עיצוב חלקיקים רב פונקציונליים עבור שימוש טיפולי ודיגנוגנטי

הקדמה: ההבטחה של ננוותרנוטיקה

חלקיקים, המוגדרים כחלקיקים עם לפחות מימד אחד מתחת ל -100 ננומטרים, תופסים צומת ייחודי בין חומרים מדע וביולוגיה. הגודל המינוס שלהם מעניק להם יחס שטח יוצא דופן - שטח-על-מנת-לכולה, ואת היכולת לחצות מחסומים ביולוגיים כי חלקיקים גדולים יותר יכולים לשלב יישומים רפואיים, זה הופך אותם מתאימים במיוחד לאינטראקציה עם מכונות תאיות.

מה הם חלקיקים רב-תפקודיים?

חלקיקים רב תפקודיים הם ננו-פלטפורמות ממונדסים המשלבים לפחות שתי יכולות נפרדות – באופן צניעות פונקציה טיפולית (משלוח סמים, תצלום, גילוק גנטי) ותפקוד אבחון (דמיית ההדדיות הצטברות מגנטית, פלואורסנס, כפי שנקבע לדלקת תרופות ננו-חלקיקית), אשר רק לספק מטען, nanopstics חלקיקים יכול לעקוב אחר משובים חזותיים, כלומר: 1.

טווח הגודל של חלקיקים אלה - באופן חד-משמעי 1 עד 200 nm - הוא קריטי: חלקיקים מתחת 10 nm במהירות מנקה מחדש, בעוד חלקיקים מעל 200 nm צפויים להיות מפורש על ידי הכבד ו spleen. הגודל האופטימלי עבור רוב היישומיםranostic שקרים בין 10 ל -100 nm, איזון ממושך עם הצטברות יעילה ברקמות המחלה באמצעות יכולת מוגברת ואפקט, מעבר לכימיה, השפעה.

אדריכלות משותפת כוללת מבנים ליבה-השלום, שבו ליבה מגנטית או מתכתית מספקת ניגודי הדמיה ופגז פולימר או שומנים נושאים סוכנים טיפוליים; meso ⁇ silica nanoparticles עם poresed סמים ו-משטח-conjugateed מול moieties; ושפתיים רב-תפקודיים כי encapsulates גם סוכני הדמיה ותרופות בתוך הליבה או ליבת שפתון שלהם.

עקרונות עיצוב של חלקיקים ranostic

עיצוב חלקיקים ranostic דורש מעשה איזון עדין. להלן הם עקרונות עיצוב הליבה להנחות את הפיתוח של מערכות מורכבות אלה.

זמינות ביולוגית ואמינות

כל חומר המוצג לתוך הגוף חייב להימנע מעורר רעילות חריפה או תגובות חיסוניות כרוניות. באופן אידיאלי, חלקיקים עצמו או מוצרי ההשפלה שלה צריך להיות ברור על ידי מסלולים מטבוליים טבעיים. פולימרים ביודידנטיים כמו חומצה פולית-co-glycolic) ונושאי שפה מבוססים לטובת פרופילים מוכחים שלהם בנוסחאות מאושרות בחומרים ליאורגניים כגון חומצה אקליסטית או חומציתיים, חצי חיתניים (חומצה פוליתניים) הם חיוניים, חומצות דם, חצי-חיים, חומצות האמינות דם (חומצה פוליתניים) וכיסוי דם) וכיסוי דם (חומצה פוליתניים (חומצה אנטי-חוסנית) הם חיוניים, חצי-חוסנית, חצי-חוסנית) הם, חומצות האמינותניים (חומצה פוליגרפיים) וכיסוי דם) וכיסוי דם) הם, חצי-חיים) לשיפור פרופילים) ו-חוסנית, חומצות האמינותניים (חומצה פוליגרפיים חיוניות, חצי-חיים (חומצה פוליגרפיים) ואופנועים, חומצות האמינותניים (חומצה פוליגרפיים) הם חיוניים, מחצית חיים, חומצות האמינות, חומצות האמינותניים (חומצה פוליגרפיים) הם חיוניים, חומצות האמינות, חצי-חומרים, חומצות האמינותניים (חומצה פולי

קידום יכולת

מיקוד פסיבי מבוסס על אפקט ההנעה וההחזקה המוגברת, שבו חלקיקים מתכנסים באמצעות vasculature של גידול דליפה.עם זאת, מיקוד פעיל מספק הרבה יותר ספציפיות גבוהה יותר. Ligands - אנטי-אנטיbodies, peptides, aptamers, מולקולות קטנות - הם מאוחדים על פני השטח nanoparticle כדי לזהות מעל קולטנים אקספרס על תאים.

