Нанотехнології в діагностиці захворювань людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нанотехнології в діагностиці захворювань людини

Вікторія Зачепа

студентка 1 курсу,

Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського, м. Тернопіль, Україна

Ярослав Стравський

доктор вет. наук, ст. н. сп.,

Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського, м. Тернопіль, Україна



Анотація

Метою статті було провести огляд літератури з питання постановки діагнозів у медицині за використання наноматеріалів та нанотехнологій.

Огляд літератури було проведено за допомогою пошукової бази даних мережі «Інтернет» (зокрема, Google академія) та наукових довідників і видань було проаналізовано питання постановки діагнозу у медицині за використання нанотехнологій та наноматеріалів.

В результаті огляду встановлено, що нанотехнології які інтегруються з геномікою, протеомікою і системами молекулярних машин здатні забезпечити швидку, надійну і ефективну медичну діагностику.

В онкологічних дослідженнях важливим інструментом є мікро комп'ютерна томографія. Вона дозволяє провести детальне вивчення пухлини через її продольну візуалізацію, даючи кількісну оцінку прогресії в місці ураження (еволюція об'єму пухлини) та прогнози щодо ефективності терапевтичного лікування.

Описано вуглецеві нанотрубки для вирощування нейронів і кісток, виявлення антитіл до людських автоімунних хвороб, а також транспортування лікарських речовин усередину клітин. Використання вуглецевих нанотрубок дасть можливість отримати зображення тканини на достатній глибині, що дозволить відстежувати уражені лімфатичні вузли для розпізнавання і видалення пухлино-позитивних лімфовузлів за рахунок агрегації магнітних частинок в осередках метастазування.

В галузі клінічної діагностики доступними є численні клінічні та доклінічні дослідження vivo та/або in vitro. Наприклад, набори тестів для вагітних, які часто складаються з GNP та проходять плазмонну колориметричну зміну при виявленню зміни рівня гормону в сечі, є зразковим застосуванням нанодіагностики in vitro.

Висновок. Для ефективного використання нанодіагностики в клінічній обстановці слід ретельно розглянути гетерогенність захворювань і мінливість людини у відповідь на захворювання.

Нанодіагностика, яка супроводжується модуляцією зображень, буде служити ефективним діагностичним інструментом в найближчому майбутньому. нанотехнологія захворювання нанодіагностика

Ключові слова:нанотехнологія, захворювання, нанодіагностика, захворювань людини.



Victoria Zachepa

Student 1^st course,

Ternopil National Medical University named after I. Y. Horbachevskyi,

Ternopil, Ukraine,

Yaroslav Stravskyi

Doctor of vet. sciences, Senior Research Officer,

Ternopil National Medical University named after I. Y. Horbachevskyi,

Ternopil, Ukraine,

NANOTECHNOLOGY IN THE DIAGNOSIS OF HUMAN DISEASES

Abstract. The article is devoted to review the use of nanotechnology in the diagnosis of human diseases. The purpose of the article was to review the literature on the question of diagnosis in medicine for the use of nanomaterials and nanotechnologies. The review of the literature was carried out with the help of the search database of the Internet network (in particular, Google Academy) and scientific reference books and publications the question of diagnosis in medicine for the use of nanotechnologies and nanomaterials was analyzed. As a result of the survey it was found that nanotechnologies that integrate with genomic, proteomics and molecular machine systems are able to provide fast, reliable and effective medical diagnostic.

In cancer research, micro-computer tomography is an important instrument. It allows to carry out detailed study of the tumor through th longitudinal visualization, giving quantitative assessment of progress in the place of the inflammation (evolution of tumor volume) and forecasts on effectiveness of therapeutic treatment.

The carbon nanotubes for the development of neurones and bones, detection of antibodies to human motor diseases, and transportation of medicinal substances in the middle of cells are described. The use of carbon nanotubes will enable to obtain a tissue image at a sufficient depth, which will allow to monitor the affected lymph nodes for recognition and removal of tumor-positive lymphovuslya due to the aggregation of magnetic particles in the cells of metastasis.

In the field of clinical diagnosis, numerous clinical and clinical studies of vivo and/or in vitro are available. For example, test sets for pregnant women, which are often made up of GNP and undergo a plasma colorimetric change in the detection of change in the level of hormone in urine, are an example application of nanodiagnostics in vitro.

Conclusion. For effective use of nanodiagnostics in clinical conditions should be carefully considered heterogeneity of diseases and variability of the person in response to the disease.

Nanodiagnostics, which is accompanied by image modulation, will serve as an effective diagnostic tool in the near future

Key words: nanotechnology, diseases, nanodiagnostics, human diseases.



Постановка проблеми

Вірно поставлений діагноз дозволяє лікарю швидко обрати необхідну стратегію лікування, підвищити його ефективність, заощадити власний час і здоров'я пацієнта. Неправильно поставлений діагноз може стати причиною затяжного, безрезультатного лікування, погіршити стан здоров'я хворого та призвести до трагічних наслідків [1]. Одним із напрямків вирішення цієї проблеми є якісна діагностика. Сучасні методи діагностики, в силу недостатньої технологічної оснащеності та низького рівня характеристик, мають ряд обмежень через що не здатні виявити захворювання на ранніх стадіяї його розвитку. Революційним відкриттям для світу медицини стали нанотехнології. Новітні пристрої і системи що створюють матеріали розміру найменших структурних одиниць організму та дозволять діагностувати і зупиняти захворювання на рівні клітини [5]. Потенційні внески нанотехнологій гарантують проведення швидкої, високоточної і доступної діагностики, що зможе відтворюватись у реальному часі за мінімальних витрат [2]. Нанотехнології забезпечать ранню діагностику що стане ключем до лікування захворювань з найбільшим рівнем летальності. Однак повідомлень у літературі про постановку діагнозу за використання нанотехнологій недостатньо.

