodobniej nie minie dużo czasu, zanim zostanie opracowana i zastosowana skuteczniejsza metoda leczenia pacjentów z zawałem serca. [ potrzebne źródło ] Metodą, która przoduje w zastępowaniu poważnych operacji serca, jest wykorzystanie nanotechnologii. Istnieje kilka alternatywnych sposobów przeprowadzania operacji serca, które nanotechnologia będzie potencjalnie oferować w przyszłości.

Alternatywy dla operacji

W przypadku osób z chorobami serca lub po zawale serca ich serca są często uszkodzone i osłabione. Lżejsze formy niewydolności serca nie wymagają operacji i często są leczone lekami („WebMD - Better Information. Better Health”). Zastosowanie nanotechnologii w leczeniu uszkodzonych serc nie zastąpi tych łagodniejszych problemów z sercem, ale raczej poważne problemy z sercem, które obecnie wymagają operacji, a czasem nawet przeszczepów serca .

Naprawa serca

Grupa inżynierów, lekarzy i materiałoznawców z MIT i Szpitala Dziecięcego w Bostonie połączyła siły i rozpoczyna ruch mający na celu znalezienie sposobu na wykorzystanie nanotechnologii do wzmocnienia osłabionej tkanki serca („MIT – Massachusetts Institute of Technology”). Pierwsza metoda wykorzystuje nanotechnologię połączoną z inżynierią tkankową , a złote nanodruty są umieszczane i wplatane w uszkodzone części serca, zasadniczo zastępując niefunkcjonujące lub martwe tkanki.

Regeneracja tkanek

Drugie podejście potencjalnie wykorzystywałoby maleńkie nanocząsteczki , które przemieszczałyby się po ciele i znajdowałyby umierającą tkankę serca. Nanocząsteczki będą przenosić obiekty takie jak „ komórki macierzyste , czynniki wzrostu , leki i inne związki lecznicze”. Następnie nanocząsteczki uwalniałyby związki i wstrzykiwały je do uszkodzonej tkanki serca. Teoretycznie prowadziłoby to do regeneracji tkanki.

Trudności w naprawie serca

Możliwość naprawienia tkanki serca, która została uszkodzona w wyniku zawału serca lub choroby serca, nie jest bardzo prosta i jest jednym z głównych wyzwań współczesnej inżynierii tkankowej („Popular Science Dzieje się tak dlatego, że komórki serca nie są obiektami najłatwiejszymi do wytworzenia w laboratorium. Opracowanie komórek wymaga ogromnej szczególnej troski i pracy, aby biły one w synchronizacji („Popular Science”). Nawet po tym, jak komórki serca zostaną ostatecznie utworzone, dużym zadaniem jest również umieszczenie komórek w nieoperacyjnych częściach serca i sprawienie, by działały zgodnie z tkankami, które nadal działały prawidłowo („Popularna nauka”).

Plasterki serca

Było kilka udanych tego przykładów z wykorzystaniem „plastrów serca opartych na komórkach macierzystych, opracowanych przez naukowców z Duke University ” („Popular Science”). Biomateriały , z których składa się plaster, są zwykle wykonane z polimerów biologicznych, takich jak alginian , lub polimerów syntetycznych, takich jak kwas polimlekowy („Nanotechnologia natury”). Materiały te dobrze organizują komórki w funkcjonujące tkanki; jednak działają one jako izolatory i są słabymi przewodnikami elektryczności, co stanowi poważny problem, zwłaszcza w sercu („nanotechnologia natury”). Ponieważ sygnały elektryczne, które są przesyłane między jonami wapnia, kontrolują kardiomiocyty skurczu serca, który sprawia, że ​​serce bije, plaster na serce z komórek macierzystych nie jest zbyt wydajny i nie tak skuteczny, jak chcieliby tego lekarze („Popularna Nauka”). Rezultatem tego, że plaster nie jest zbyt dobrze przewodzący, jest to, że komórki nie są w stanie osiągnąć płynnego, ciągłego rytmu w całej tkance zawierającej komórki macierzyste. Powoduje to, że serce nie działa prawidłowo, co z kolei może oznaczać, że w wyniku wszczepienia komórek macierzystych może pojawić się więcej problemów z sercem.