סמים מתחלפים ומבוקרים

סוכנים טיפוליים - כי אם-apeutics, חומצות גרעין, חלבונים, פוטושופים - חייבים להיות טעון עם יעילות גבוהה ומוגן מפני השפלה מוקדמת. פרופילים שחרור ניתן להנדס כדי להיות גירויים-תגובה: מופעל על ידי pH (ברובם במיקרו-דלקתיים של גידולים חומציים), טמפרטורה (באמצעות היפרתרמיה), ⁇ s, אנזימים או שדות אור מגנטיים חיצוניים / לדוגמה, גמישות כגון, בשרירים נוגדי חמצון).

חוסר יכולת

הפונקציה אבחון מושגת על ידי שילוב סוכנים או כתבים.עבור הדמיה של חזרות מגנטית, חלקיקים על-פי-ברזל חד-חמצני לספק T2 ניגודים; chelates מבוסס gadolinium מציעים ניגוד T1. עבור הדמיה אופטית, dots קוונטית מספיק, nanoclusters זהב, או פלואורפורוזיס אורגני משמשים יותר.

נכסים וגניבה

כדי לחמוק מאופיינות מהירה ועלייה על ידי מערכת phagocyte מונוגרעינית, חלקיקים הם לעתים קרובות מצופים עם פולימרים הידרופיליים אחרים.זה ציפוי "stealth" מאריך זמן ומשפר את הסיכוי להגיע למטרה.עם זאת, PEGylation מוגזמת יכול לעכב את הפחתת התאומה ואת אנדומיום של בריחה.

חומרים המשמשים בעיצוב חלקיקים

מגוון רחב של חומרים זמין לבניית חלקיקים נונו-קיצוניים.כל מחלקה מציעה יתרונות נפרדים ומסחר-offs.

המונחים: Lipid- Based Nanoparticles

לימפודס הם הפלטפורמה שהוקמה קלינית ביותר.הם מורכבים אחד או יותר phosphospholipid bilayer סביב הליבה הריקה. תרופות הידרופיליות וסוכני הדמיה ניתן לטעון לתוך הליבה, בעוד סוכנים הידרופוביים יכולים להיות שוכנו בתוך השכבות. Liposal doxorubicin (Doxil) ו- Lipomal amphoicin הם מאושרים טיפולים דומים ננו-riated.

חלקיקים פולימרניים

פולימרים סינתטיים המכילים פולימרים כגון PLGA, PLA, ו PEG מבוסס copolymers משמשים נרחב.שיעורי ההשפלה שלהם, כוח מכני, וכימיה משטח ניתן לכוונו באמצעות הרכב copolymer. nanoparticles פולימרי פולימרים פולימרים פולימרי יכול לבודד מינונים גבוהים של תרופות וסוכני הדמיה והם לעתים קרובות פונקציונליים עם ligas פולימרים פולימרים, שנוצרו על ידי מפונקציות, 000 מפונקציה, 000 אדום-מפוסים, 000 מפונקטיביים, כדי להפיץ תרופות מפונקטיביים, 000 מפונקטיביים, 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ âbic âbspâbspâ â â â â ¢ ¢ â â â ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ ¢ â â â â â â â â â â â â â â â ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ â ¢ â ¢

חלקיקים אורגניים

חלקיקים זהב הם פרס עבור החיסרון פני השטח שלהם, אשר מאפשר טיפול פוטוותרמי ודימות פוטו-אקדיות. זהב ננודדs, ננו-שטיפה, וננו-ג'ים סופגים אור בחלון הסמוך-המוכר שבו רקמות הוא שקוף יחסית.הם מופעלים בקלות עם רצועות מתכת גדולות.

פחמן מבוסס ו-Nanoparticles היברידי

ננו-בוטיקים פחמן, תחמוצת גרפן ונודימונדס מציעים תכונות אופטיות ומכניות ייחודיות.שטח הפנים הגבוה שלהם מאפשר פונקציונליזציה צפופה, אבל נתונים רעילים לטווח ארוך עדיין מצטברים. nanoparticles היברידיים משלבים רכיבים אורגניים ולא אורגניים כדי למנף את נקודות הכוח של שניהם - לדוגמה, חלקיקים זהב עם ליבת ⁇ soso ⁇ ia נושאת תרופות ומכוונים לטרגיטרה זוטרגיטרה.