Аналіз останніх досліджень та публікацій

Стаття призначена огляду використання нанотехнологій в діагностиці захворювань людини.

Мета статті - провести огляд літератури з питання постановки діагнозів у медицині за використання наноматеріалів та нанотехнологій.

Матеріали і методи

За допомогою пошукової бази даних мережі «Інтернет» (зокрема, Google академія) та наукових довідників і видань було проаналізовано питання постановки діагнозу у медицині за використання нанотехнологій та наноматеріалів.

Виклад основного матеріалу

Нанотехнології - це сукупність методів і технік, що дозволяють створювати матеріали із заданим розміром та структурою для проведення маніпуляцій на молекулярному та атомному рівнях. [1]

Використання здобутків і знань про нанотехнології з діагностичними цілями призвело до виникнення нового напрямку - нанодіагностики [2]. Нанодіагностика -- це еволюційне застосування нанорозмірної технології для задоволення попиту на клінічну діагностику. Вона передбачає проведення оцінки стану клітин, зменшення розмірів систем і платформ для використання нанорозмірних властивостей, які виникають від взаємодії між поверхнями і біомолекулами [6].

Напрямок медичної науки, що спеціалізується на спостереженні, дослідженні, генетичній корекції біологічних систем організму людини на молекулярному рівні, використовуючи нанопристрої, наноструктури та інформаційні технології отримав назву «наномедицина».

Наночастинки благородних металів привернули увагу до використання в біомедицині, а саме для проведення досліджень молекулярного розпізнавання, завдяки їх унікальним фізико-хімічним властивостям, пов'язаних із взаємодією з молекулами ДНК/РНК, білками [5]. Основна цінність використання наночастинок у біомолекулярній діагностиці полягає у забезпеченні вищої чутливості при менших витратах. Існує широкий спектр застосувань наночастинок у напрямку ідентифікації нуклеїнових кислот та білків-біомаркерів. Одак, виявлення і характеристика послідовностей нуклеїнових кислот з використанням нанорозмірних систем зосередилась на трьох основних типах наночастинок: Ауруму, Аргентуму і оксиду Феруму.

Платформи нанодіагностики на основі наночастинок здатні забезпечити виявлення біомаркерів генетичних захворювань, нуклеїнових кислот, патогенів (бактерій і вірусів), генотипування SNP в масштабі фмоль/л. [11]. До прикладу, наночастинки Ауруму і Аргентуму часто використовуються в колориметричних системах завдяки їх високому розсіянню у видимій області спектрів. Наночастинки залишаються в розчині у формі колоїдів, і представляють локалізовану смугу поверхневого плазмонового резонансу, інстенсивність якої залежить від відстані між наночастинками, зміни їх розміру та форми. Загалом, методи колориметричного виявлення покладаються на зміщення піку цієї смуги, який пов'язаний з агрегацією, тобто, зменшенням міжчастинкової відстані.

Нанотехнології, що інтегруються з геномікою, протеомікою і системами молекулярних машин здатні забезпечити швидку, надійну і ефективну медичну діагностику [7].

Обов'язковими вимогами до застосування наночастинок у діагностиці живих організмів є наступні: низька токсичність, сталість хімічного складу і збереження властивостей у фізіологічних розчинах, здатність до біодеградації тощо [8].

В основі принципів виявлення і молекулярних характеристик, пов'язаних із платформами нанодіагностики лежить процес трансдукції сигналу, що відбувається за допомогою нанопристрою або нанорозмірного інструменту [10].

Нанобіосенори - це пристрої що дозволяють відстежувати найменші біохімічні перетворення шляхом використання своїх електричних, оптичних, магнітних властивостей через компактний зонд [9, 10].

Біосенсери - це чутливі системи зі спеціальними елементами, що мають властивість визначати кількість субстанції, яка утворюється в процесі реакції завдяки високій селективності [14].

У біосенсорах рецепторний біологічний компонент (антитіла, антигени, ферменти, клітини), іммобілізований на поверхні перетворювача, взаємодіє з аналізованою речовиною, викликаючи зміни у фізико-хімічних параметрах системи й тим самим генеруючи сигнал, що підсилюється й надходить на пристрій реєстрації й обробки даних [15].

Серед переваг біосенсорів необхідно відзначити їхню високу чутливість і селективність, швидкість аналізу та відсутність необхідності попередньої підготовки проби. Біосенсори охоплюють досить широкий діапазон речовин, які можуть бути виявлені і здатні проводити одночасну оцінку одразу декількох аналітів (мультисенсори). Крім цього, біосенсори зручні для використання в польових умовах та мають порівняно низьку собівартість за умови масового виробництва [12].