Rusztowania tkankowe

Ostatnio [ kiedy? ] pojawiło się kilka nowych rozwiązań w dziedzinie nanotechnologii, które będą bardziej wydajne niż słabo przewodzący plaster oparty na komórkach macierzystych („Nature Nanotechnology”). Naukowcy i badacze znaleźli sposób, aby te plastry komórek macierzystych (znane również jako rusztowania tkankowe) były przewodzące, a zatem stały się wykładniczo [ potrzebne źródło ] bardziej skuteczne („Nature Nanotechnology”). Odkryli, że hodując złote nanoprzewody do i przez plastry, byli w stanie znacznie zwiększyć przewodnictwo elektryczne . Nanoprzewody są grubsze niż oryginalne rusztowanie, a komórki są również lepiej zorganizowane. Następuje również wzrost produkcji białek potrzebnych do wiązania i skurczu wapnia w mięśniach. Złote nanoprzewody przebijają się przez materiał rusztowania komórek macierzystych, co wzmacnia komunikację elektryczną między otaczającymi komórkami serca. Bez nanoprzewodów plastry komórek macierzystych wytwarzały niewielki prąd, a komórki biły tylko w małych skupiskach w miejscu rozpoczęcia stymulacji. Dzięki nanoprzewodom komórki wydają się kurczyć, nawet jeśli są skupione daleko od źródła stymulacji. Zastosowanie złotych nanodrutów z plastrami serca z komórek macierzystych jest wciąż stosunkowo nową koncepcją i prawdopodobnie minie trochę czasu, zanim zostaną one zastosowane u ludzi. Istnieje nadzieja, że ​​w niedalekiej przyszłości nanoprzewody zostaną przetestowane na żywych zwierzętach.

Nanocząsteczki

Innym sposobem, w jaki nanotechnologia może zostać potencjalnie wykorzystana do naprawy uszkodzonych tkanek serca, jest użycie „pocisków kierowanych” nanocząstek. Te nanocząsteczki mogą przylegać i przyczepiać się do ścian tętnic i wydzielać lek w wolnym tempie („MIT-Massachusetts Institute of Technology”). Cząsteczki, znane jako nanozadziory, ponieważ są pokryte małymi fragmentami białek, które przyklejają się do określonych białek i celują w nie. Nanoburry można zmusić do uwolnienia leku, który jest do nich przyczepiony w ciągu kilku dni („MIT-Massachusetts Institute of Technology”). Są wyjątkowe w porównaniu ze zwykłymi lekami, ponieważ mogą znaleźć konkretną uszkodzoną tkankę, przyczepić się do niej i uwolnić dołączony do niej ładunek leku („MIT-Massachusetts Institute of Technology”). Dzieje się tak, ponieważ nanozadziory są kierowane na określoną strukturę, znaną jako błona podstawna ; ta membrana wyściela ściany tętnic i jest obecna tylko wtedy, gdy obszar jest uszkodzony. Nanoburry mogą przenosić leki skuteczne w leczeniu serca, a także potencjalnie przenosić komórki macierzyste pomagające w regeneracji uszkodzonej tkanki serca („MIT-Massachusetts Institute of Technology”).

Kompozycja

Cząsteczki składają się z trzech różnych warstw i mają średnicę sześćdziesięciu nanometrów („MIT-Massachusetts Institute of Technology”). Zewnętrzna warstwa to powłoka z polimeru zwanego PEG, a jej zadaniem jest ochrona leku przed rozpadem podczas podróż przez ciało. Warstwa środkowa składa się z substancji tłuszczowej, a rdzeń wewnętrzny zawiera właściwy lek wraz z łańcuchem polimerowym, który kontroluje czas potrzebny do uwolnienia leku („MIT-Massachusetts Institute of Technology”).

