Table of Contents

הפוטנציאל הבלתי-מתאמת של Graphene ברפואה

מאז בידוד של גרפן בשנת 2004, זה דו-ממדי פחמן דוטרופ תפס את הדמיון של חוקרים על פני דיסציפלינות. Composed של שכבה אחת של אטומי פחמן מסודרים בלחיצות דבש, גרפן מציג שילוב מדהים של כוח מכני, מוליכות חשמלית, יציבות תרמית, משטח. בזירה הביו-רפואית, תכונות אלה מתורגמות להזדמנויות חסרות תקדים עבור אספקת תרופות ו bioensing את היכולת ממוקדת כדי לבחון את הפונקציונליות של אינטראקציה זו עם גרף עמוק יותר עם גרף עמוק יותר עם גרף מערכת משולבת משולבת משולבת משולבת של גרף זה, אשר מאפשר גרף משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת משולבת של גרף מבוסס על ידי גרף זה, עם תכונות ביולוגיות גבוהה יותר, עם תכונות ביולוגיות שלה.

ניהול ביו-רפואי

כדי להבין מדוע גרפן כל כך מבטיח לרפואה, ראשית עליך להעריך את התכונות הפיזיות והכימיקליות שמבדילות אותו מננו-חומרים אחרים.

שטח רחב

גרם יחיד של גרפן יכול להיות שטח על פני השטח מעל 2,600 מטרים רבועים - גדול יותר מאשר מגרש כדורגל.קיבולת יוצאת דופן זו מספקת שטח בשפע עבור טעינה סוכנים טיפוליים, בדיקות הדמיה, ו מיקוד ligands. במשלוח סמים, זה אומר כמות קטנה של נושאת מבוססת גרפן יכול להעביר מטען סמים משמעותי, פוטנציאל להפחית את תדירות של dosing ו minimizing תופעות לוואי מערכתיות.

תכונות חשמל

נושאי המטען של Graphene מתנהגים כפרעים חסרי מסה, מה שנותן לו ניידות אלקטרונים מעל 200 ס"מ / V. עבור ביוסנסינג, זה מתורגם לגילוי רגיש מאוד של אירועים מחייבים ביו-מולקולאריים.אפילו שינויים עדינים בסביבה המקומית - כגון המודעות של מולקולה חלבון בודד - יכול לייצר אות חשמלי אמין, המאפשר זיהוי גבולות כי יריב או שיטות קונבנציונליות.

שקיפות כימית ותפקוד

גרפין פריסטין הוא יחסית לא מוכר, אבל הצורה החמצן שלה - תחמוצת גרף (GO) - עשיר hydroxyl, epoxy, וקבוצות carboxyl. קבוצות פונקציונליות אלה משמשים כמטפלים עבור החזקה קוהנדסונית של תרופות, נוגדנים, peptides, ופולימרים.צמצם oxide (r) שומר פונקציונליות חמצן מסוימת תוך שחזור התנהגות, שימושית עבור זה עוזר גם עבור צינורות אלקטרו-חמצני, כמו צינורות ספציפיים, כמו צינורות.

זמינות והערכה

בעוד מחקרים מוקדמים העלו חששות לגבי רעילות גרפן, המחקר הבא הראה כי ביו-זמינות תלויה במידה רבה בגודל, ציפוי פני השטח, ומינון. פונקציונלי כראוי גרפן - במיוחד כאשר הוא מצויד עם פוליאתילן גליקול (PEG) או פולימרים ביולוגיים אחרים שאינם מתאימים - יכול להפיץ בדם לתקופות מורחבות עם תגובה מינימלית.

מערכות אספקת תרופות מבוססות Graphene

משלוח תרופות ממוקד נשאר אחד היישומים הנחקרים ביותר של גרפן.המטרה היא לרכז סוכנים טיפוליים ברקמות מחלות תוך ספאם איברים בריאים, ובכך לשפר את יעילות וצמצום הרעילות.

תרופות טעינה אסטרטגיות

פני השטח הגדולים של גרפן נקשרים מאוד מולקולות סמים ארומטיים באמצעות ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ גישה זו אינה יעילה במיוחד עבור סוכנים סכימיים יכול לעלות על 100% על ידי משקל (כלומר, נושאת תרופות חד-משמעיות יותר או גרף ⁇ ⁇ ), אשר מכיל טבעות phostothemicide ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מטרות ופנים

כדי להשיג ספציפיות, נשאי גרפן מעוטרים ב-Mooties ממוקדים - נוגדנים רטיפין, aptamers, או מולקולות קטנות כגון חומצה פולית.לדוגמה, חומצה פולית-תפקודית GO סלקטיבית נקשרת באופן סלקטיבי לקולטן פוליאטים על תאים סרטניים רבים, המוביל לדלקת אנדורטיוזיס ממושמעת.