Висока чутливість і специфічність біосенсорів та імуносенсорців дозволяє виявляти широкий спектр аналітів у зразках зі складною матрицею (слина, кров, сеча, лімфа) з мінімальною пробопідготовкою та швидким отриманням результатів. Отже, біосенсори на основі нанотехнологій можуть бути застосовані як перспективні експрес-методи діагностики в клінічній медицині, тому дослідження в цьому напрямку будуть розвиватися й надалі [13].

Сучасний світ медицини прагне до створення мініатюрних пристроїв, які можна буде розмістити в організмі людини для діагностичних та лікувальних цілей. Існуючі пристрої обмежені у впливі лише на окремі системи та органи. Створені за принципом нанотехнологій пристрої зможуть проникати у будь- яке місце організму, збирати локальну діагностичну інформацію, доставляти лікарські препарати та в подальшому зроблять можливим проведення «нанохірургічних операцій», таких як - розщеплення атеросклеротичних бляшок, цілеспрямоване знищення злоякісних клітин, регенерація пошкоджених тканин, маніпуляції з геномом та ін. [1].

Є повідомлення, що одномірна архітектура, яка містить щонайменше 200 незалежних електричних в узлів нанодроту, була ефективно використана для виявлення низького рівня плазмових антигенів раку кістки [10].

Висока чутливість п'єзокварцевих сенсорів дозволяє проводити ранню діагностику, коли симптоми патології проявляються ще на рівні поодиноких клітин. Крім того, велике значення для діагностики дає можливість спостереження біохімічних чи імунологічних змін на різних стадіях у режимі реального часу. Імуносенсори дозволяють виявити широке коло клінічно важливих аналітів, які слугують специфічними маркерами багатьох соматичних та інфекційних захворювань [13,21]. Таким чином, за допомогою біосенсорів та імуносенсорів можливо визначати в складних зразках (харчові продукти, об'єкти навколишнього середовища, біологічні рідини, лікарські препарати) сліди концентрації різних за своєю природою низькомолекулярних біологічно активних речовин на рівні гранично допустимих концентрацій і нижче.

Необхідно зазначити, що більшість платформ нанодіагностики були розроблені та оптимізовані для виявлення патогенів та біомаркерів раку [20,22]. Основними напрямками застосування нанотехнологій, зокрема в онкології, у галузі візуалізації та діагностики, є цілеспрямована доставка ліків, протипухлинна та генна терапії [3].

В онкологічних дослідженнях важливим інструментом є мікро комп'ютерна томографія. Вона дозволяє провести детальне вивчення пухлини через її продольну візуалізацію, даючи кількісну оцінку прогресії в місці ураження (еволюція об'єму пухлини) та прогнози щодо ефективності терапевтичного лікування [6].

Хоча рентгенівські промені можуть відтворювати як передньо-задню, так і латеральну проекції, їх роздільна здатність і використання при 3D анатомічній реконструкції обмежені. ЗБ-анатомія проектується на 2В-плівку, що призводить до неповної просторової роздільної здатності. КТ -- це ЗБ-метод, який долає ці обмеження шляхом піддавання тіла до обертового джерела випромінення рентгенівських променів на 360°. Типові 3Б-роздільні здатності КТ -- 1 мм3. У спеціальних випадках, таких як клінічне зображення кісткової мікроархітектури ex vivo, кістковий зразок може бути імпонуватися мікроКТ (рентгенівська томографія високої роздільної здатності) до 1 мкм. Зображення кісток людини in vivo можливо з просторовою роздільною здатністю лише близько 130 мкм з міркуваннь безпечності дози та через технічні обмеження. Первинним недоліком рентгенографії є канцерогенний ризик опромінення, оскільки рентгенівські фотони можуть викликати клітинне ураження. Однак, у світлі клінічної корисності рентгенографії, ці радіаційні ризики вважаються клінічно прийнятними [18].

Контрастні речовини, що йодуються, швидко виводяться через нирки після введення, що дозволяє проводити лише короткий час роботи з зображеннями. Крім того, ці агенти розподілені неконкретно по внутрішньосудинному і екстраваскулярному просторах, в результаті чого з'являються незрозумілі КТ-образи. Для вирішення цих обмежень розроблені йодовані контрастні агенти в діапазоні нанометрів, такі як міцелярні, полімерні, йодовані металоорганічні каркаси і ліпосомально контрастні агенти [18].

Наночастинки Ауруму інтенсивно вивчаються для біомедичних застосувань завдяки їх унікальним властивостям і високій біосумісності. Аурум є надзвичайно інертним матеріалом, а правильно стабілізовані золоті наночастинки є біосумісними. Така висока біосумісність є великою перевагою для КТ-зображень, де необхідне високе дозування контрастного агента. Крім сферичних наночастинок Ауруму, нанострижні можуть бути використані як контрастні речовини КТ. Відомо, що нанороботи здатні ухилятися від захоплення фагоцитами краще, ніж сферичні наночастинки, що демонструють довший час циркуляції. Хоча на контрастний ефект КТ не впливає форма наночастинок, аурумні нанострижні є найбільш вигідними багатофункціональними контрастними агентами завдяки їх сильній яскравості в ближній інфрачервоній області [24]. Є відомості щодо використання наночастинок Ауруму, що добре поглинаються еритроцитами, для зображення кровотоку [25, 26].