תגיות: Theranostic Nanoparticles

סרטן

סרטן נשאר המוקד העיקרי של ננוותרנוטיקה בשל הצורך הדוחק של אבחון מוקדם וטיפול דיוק.נו חלקיקים חד-חמצני חמצני מופעלים עם נוגדנים נגד HER2 יכול בו-זמנית לצלם גידולים באמצעות MRI ולגרום היפרותרמיה על חשיפה לשדה מגנטי משתנה, הרג תאים סרטניים מתעוררים תוך כדי ספיגה של טיפול פוטודינמיקה בריאה עם הדמיה פלואורסית הוא דוגמה קלאסית נוספת: תמונות מועמלות לטעון לתוך mesoactive מינים של טיפול תרופתית, 000, 000, 000, 000 טיפול תרופתית, 000 טיפול תרופתית, אם הוא אפשרי לחץ דם מקומי, 000 טיפול תרופתית, 000 טיפול תרופתית, 000, 000 טיפול תרופתית, 000 טיפול תרופתית, אם הוא אפשרי לאחר טיפול תרופתי אחר.

יישומים קרדיווסקולריים

Atherosclerosis, myocardial infarction, ושבץ עשוי גם ליהנות מן חלקיקים נונופילייםranostic. nanoparticles ממוקד nanoparticles יכול הביתה על לוחות אוויריים inflamed, המספק תרופות נוגדות דלקת דלקת אנטי דלקת תוך בו זמנית לוח הדמיה ופגיעות. Gold nanorods פונקציונליים עם peptides ספציפיים למאקרופיקס יכול לשמש תמונה אקרומית של פחמן לא יציב של קרינת MRI היה בשימוש ניסויים דלקת ריאות.

הפרעות נוירולוגיות

מעבר למחסום הדם-מוח הוא אתגר גדול, אבל עיצובים חלקיקים מסוימים יכולים להשיג זאת באמצעות טרנזיטוזיס מתווך קולטן (למשל, מיקוד העברה או קולטני אינסולין) חלקיקים נונופילטיים עמוסים סוכנים הגנתיים עצביים ומוכרעים עם ניגודי MRI יכולים לאפשר אבחון מוקדם של גליסטומה וכימותרפיה במקביל.

מחלות זיהומיות

ננוותרנוסטים גם מראים הבטחה להילחם במחלות זיהומיות, כולל שחפת, HIV, וזיהומים ויראליים מתעוררים. חלקיקים רב תפקודיים יכולים לספק אנטיביוטיקה או אנטי-ויראליות למאגרים תאיים כגון מקרופילים, תוך מתן משוב הדמיה כדי לוודא כי אתר הזיהום הגיע. Silver וננו-חלקיקי זהב בעצמם יש תכונות אנטי-מיקרוביאליות; שילובם עם בדיקות אבחון יכול להוביל לגילוי פלטפורמות ביולוגיות ולטפל בפלטפורמות חיידקיות.

אתגרים ומגבלות

למרות התקדמות יוצאת דופן, כמה hurdles שולל את התרגום הקליני של חלקיקים רב תפקודיים.

סובלנות וזמינות

חלקיקים לא אורגניים, במיוחד, עשויים לצבור איברים ולגרום רעילות ארוכת טווח. ⁇ הקוונטים מבוססי קדמיום ונונו-רשתות פחמן העלו חששות.אפילו פולימרים בעלי יכולת ביולוגית יכולים לעורר תגובות דלקתיות אם מוצרים צמחיים הם חומציים.

Scale-Up and Manufacturing

תרגם חלקיקים מכמה מיליגרם במעבדה לקלג בניסויים קליניים הוא אתגר עצום.התכנת Batch-to-batch חייב להיות גבוה מאוד, במיוחד עבור חלקיקים עם מספר תחומים פונקציונליים. Physicochemical Characterization - הפצה בגודל של התפלגות, פוטנציאל זטה, יעילות טעינה סמים, צפיפות ligand - לא להיות עקבי ייצור תחת ייצור טוב מוסיף דרישות קפדניות עבור פחות תהליכים חומרים, כלומר, סוללות מתאימות, יש לי משאבים אקדמיים.