Stimuli-Responsive לשחרר את Mechanisms

נושאי סמים מתקדמים של גרפן מונדסים כדי לשחרר את המטען שלהם רק בתגובה לרמזים ספציפיים הנמצאים במיקרו-סביבה.

  • (FLT:0)pH-responsive שחרור: ההרחבה 1 (ראה: ההרחבה 1) גידולים מוצקים רבים ורקמות פגום יש pH תוספתי נמוך יותר ( ⁇ 6.5) מאשר רקמות נורמליות ( ⁇ 7.4). , נשאי Graphene המצופה פולימרים רגישים pH או המכילים קישורים חסכוניים המכילים חומצה-מעבדהחליפה שחרור תרופות בתנאים חומציים.
  • (FLT:0) Redox-responsive שחרור: ההרחבה 1 (GSH) הסביבה הפנימית עשירה בגלוטית (GSH), סוכן מופחת. דיספלייד אג"ח שהוצג בין גרפן לבין התרופה הם מבולבלים בcytoplasm הפחתת, ומבטיחה cytoplasmic ולא שחרור מוקדם יותר.
  • (FLT:0) NIR-infrared (NIR) שחרור אור-טריג: Graphene סופג חזק את האור NIR והופך אותו לחום (אפקט פוטורמי) ניתן לנצל את הנכס הזה כדי לגרום לדלקת או להמיס של ציפוי תרמוסרספוני, המאפשר שחרור לפי דרישה עם שליטה מרחבית וזמנית.
  • (FLT:0) שחרור אחראי: גלקסיות Overexpressed כגון מאטריקס מתכתלופרופרוטאיז (MMPs) בגידולים יכול לגרור קישורי פפטיד המחברים את התרופה לגרף, מתן שכבה נוספת של מפרט.

שילוב טיפול: Chemo-Photothermal Synergy

אחת ההתפתחויות המרגשות ביותר היא השימוש של גרפן עבור טיפול כימותרפיה ופוטרמי.על ידי טעינה סוכן צ'אפיפילוטי על נושאת גרפן ולאחר מכן חשיפת הגידול לאור NIR, החוקרים השיגו אפקטים סינרגיים: החום מרגיע תאים סרטניים התרופה, בעוד המנגנונים לתיקון סמים אשר אחרת יסייעו לתאים לשרוד לחץ תרמי.

Graphene ב biosensing ו Diagnostics

התכונות החשמליות והאופטיות של Graphene הופכות אותו לחומר טרנספורמטיבי עבור ביוסנסורים.המטרה היא לזהות ביומרקרים - חלבונים, חומצות גרעין, מטבוליטים או פתוגנים - עם רגישות גבוהה, ספציפיות ומהירות.

ביוסנסורים אלקטרו-כימיים

Graphene אלקטרודות מציגות קינטיקה רקע נמוכה זרם אלקטרוני מהיר, המאפשר זיהוי ישיר של מינים אלקטרואקטיביים. הגדרות Common כוללות גרף-מתוק ממולאים אלקטרודות פחמן, transistors שדה גרפן (GFET), ומערך גרפן מודפס על המסך.

  • (FLT:0)Glucoseחיישנים:FLT:1 , אלקטרודות אנזים מבוסס Graphene פותחו באמצעות גלוקוז חמצון חמצון מלוטש על GO או rGO.חיישנים אלה להשיג גבולות זיהוי בטווח המיקרו-מול נמוך להגיב בתוך שניות, מה שהופך אותם מתאימים למעקב אחר גלוקוז מתמשך בסוכרת.
  • (FLT:0)DNA ו- miRNA זיהוי: FLT:1irin על ידי אי-החתוך DNA על גרפן ומדידה שינויים ב מוליכות או אימפולס בהיברידיזציה של מטרות, החוקרים יכולים לזהות ריכוזים של רצפי חומצה nucleic מסוימים.זה חשוב במיוחד עבור גילוי מוקדם לסרטן שבו רמות גידול DNA הן מאוד נמוכות.
  • (FLT:0)Protein biomarkers:FLT:1 GFETs פונקציונלי עם נוגדנים יכול לזהות סמנים סרטניים כגון אנטיגן ספציפי הערמונית (PSA), carcinoembryonic Antigen (CEA), ו קולטן גדילה אפידרמלי אנושי 2 (HER2) בסרום עם רגישות כלפי רמות pmtomolar.