Матеріали на основі лантанідів з високими атомними номерами також можуть бути використані для КТ. Серед лантанідів, Гадоліній найбільш інтенсивно вивчався для біомедичних застосувань, тому що він також використовується як контрастний агент T1 МРТ завдяки своїй парамагнітної властивості [24].

Оскільки вільні іони Лантаніду є дуже токсичними, вони використовуються у комбінації з хелатуючим елементом. Крім лантаноїдних хелатів, контрастні нанорозмірні речовини можуть бути підготовлені шляхом інкапсуляції іонів лантаніду в емульсії або синтезу лантанодофагованих неорганічних наноматеріалів [24].

Оксид Танталу легко піддається модифікації, що дозволяє розробити мультимодальні зонди з використанням наночастинок його оксиду. Крім того, оксид Танталу є дуже прозорим для інфрачервоного та видимого світла. Бісмут, більш відомий як інгредієнт у фармацевтиці та косметиці також застосовується як контрастний агент КТ. Оскільки металевий Бісмут занадто реактивний для впливу in vivo, наночастинки Bi2S3 покривають полівінілпірролідоном, що дозволяє зменшити шкідливу дію. [24].

Динамічний діапазон НЧ (наночастинок) з діаметром менше 100 нм, застосованих у якості зондів з приєднаними до них молекулами пептидів, антитіл або нуклеїнових кислот, робить їх ідеальним знаряддям для візуалізації та кількісної оцінки молекулярних реакцій in vivo. Зонди з використанням НЧ мають високий рівень яскравості, фотостабільності та коефіцієнт адсорбції у широкому діапазоні частот. Більше того, можливість покривати їх антитілами, колагеном та іншими макромолекулами робить їх біосумісними при детектуванні та діагностиці. Показано, що флуоресцентні зонди, виготовлені із застосуванням НТ, є кращими за звичайні флуорофори. Так, застосування імунофлуоресцентних зондів на основі квантових кристалів для мічення онкомаркера Her 2, поверхневих рецепторів клітин-мішеней, цитоскелета, ядерних антигенів, внутрішньоклітинних органел були набагато ефективнішими, ніж традиційні флуорохроми. Дослідження генотоксичності люмінесцентних НЧ двоокису Силіцію не виявили токсичного ефекту, що вказує на його перспективність для медико-біологічних застосувань [3].

У порівнянні з контрастними агентами на основі йоду, наночастинки Ауруму не має потенціалу для травмування нирок або осмотичного пошкодження, а високе затулення рентгенівського коефіцієнта покращує роздільну здатність контрасту [26].

Модифікація поверхні суперпарамагнітних НЧ етиленгліколем або фолієвою кислотою виявилася ефективною для посилення їх фагоцитозу раковими клітинами, що є перспективним для діагностики та терапії раку.

Молекулярна візуалізація дозволяє відстежувати біохімічні процеси на молекулярному та клітинному рівні in vivo та in vitro. Флуоресцентні зонди органічного походження завдяки своїм інертним та оптичним властивостям широко застосовуються в якості пристроїв для візуалізації.[3] Проте існують певні обмеження, зумовлені їх великим розміром та короткою тривалістю флуоресценції. Істотний інтерес викликають флуоресцентні зонди на основі наночастинок або більш відомі з англомовної літератури як Quantum Dots (Квантові точки) [6,23]. Це неорганічні напівпровідникові наночастинки, що виявляють унікальні оптоелектричні властивості в залежності від розміру та форми. Квантові мітки мають переваги високої фотохімічної стабільності, широкого та безперервного спектра збудження, регульованого кольору, тривалої життєдіяльності флуоресценції, що робить їх майже ідеальними флуоресцентними зондами. В останні роки ці унікальні властивості привернули багато уваги в біомедичній галузі, щоб дозволити в реальному часі створення зображень тканин (біозображень), діагностики, одиночних зондів молекул і доставки ліків, серед багатьох інших областей.

Біокон'юговані квантові точки мають потенціал для використання в діагностиці раку через яскраве і стабільне флуоресцентне випромінювання світла і чутливість флуоресцентних зображень. Також вони є ідеальним кандидатом для застосування біосенсорів для безперервного моніторингу сигналів [17]. Оскільки квантові точки мають здатність абсорбувати світло, вони знайшли своє використання як флуоресцентні позначки для біомолекул. Різні за природою типи квантових точок мають, відповідно, різну довжину хвилі емітованого світла. Є дуже багато методів детектування квантових точок, як то флуорометрія, флуоресцентна та конфокальна мікроскопія, атомова силова та мультифотонна мікроскопія та ін. Кон'югація квантових точок з різними біомолекулями (стрептавідином, олігонуклеотидами, первинними антитілами) робить можливим розпізнавання інших молекул. [8] У дослідженнях на тваринах показано переваги візуалізації та спрямованої молекулярної терапії раку, що базуються на використанні напівпровідникових квантових кристалів. У контрольних тварин відзначали поглинання, накопичення та розповсюдження НЧ переважно в печінку, селезінку, мозок, серце, нирки та легені (у порядку зменшення їх накопичення). Однак у безтимусних мишей з раком передміхурової залози ці НЧ накопичувалися переважно в клітинах пухлини та давали яскраве оранжевочервоне забарвлення [3,23].