Badania

W badaniu przeprowadzonym na szczurach nanocząstki zostały wstrzyknięte bezpośrednio do ogona szczura i nadal były w stanie dotrzeć do pożądanego celu (lewa tętnica szyjna ) z szybkością, która była dwukrotnie większa niż ilość niecelowanych nanocząstek („MIT-Massachusetts Institute of Technology”). Ponieważ cząsteczki mogą dostarczać leki przez długi czas i mogą być wstrzykiwane dożylnie, pacjenci nie musieliby wykonywać wielu powtarzanych zastrzyków ani inwazyjnych operacji serca, co byłoby o wiele wygodniejsze. Jedynym minusem jest to, że istniejące metody dostarczania są inwazyjne i wymagają albo bezpośredniego wstrzyknięcia do serca, albo cewnika zabiegi czy implanty chirurgiczne. Nie ma jednak wątpliwości, że przyszłość naprawy serca i zapobiegania chorobom serca/atakom z pewnością będzie w jakiś sposób wiązać się z wykorzystaniem nanotechnologii. [ potrzebne źródło ]

Nanocząsteczki poliketalowe

Kompozycja

Nanocząsteczki poliketalowe to wrażliwe na pH, hydrofobowe nanocząstki sformułowane z poli(1-4-fenylenoacetonodimetylenoketalu). Są wrażliwym na kwasy nośnikiem dostarczania leków, specjalnie zaprojektowanym do celowania w środowiska guzów, fagosomów i tkanki zapalnej. W takich kwaśnych środowiskach nanocząstki te ulegają przyspieszonej hydrolizie do związków hydrofilowych o małej masie cząsteczkowej, w konsekwencji szybciej uwalniając zawartość terapeutyczną. W przeciwieństwie do nanocząstek na bazie poliestru, nanocząstki poliketalowe nie wytwarzają kwaśnych produktów degradacji po hydrolizie

Stosowanie w zawale mięśnia sercowego

Po zawale mięśnia sercowego leukocyty zapalne atakują mięsień sercowy . Leukocyty zawierają duże ilości fosforanu dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADPH) i Nox2. Oksydaza Nox2 i NADPH razem działają jako główne źródło ponadtlenku w sercu , co w nadmiarze może prowadzić do przerostu miocytów , apoptozy, zwłóknienia i zwiększonej ekspresji metaloproteinazy macierzy -2. W badaniu na modelu mysim przeprowadzonym przez Somasuntharam i in. 2013, nanocząsteczki poliketalowe zostały użyte jako nośnik do dostarczania siRNA celować i hamować Nox2 w sercu z zawałem. Po wstrzyknięciu do mięśnia sercowego in vivo nanocząsteczki Nox2-siRNA zapobiegały regulacji w górę oksydazy Nox2-NADPH i poprawiały ułamkowe skracanie . Po wchłonięciu przez makrofagi w mięśniu sercowym po zawale mięśnia sercowego nanocząsteczki rozkładają się w kwaśnym środowisku endosomów / fagosomów , uwalniając siRNA specyficzne dla Nox2 do cytoplazmy .

Nanocząsteczki poliketalu zastosowano również w sercu myszy z zawałem, aby zapobiec uszkodzeniu niedokrwienno - reperfuzyjnemu spowodowanemu przez reaktywne formy tlenu (ROS). Poziomy przeciwutleniacza Cu/Zn-dysmutaza ponadtlenkowa (SOD1), która wychwytuje szkodliwe ROS, zmniejsza się po MI. Kapsułkowane nanocząsteczki poliketalowe SOD1 są w stanie usuwać ROS wywołane urazem reperfuzyjnym. Co więcej, to leczenie poprawiło ułamkowe skracanie, co sugeruje korzyści z ukierunkowanego dostarczania przez poliketale. Jedną z kluczowych zalet stosowania poliketalów jest to, że nie nasilają one odpowiedzi zapalnej, nawet przy podawaniu w stężeniach przekraczających granice terapeutyczne. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanego poli(kwasu mlekowo-ko-glikolowego) (PLGA), podawanie nanocząstek poliketalowych myszom inicjuje niewielką rekrutację komórek zapalnych. Dodatkowo, domięśniowe wstrzyknięcie poliketali w nogę szczurów nie wykazuje znaczącego wzrostu cytokin zapalnych , takich jak IL-6 , IL-1β , TNF-α i IL-12 .

Dodatkowa lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Heart_nanotechnology&oldid=1053726447 ”