ביוסנסורים אופטיים

Graphene משמש גם כקציר פלואורגנטי בשל ספקטרום הקליטה הרחב שלה ואת העברת אנרגיה יעילה.ב חיישן טיפוסי "החזרה על", בדיקה מתויגת באופן פלורסני הוא בתחילה מוטבע כאשר פרסומות על גרפן.על המחייב את המטרה אנאליט, הבדיקה היא שוחררה וחלמת.עקרון פשוט זה כבר מיושם כדי לזהות DNA, חלבונים, ואפילו מתכת.

חיישן גמיש ולבוש

הגמישות המכנית של גרפן מאפשרת להודפס או להפקיד על תת-שכבות גמישות (פלסטיק, נייר, טקסטיל) עבור צגים בריאותיים לבישים.מכשירים אלה יכולים לזהות סמנים ביולוגיים בזיעה, ⁇ , או נוזל בין-דתי, המאפשר מעקב בריאות בזמן אמת ללא סוכרת פולשנית.לדוגמה, כתמים המבוססים על גרפן המדודים חומצת שתן, לקטט וגלוקוזלוקוזבת, הוכחו באופן מותאם אישית וניהול כושר.

איתור של פתוגנים ווירוסים

מגפת COVID-19 מדגישה את הצורך באבחון מהיר, נקודה של טיפול. Graphene חיישנים פותחו כדי לזהות את החלבון SARS-CoV-2 ספייק או RNA ויראלי בתוך דקות. Graphene שדה-אפקט טרנזיסטורים פונקציונליים עם נוגדנים נגד החלבון הספייקפי יכול לזהות את הנגיף ישירות בדגימות של נב אנסטל עם רגישות דומה PCR, אך ללא צורך עבור אפקט דומה, גרף, חיישנים אלקטרוכימיים, עבור HIV, ו-כימיקלים, עבור טיפול תרופתי, ו-כימיקלים, ו- HIV, עבור חיישנים מאובטחים, ו- HIV, עבור טיפול יעיל, הוא היה בטוח, עבור חיישנים מאובטח, עבור חיישנים מאובטח, ו-כימיקלים מאובטח, 000 מבטיח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מאובטח, 000, 000, 000 מאובטח, 000 מאובטחים מאובטח, 000 מבטיח, 000 מאובטחים מאובטחים מאובטחים מאובטחים מאובטחים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מאובטחים,

כתובת: Graphene Biomedicine

למרות ההתקדמות העצומה, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני משלוח תרופות מבוסס גרפן ומכשירים ביוחישה להיכנס לשימוש קליני שגרתי.

סובלנות וזמינות

הרעילות של גרפן תלויה באופן ביקורתי במאפיינים הפיזיקליים שלה. . , דליפיות גדולות יכול להזיק membranes תאים, בעוד גרפן prise prise יכול לצבור איברים כגון הכבד ו spleen. ציפוי פני השטח עם פולימרים לא מתאימים (PEG, dextran, chitosan) באופן משמעותי להפחית רעילות לטווח ארוך במחקרים vivo עדיין יש צורך, אבל ראיות סטנדרטיות (nm) כי הם יכולים להיות סובלות על ידי גרף חיובי על ידי גרף 100-חומרים (גנטיות).

ב-Vvo Degradation and Clearance

עבור משלוח סמים, נושאת חייב בסופו של דבר להיות ברור מהגוף. בעוד גרפן יכול להיות מוזנח על ידי myeloperoxidase, השיעור הוא איטי ולא שלם. רוב חלקיקי גרפן מופרשים דרך המסלול hepatobiliary (feces) ובמידה פחותה באמצעות הכליות (urine), אבל אגרפיות גדולות יותר עלולות להימשך חודשים.

ייצור סקאלה והפקה יעילה

שיטות ייצור נוכחיות - פיזור כימי, צפיפות שומן, וכימיה אלקטרוכימית, וסינתזה אלקטרוכימית - מיליט גרפן עם גודל משתנה, צפיפות פגומה וכימיה פני השטח. עבור יישומים קליניים, עקביות אצווה-to-batch חיוני. Advances בשליטה איכותית באמצעות Raman spectroscopy, מיקרוסקופית כוח גרעיני וכלי אפיון אחרים מסייעים כדי סטנדרטיזציה של חומרים החלים של תהליכי ייצור טוב (G).

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

כרומן nanomaterial, מוצרי רפואה מבוססי גרפן עומדים בפני בדיקה רגולטורית מחמירה בארצות הברית (FDA) ובאירופה (EMA) No גרפן מבוסס סמים עדיין קיבלה אישור קליני, למרות שחלקם נמצאים בפיתוח קליני. חברות וקבוצות אקדמיות פועלים כדי ליצור חבילות אבטחה ויעילות כדי לתמוך ביישומים חדשים של תרופות (IND) חדשים.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

העשור הבא כנראה יראה גרפן מתפתח מסקרנות מחקרית לפלטפורמה מעשית לרפואה מדויקת.