Гадоліній є найбільш поширеним «позитивним» контрастним агентом МРТ. У зв'язку з токсичністю вільних іонів Гадолінію, клінічні контрастні агенти знаходяться у вигляді хелатів, або в іншому випадку потребують кон'югації поверхні. Нині клінічно схвалені контрастні агенти МРТ в основному базуються на комплексах гадолінію (Gd-p^oHmum). Наприклад, наночастинки, виготовлені з ліпопротеїну високої щільності, кон'югованих з хелатами Gd3+, можуть локалізувати атеросклеротичну бляшку в артеріальній стінці [24].

З метою кращої диференціації пухлин головного мозку на фоні інтактних тканин під час проведення МРТ застосовують контрастні речовини із внутрішньовенним шляхом уведення. В основі МР-контрастних речовин лежать водорозчинні солі-хелати рідкоземельного металу групи лантаноїдів -- Гадолінію. Такі контрастні речовини інтенсивно накопичуються у ділянках головного мозку із посиленим кровопостачанням за наявності порушення гематоенцефалічного бар'єра, що можуть відповідати пухлинам, ділянкам запалення та демієлінізуючим процесам. Сучасний розвиток методу МРТ спонукав до виникнення низки інноваційних МР-методик для діагностики церебральних новоутворень, зокрема, це МР-дифузія, МР-трактографія, МР-перфузія та МР-спектроскопія. [25]

Наночастинки з міченим Гадолінієм, такі як ліпосоми, міцелли, мікроемульсії, ліпопротеїнів, віруси та вуглецеві нанотрубки підходять для забезпечення контрасту для Т1-зваженої МРТ через парамагнетизм цього елемента.

На думку багатьох наукових дослідників, ключовим механізмом який відповідає за генотоксичні ефекти наноматеріалів, є індукція в клітинах оксидативного стресу. Найбільш несприятливими факторами є взаємодія вільних радикалів з амінокислотними залишками в молекулах протеїнів, денатурація функціонально циркулюючих і структурованих у тканинах білків, а також денатурація ДНК.

Основними вимогами до наночастинок стосовно використання їх у медицині є: низька або відсутня токсичність, висока біосумісність, здатність до біодеградації чи виведення з організму натуральним шляхом [8]. Оскільки результати досліджень стосовно токсичної дії наночастинок неоднозначні, необхідним є подальше вивчення впливу наночастинок на окремі тканини і клітини організму людини, генетичний матеріал та імунну систему. Відомо про залежність токсичного впливу наночастинок від їх форми і розмірів. Так, дрібні НЧ веретеноподібної форми мають більш руйнівний ефект в організмі, ніж подібні їм частки сферичної форми. Також при впливі на організм чітко простежується зв'язок «доза - ефект». Якщо на рівні органів вплив наночастинок помітний майже відразу, то клітинний рівень пошкодження може мати безсимптомний характер. Наночастинки, завдяки своєму розміру, здатні безперешкодно проникати через плазматичну мембрану і впливати на ДНК. Більшість випадків свідчить про розвиток оксидативного стресу та хронічних запалень, а також пригнічення антиоксидантної системи, що призводить до додаткових ушкоджень генетичного матеріалу, збільшення метилізації ДНК і зменшення репарації відповідно. Пошкодження ДНК робить активним ген супресії пухлинного росту р53, який відповідає за зупинку клітинного циклу, запускає процес апоптозу, а в разі мутації сприяє підвищенню ризику виникнення злоякісної трансформації клітин. Крім того, є дані про властивість наноматеріалів проникати в мітохондрії та блокувати мітохондріальну дихальну активність. В експериментах на ізольованих клітинах показано, що наночастинки здатні руйнувати структуру ДНК у тому числі за рахунок обмеження активності рибосом. Однак переважна кількість випробувань цитотоксичності наноматеріалів була проведена за високих концентрацій, коли не беруться до уваги ті незначні зміни в організмі, довгостроковий вплив яких залишається невідомим. Найважливішим у цьому аспекті є пошкодження ДНК, оскільки відомо, що класичні генотоксичні агенти можуть стати причиною канцерогенезу [16].

Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) - це багатофункціональні матеріали, що активно досліджуються у зв'язку з їх унікальними властивостями. Вони існують у різноманітних формах та можуть піддаватись хімічним модифікаціям функціональними групами біомолекул. Поєднання унікальних фізичних та хімічних властивостей вуглецевих нанотрубок відкрило широкі перспективи їх використання у біології й медицині. Зокрема, ВНТ згадувались для вирощування нейронів і кісток, виявлення антитіл до людських автоімунних хвороб, а також транспортування лікарських речовин усередину клітин. Використання вуглецевих нанотрубок дасть можливість отримати зображення тканини на достатній глибині, що дозволить відстежувати уражені лімфатичні вузли для розпізнавання і видалення пухлино-позитивних лімфовузлів за рахунок агрегації магнітних частинок в осередках метастазування. Доведено достовірну залежність між площею поверхні наночастинок, їх розміром, зв'язуванням з металами і посиленим синтезом активних форм кисню та активацією апоптозу. Нанотрубки безперешкодно потрапляють у кровоносне чи лімфатичне русло, уникаючи фагоцитозу альвеолоцитами другого порядку, звідки кровотік розповсюджує їх у легені, серце, печінку, мозок та інші органи. Доведено, що навіть одноразова інгаляція вуглецевих нанотрубок і наночастинок деяких інших типів, крім погіршення симптомів респіраторних інфекцій, бронхіальної астми та хронічних захворювань дихальних шляхів, провокує перебіг також стійких запальних процесів у легенях з наступним некрозом клітин і розвитком фіброзу, що здатний призвести до канцерогенезу [19].