סיקור ו- Clinical Hurdles

המסגרת הרגולטורית של מוצרים משולבים (סמים + מכשיר) עדיין מתפתחת. בארצות הברית, ה- FDA דורש הערכה נפרדת של כל רכיב ואינטראקציה שלהם. המורכבות של ננורנאוטיקה לעתים קרובות אומר כי אין מסלול רגולטורי קיים אחד מתאים באופן מושלם. חברות להתמודד עם עלויות פיתוח גבוהות יותר וקווי זמן ארוכים יותר. עיצוב הניסוי הקליני חייב לשקול הן נקודות קצה טיפוליות ודמיות, אשר מגביר מורכבות.

הטרוגניות של המחלה

טומור היסטרוגניות, הן בין-ל-חול-החולים, מקש לתכנן חלקיקים שעובדים באופן אחיד. ביטוי קליטטור משתנה באופן נרחב; אפקט ההיתר וההחזקה אינו אוניברסלי בכל הגידולים. nanotheranosticsized אישית - שבו חלקיקים מותאמים על בסיס פרופיל מולקולרי של ביופסיה - הוא מטרה אובייקטיבית אבל דורש ייצור מהיר, מטופלי, וטכני נשאר ממוקד עיצוב.

כיוונים עתידיים

השדה של חלקיקים נונו-חלקיקים של האנרנוטיים מתקדם במהירות, מונע על ידי חידושים במדעי החומרים, ביונופורמטיקה והנדסה.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

AI ולמידה מכונה משמשים יותר ויותר לחזות תכונות חלקיקים, אופטימיזציה, וסימולציה אינטראקציות עם מערכות ביולוגיות. רשתות נילי יכול לנתח נתונים עצומים מ- nanoparticle Characterization ו- assays ביולוגיים לזהות כללי עיצוב הממקסמים אתסלקטיביות ולהפחית רעילות. גישה זו בסלויקו יכולה להפחית באופן משמעותי את מספר הניסויים הדרושים ולהאיץ את הפיתוח של חלקיקים אנרגנטיים יעילים.

biomimetic ו- Cell-Derived Nanoparticles

שילוב חלקיקים עם membranes תאים נגזר תאים דם אדום, משטחים, או תאים חיסוניים מנשא תכונות ליבה סינתטי עם ממשקים ביולוגיים טבעיים. אלה nanoparticles סוווגים לחמוק מנקה חיסונית ויכול לרש את יכולות ההה של תאים המקור. לדוגמה, חלקיקים מקרופגניים-מדומים יכולים לכוון באופן טבעי אתרי דלקתיים.

מערכות שחרור אחראיות וטריגר

עיצובים הדור הבא מדגישים גירויים מרובים-תגובה. חלקיקים מגיבים לרמז פנימי (pH, אנזים) ורמז חיצוני (אור, אולטרסאונד, שדה מגנטי) מאפשרים הפעלה רב-שלבית.לדוגמה, אולטרסאונד יכול לגרום הן שחרור תרופות מקומי לייצר קוויטציה שמשפרת ניגודי הדמיה.

תרגום קליני

כמה חלקיקים אננופיליים קורניאוסטיים נכנסו בניסויים קליניים. ⁇ תחמוצת ברזל חלקיקים עבור היפרתרמיה מודרך ודימות בגליבורסטומה נבדקו באירופה. Liposomal ניסוחים משותפים co-capsulating doxorubicin ו-MRI ניגודים הם תחת הערכה לסרטן הכבד.הנתיב קדימה דורש שיתוף פעולה הדוק בין חוקרים אקדמיים, שותפים בתעשייה, גופי רגולציה.

מסקנה

עיצוב חלקיקים רב פונקציונליים לשימוש טיפולי ואבחון מייצג גישה טרנספורמטיבית לרפואה. על ידי שילוב זיהוי וטיפול לתוך פלטפורמה אחת, nanotheranostics מציעה את הפוטנציאל לאבחון מוקדם יותר, טיפול מותאמים אישית, ניטור בזמן אמת - כל בתוך ממשל יחיד. בעוד אתגרים רעילות, ייצור, רגולציה, נשאר רוחב של חומרים ואסטרטגיות עיצוב ממשיך להתרחב.

(ב) לקרא נוסף, ראו ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]