חברות חכמות, Multi-Functional Carrier

הגדלת אספקת סמים עם יכולת אבחון - שנקראת Theranostics - היא מגמה גדולה. Graphene ספקים יכול להיות טעון עם סוכן טיפולי ובדיקה אבחון (למשל, פלואורופופור או סוכן הדמיה מגנטי) בו זמנית.זה מאפשר לרופאים לפקח על חלוקת סמים ושחרור בזמן אמת, התאמה, ולוודא כי התרופה מגיעה ליעד מוקדם.

מטבוליזם מבוסס Graphene - Wearables for Continuous Monitoring

חיישני גרפן גמישים יתולבו יותר ויותר למכשירים לבישים לניהול מחלות כרוניות. לפקחי גלוקוז רציף שאינם דורשים כיור אצבע-פריק, עדשות מגע חכמות המדידות לחץ תוך עיני, ותיקונים בעור שעוקבים אחר מספר רב של סמנים ביולוגיים נמצאים כולם תחת התפתחות פעילה.שילוב הרגישות של גרפן וציות מכני הופך אותו אידיאלי עבור יישומים כאלה.

שילוב עם ננו-חומרים אחרים

Graphene הוא לעתים קרובות בשילוב עם חלקיקים אחרים כדי ליצור מערכות היברידיות עם תכונות משופרות.לדוגמה, גרפן-זהב nanoparticle היברידיs להציג משטח-enhanced Raman פיזור (SERS) עבור זיהוי אולטרה-רגיש. Graphene-iron oxides לספק מיקוד מגנטי ומיומנויות היפרותרמיה.

בינה מלאכותית ושילוב נתונים

זרמי נתונים מסיביים שנוצרו על ידי חיישנים בעלי עישנות מבוססי גרפן דורשים ניתוח מתוחכם.אלגוריתם למידת מכונה יכול לפרש פלטי חיישן מורכבים, להבחין בין מספר אנאליטים, לזהות דפוסים מעידים על המחלה מלכתחילה.התכנסות זו של ננוטכנולוגיה והבטחות בינה מלאכותית להפוך את הבריאות מותאמים אישית, שבו מניעה והתערבות מוקדמת להחליף טיפול תגובתי.

מסקנה

כניסתו של Graphene לבימדיקינה פתחה אפשרויות שלא ניתן להעלות על הדעת לפני שני עשורים.שטח פני השטח יוצא דופן שלה, רגישות חשמלית, טונה כימית להפוך אותה פלטפורמה מגוונת עבור הן אספקת תרופות ממוקדת והן ביו רגיש מאוד biosensing. בעוד אתגרים הקשורים רעילות, עקביות ייצור, אישור רגולטורי נשאר מטבולי, קצב ההתקדמות הוא מאיץ. עם המשך ההשקעה במחקר בסיסי והתפרצות התפתחותית, אנוכימטיים, הם השפעות קליניות על ידי טיפול, אך טיפול פסיכולוגיות, אך טיפול פסיכולוגיות, אך טיפול, אך טיפול פסיכולוגיות, אך טיפול, אך טיפול, הן יכולות להיות אבחון, אך טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול, טיפול תרופתי, טיפול, טיפול תרופתי, ואפקטים, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, ואפקטים, טיפול תרופתי, אך טיפול תרופתי הוא טיפול תרופתי הוא טיפול, אך טיפול פסיכולוגי מתמשך, אך טיפול מתמשך, טיפול מתמשך, טיפול תרופתי מתמשך, טיפול תרופתי מתמשך, הוא גורם למחלות מניתוח, טיפול תרופתי מתמשך, טיפול תרופתי מתמשך, אך טיפול תרופתי מתמשך, הוא טיפול תרופתי מתמשך, אך טיפול תרופתי מתמשך, טיפול תרופתי מתמשך, טיפול מתמשך, טיפול תרופתי מתמשך, טיפול מתמשך, אך טיפול תרופתי מתמשך

(ב) עיין בבקשות ביו-רפואיות של גרפן:0 (הראה: 1) ו-FLT:2hereph 3 , סקירה של ביוסנסורים מבוססי גרפן זמין (FLT:4in this reviewFLT:5 for רגולציה Perspectives), ראה את הדרכת ה- FDA על מוצרי ננוטכנולוגיה LT6FhereLT 7)