В галузі клінічної діагностики доступними є численні клінічні та доклінічні дослідження vivo та/або in vitro. Наприклад, набори тестів для вагітних, які часто складаються з GNP та проходять плазмонну колориметричну зміну при виявленню зміни рівня гормону в сечі, є зразковим застосуванням нанодіагностики in vitro [27].

Однак, широке клінічне використання наноматеріалів було ускладнено декількома факторами, включаючи наноматеріальний біорозподіл, невідомі профілі токсичності.



Висновок

1. Для ефективного використання нанодіагностики в клінічній обстановці слід ретельно розглянути гетерогенність захворювань і мінливість людини у відповідь на захворювання.

2. Нанодіагностика, яка супроводжується модуляцією зображень, буде служити ефективним діагностичним інструментом в найближчому майбутньому.



Література:

1. Марценюк В. П. Принципи використання нанотехнологій у фармації та медицині / В. П. Марценюк, І. Б. Меленчук // Медична інформатика та інженерія. - 2012. - № 3. - С. 43-47.

2. Микитюк О.Ю. Нанотехнології в медичній діагностиці / О. Ю. Микитюк,

О.П. Микитюк // Актуальні проблеми сучасної медицини. -- 2017. -- Т. 17, Вип. 2. - С. 330-334.

3. Михайленко В. М. Нанотехнології - перспективи застосування та ризики для здоров&ароБ;я людини / В.М. Михайленко, П.М. Михайленко, Л.О. Єлейко // Онкологія. -- 2008. -- 10, № 4. -- С. 420-426.

4. Park, S. M., Aalipour, A., Vermesh, O., Yu, J. H., & Gambhir, S. S. (2017). Towards

clinically translatable in vivo nanodiagnostics. Nature reviews. Materials, 2(5),17014.

https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.14

5. Jakson, T., Patani, B., & Ekp, D.. (2017, March 19). Nanotechnology in Diagnosis: A Review. Advances in Nanoparticles.

6. Nanodiagnostics: leaving the research lab to enter the clinics?. (2017, January 1). Nanodiagnostics: leaving the research lab to enter the clinics?. Diagnosis (berl).

7. Нанобіотехнологія: шлях у новий мікросвіт, створений синтезом хімії та біології / О. П. Демченко, В. І. Назаренко // Біотехнологія. - 2012. - Т.5, No2. -- С. 9-30.

8 Наночастинки в медицині / С. Черноусова, М. Епплє // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. -- К.: РВВ ІМФ, 2012. -- Т. 10, № 4. -- С. 667-685.

9. Nanobiosensors: the future for diagnosis of disease?. (2014, March 19).

Nanobiosensors: the future for diagnosis of disease?. Nanobiosensors in Disease Diagnosis. https: //doi .org/10.2147/NDD. S39421'

10. Микитюк О.Ю. Біосенсори у медичній нанодіагностиці / О.Ю. Микитюк, О.П. Микитюк // Укрїнська медична стоматологічна академія // -- 2017. -- Т.17, Вип. 2 (58) -- С. 330-334.

11. Wang, Y. Z., Yu, L., Kong, X. W., & Sun, L. M.. (2017, January 1). Application of nanodiagnostics in point-of-care tests for infectious diseases. Int J Nanomedicine.

12. Солдаткін О.О. Основи створення мультиферментних електрохімічних біосенсорів : дис. ... д-ра біол. наук: 03.00.20. Київ, 2019. 45 с.

13. Марценюк В.П. Перспективи розробки і застосування біосенсорів та імуносенсорів з діагностичною метою в клінічній медицині / Мочульська О.М. , Боярчук О.Р., Павлишин Г.А., Сверстюк А.С., Завіднюк Ю.В., Бондарчук В.І. // Вісник наукових досліджень. - 2019. - № 1. - С. 15-22.

14. Біосенсори: стан та перспективи наукових досліджень / І.С. Чекман, Н.О. Горчакова // Наука та інновації. -- 2008. -- Т. 4, № 3. -- С. 75-79.

15. Музика К.М. Концепція молекулярного розпізнавання на основі «синтетичних рецепторів та її застосування для створення приладів визначення речовин» / К.М. Музика, А. В. Кукоба // Харків, 2017. 195 с.

16. Бандас І. А. Наночастинки: важливість сьогодні, класифікація, використання в медицині, токсичність / І. А. Бандас, І. Я. Криницька, М. І. Куліцька, М. М. Корда // Медична та клінічна хімія. -- 2015. -- Т. 17, № 3 (б4). -- С. 123-129.

17. Chaudhry, G. E., Akim, A. M., Safdar, N., Yasmin, A., Begum, S., Sung, Y. Y., & Muhammad, T. S. T. (2022). Cancer and Disease Diagnosis - Biosensor as Potential Diagnostic Tool for Biomarker Detection. Journal of advanced pharmaceutical technology & research, 13(4), 243-247. https://doi.org/10.4103/japtr.japtr_106_22

18. Jiang, Z., Zhang, M., Li, P., Wang, Y., & Fu, Q. (2023). Nanomaterial-based CT contrast agents and their applications in image-guided therapy. Theranostics, 13(2), 483-509. https://doi.org/10.7150/thno.79625

19. Летняк Н.Я., Корда М.М. Вуглецеві нанотрубки - перспективи застосування та ризики для здоров'я Медична та клінічна хімія. -- 2016. -- Т. 18, № 3. -- С. 96-100.

20. A.R. Fernandes, & P.V. Baptista (2013) Cancer nanotechnology: prospects for cancer diagnostics and therapy - an update. Current Cancer Therapy Reviews 9, 164-72.

21. Nezami, A., Dehghani, S., Nosrati, R., Eskandari, N., Taghdisi, S. M., & Karimi, G. (2018). Nanomaterial-based biosensors and immunosensors for quantitative determination of cardiac troponins. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 159, 425-436. https://doi.org/10.1016/jjpba.2018.07.031

22. Baptista, P. V., Koziol-Montewka, M., Paluch-Oles, J., Doria, G., & Franco, R. (2006). Gold-nanoparticle-probe-based assay for rapid and direct detection of Mycobacterium tuberculosis DNA in clinical samples. Clinical chemistry, 52(7), 1433-1434. https://doi.org/10.1373/clinchem.2005.065391

23. Ye, L., Yong, K. T., Liu, L., Roy, I., Hu, R., Zhu, J., Cai, H., Law, W. C., Liu, J., Wang, K., Liu, J., Liu, Y., Hu, Y., Zhang, X., Swihart, M. T., & Prasad, P. N. (2012). A pilot study in non-human primates shows no adverse response to intravenous injection of quantum dots. Nature nanotechnology, 7(7), 453-458. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.74

24. Han, X., , Xu, K., , Taratula, O., , & Farsad, K., (2019). Applications of nanoparticles in biomedical imaging. Nanoscale, 11(3), 799-819. https://doi.org/10.1039/c8nr07769j

25. Ahn, S., Jung, S. Y., Seo, E., & Lee, S. J. (2011). Gold nanoparticle-incorporated human red blood cells (RBCs) for X-ray dynamic imaging. Biomaterials, 32(29), 7191-7199. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.05.023

26. Hainfeld, J. F., Slatkin, D. N., Focella, T. M., & Smilowitz, H. M. (2006). Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. The British journal of radiology, 79(939), 248-253. https://doi.org/10.1259/bjr/13169882

27. Alharbi, K. K., & Al-Sheikh, Y. A. (2014). Role and implications of nanodiagnostics in the changing trends of clinical diagnosis. Saudi journal of biological sciences, 21(2), 109-117. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2013.11.001

References:

1. Martsenyuk, V. P., & Melenchuk, I. B. (2012). Printsipi vikoristannya nanotehnologly u farmatstyi ta meditsirn. [Principle of using nanotecnologies in pharmacy and medicine] Medichna Informatika ta Inzheneriya - Medical Informatics and Engineering, 3, 43-47 [In Ukrainian]

2. Nikitiuk O. Yu., & Nikitiuk O. P. (2017). Nanotehnologiyi v medichniy dIagnostitsi. [Nanotechnology in medical diagnosticcs] Aktualni problemi suchasnoyi meditsini - Relevant problems of modern medicine, 17, 330-334 [In Ukrainian]

3. Mikhailenko V.M., Mikhailenko P.V., Eleiko L.A. (2008) Nanotehnologiyi - perspektivi zastosuvannya ta riziki dlya zdorov'ya lyudini [Nanotechnology - application prospects and risks to human health ]. Onkologiya - Oncology, 10, 420-426. [In Ukrainian]

4. Park, S. M., Aalipour, A., Vermesh, O., Yu, J. H., & Gambhir, S. S. (2017). Towards clinically translatable in vivo nanodiagnostics. Nature reviews. Materials, 2(5), 17014. https://doi .org/ 10.1038/natrevmats.2017.14

5. Jakson, T., Patani, B., & Ekp, D.. (2017, March 19). Nanotechnology in Diagnosis: A Review. Advances in Nanoparticles.

6. Nanodiagnostics: leaving the research lab to enter the clinics?. (2017, January 1). Nanodiagnostics: leaving the research lab to enter the clinics?. Diagnosis (berl).

7. Demchenko O.P. & Nazarenko V.I. (2012) Nanobiotehnologiya: shlyah u noviy mIkrosvit, stvoreniy sintezom himiyi ta bIologIyi [Nanobiotechnology: a way into a new microcosm created by the synthesis of chemistry and biology]. Blotehnologlya - Biotechnology, 5, 9-30. [In Ukrainian]

8. Chernousova S., & Epple M. (2012) Nanochastinki v meditsini [Nanoparticles in medicine]. Nanosistemi nanomateriali nanotehnologlyi - Nanosystems, nanomaterials, nanotechnology, 10, 667-685 [In Ukrainian]

9. Nanobiosensors: the future for diagnosis of disease?. (2014, March 19). Nanobiosensors: the future for diagnosis of disease?. Nanobiosensors in Disease Diagnosis. https://doi.org/10.2147/NDD.S39421

10. Nikitiuk O. Yu., & Nikitiuk O. P. (2017). Biosensori v medichniy nanodIagnostitsi [Biosensors in Medical Nanodiagnostics] Ukrayinska medichna stomatologichna akademiya - Ukrainian Medical Dental Academy 17, 330-334. [In Ukrainian]

11. Wang, Y. Z., Yu, L., Kong, X. W., & Sun, L. M.. (2017, January 1). Application of nanodiagnostics in point-of-care tests for infectious diseases. Int J Nanomedicine.

12. Soldatkin A.A. (2019). Osnovi stvorennya multifermentnih elektrohimichnih biosensoriv [Fundamentals of multi-enzyme electrochemical biosensors]. Doctor's thesis. Kyiv [In Ukrainian]

13. Mochulskaya O.M., Boyarchuk O.R., Pavlyshin G.A., Sverstyuk A.S., Zavidniuk Yu.V., Bondarchuk V.I. (2019) Prospects for the development and use of biosensors and immunosensors for diagnostic purposes in clinical medicine Bulletin of scientific research. 1, 15-22. [In Ukrainian]

14. Chekman I.S., & Gorchakova N.A. (2008) Biosensori: stan ta perspektivi naukovih doslidzhen [Biosensors: state and prospects of scientific ]. Nauka ta Innovatsiyi - Science and Innovation 4, 75-79. [In Ukrainian]

15. Musika K.M., & Kukoba A.V. (2017) Kontseptsiya molekulyarnogo rozpiznavannya na osnovi "sintetichnih retseptorIv" ta yiyi zastosuvannya dlya stvorennya priladiv viznachennya rechovin [The concept of molecular recognition on the basis of "synthetic receptors and its application to create devices for determining substances "] Kharkiv, 195 [In Ukrainian]

16. Bandas I.A., I. I. Krinitskaya, M. I. Kulitskaya, M. M. Kord счівуа (2015) Nanochastinki: znachennya sogodni, klasifikatsiya, vikoristannya v meditsini, toksichnist [Nanoparticles: importance today, classification, use in medicine, toxicity]. Medichna ta klinichna himiya-Medical and clinical chemistry. 17, 123-129. [In Ukrainian]

17. Chaudhry, G. E., Akim, A. M., Safdar, N., Yasmin, A., Begum, S., Sung, Y. Y., & Muhammad, T. S. T. (2022). Cancer and Disease Diagnosis - Biosensor as Potential Diagnostic Tool for Biomarker Detection. Journal of advanced pharmaceutical technology & research, 13(4), 243-247. https://doi.org/10.4103/japtr.japtr_106_22

18. Jiang, Z., Zhang, M., Li, P., Wang, Y., & Fu, Q. (2023). Nanomaterial-based CT contrast agents and their applications in image-guided therapy. Theranostics, 13(2), 483-509. https://doi.org/10.7150/thno.79625

19. Letnyak N.Y., & Korda M.M. (2016) Vugletsevi nanotrubki - perspektivi zastosuvannya ta riziki dlya zdorov'ya [Carbon nanotubes - application prospects and health risks] Medichna ta klinichna himiya - Medical and clinical chemistry 18, 96-100. [In Ukrainian]

20. A.R. Fernandes, & P.V. Baptista (2013) Cancer nanotechnology: prospects for cancer diagnostics and therapy - an update. Current Cancer Therapy Reviews 9, 164-72.

21. Nezami, A., Dehghani, S., Nosrati, R., Eskandari, N., Taghdisi, S. M., & Karimi, G. (2018). Nanomaterial-based biosensors and immunosensors for quantitative determination of cardiac troponins. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 159, 425-436. https://doi.org/10.1016/jjpba.2018.07.031

22. Baptista, P. V., Koziol-Montewka, M., Paluch-Oles, J., Doria, G., & Franco, R. (2006). Gold- nanoparticle-probe-based assay for rapid and direct detection of Mycobacterium tuberculosis DNA in clinical samples. Clinical chemistry, 52(7), 1433-1434. https://doi.org/10.1373/clinchem.2005.065391

23. Ye, L., Yong, K. T., Liu, L., Roy, I., Hu, R., Zhu, J., Cai, H., Law, W. C., Liu, J., Wang, K., Liu, J., Liu, Y., Hu, Y., Zhang, X., Swihart, M. T., & Prasad, P. N. (2012). A pilot study in non-human primates shows no adverse response to intravenous injection of quantum dots. Nature nanotechnology, 7(7), 453-458. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.74

24. Han, X., , Xu, K., , Taratula, O., , & Farsad, K., (2019). Applications of nanoparticles in biomedical imaging. Nanoscale, 11(3), 799-819. https://doi.org/10.1039/c8nr07769j

25. Ahn, S., Jung, S. Y., Seo, E., & Lee, S. J. (2011). Gold nanoparticle-incorporated human red blood cells (RBCs) for X-ray dynamic imaging. Biomaterials, 32(29), 7191-7199. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.05.023

26. Hainfeld, J. F., Slatkin, D. N., Focella, T. M., & Smilowitz, H. M. (2006). Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent. The British journal of radiology, 79(939), 248-253. https://doi.org/10.1259/bjr/13169882

27. Alharbi, K. K., & Al-Sheikh, Y. A. (2014). Role and implications of nanodiagnostics in the changing trends of clinical diagnosis. Saudi journal of biological sciences, 21(2), 109-117. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2013.11.001

Размещено на Allbest.ru

...