Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL
nano.tul.cz Tyto materiály byly vytvořeny v rámci projektu ESF OP VK: Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na Technické univerzitě v Liberci
NANOTECHNOLOGIE V TRANSPLANTACÍCH Speciální vlastnosti nových materiálů, nové metody pro zkoušení nanomateriálů v transplantaci. Pavla Mičanová Jana Petrášová 2
OBSAH PŘEDNÁŠKY: • Transplantace • Komplikace transplantací • Transplantace s pomocí nanotechnologií • Nanovlákna jako záchranná síť • Druhy transplantací • Náročnost transplantací • Následná péče o pacientka • Aplikace nanotechnologií v medicíně • Transplantace buněk do srdce • Oblasti využití nanomedicíny
• • • • • • • •
Nanotechnologie v chirurgii Využití nanočástic Biomembrány a biočipy Český přístroj Terapie Cílený transport léčiv Možnosti nanomechanismů Nanotechnologie v lékařské diagnostice • Nanotechnologie a rakovina • Vize budoucnosti • Kostní implantáty 3
*TRANSPLANTACE* • Přenos tkání nebo orgánu na jiné místo téhož jedince nebo na jiného jedince téhož nebo jiného druhu • Poškození nebo selhání původního orgánu [1]
4
Je možné transplantovat srdce, ledviny, játra, plíce a slinivku břišní [7].
[5] 5
[4]
Z tkání se transplantují i kosti, šlachy, rohovka, srdeční chlopně, cévy a kůže [7] 6
*KOMPLIKACE TRANSPLANTACÍ* • Darovaná tkáň je brána jako cizorodá, • IS ji aktivně napadá, • Pacient je vystaven doživotnímu zvýšenému riziku infekce potlačením IS imunosupresivy, • Částečně se tomuto dá předejít transplantacemi od dárce, který je příbuzný s recipientem [7]. 7
TRANSPLANTACE S POMOCÍ NANOTECHNOLOGIÍ • CÍL: BIOKOMPABILITA • ZAJIŠTĚNÍ ŘÍZENÉ INTERAKCE MEZI IMPLANTÁTEM A TKÁNÍ [8]
8
NANOVLÁKNA JAKO ZÁCHRANNÁ SÍŤ • Nanovlákna jako nosiči imunosupresivních léků, • Organismus se brání proti transplantátu pomocí buněk T-lymfocyt, • Cyklosporin A - oslabuje reakci imunitního systému, • Nevýhoda: Oslabení imunity a náchylnost k dalším nemocem [9]. 9
*DRUHY TRANSPLANTACÍ* • AUTOLOGNÍ
• ALLOGENNÍ • XENOGENNÍ
• IMPLANTACE [7] 10
*NÁROČNOST TRANSPLANTACÍ* • Finanční • Organizační • Chirurgické (zkušení tým)
• Péče o pacienty • Komplikovaná údržba registrů pacientů [7] 11
*NÁSLEDNÁ PÉČE O PACIENTA* • Bez tlumení IS imunosupresivy dochází k rejekci transplantátu, • Celoživotním podáváním umunosupresiv je možné odhojení předejít, • Postupem času je možné tlumení IS zmírnit, ne však zcela léky vysadit, • I po několika letech by po vysazení imunosupresiv došlo k odhojení tranplantované tkáně a i následné smrti [7]. 12
*APLIKACE NANOTECHNOLOGIE V MEDICÍNĚ* • Nanotechnologie se zabývá tvorbou a využíváním technologií v měřítku nanometrů (10-9 m) • Vyvinuly se tak nové objekty: uhlíkové nanotrubice, kvantové dráty a doty, tenké filmy, struktury založené na použití DNA, laserové emitory [3]. 13
TYPY UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC [5]
14
• V lékařství se očekávají aplikace zahrnující sondy integrované s implantovanými nano-syntetizátory léčiv, rychlé analyzátory sekvence genů • Největší pozornosti medií se ale těší nanonástroje k opravě orgánů na mikroskopické úrovni
• Nanotechnologie na supramolekulární úrovni má také široké pole aplikace pro konstrukci elektronických nosů a jazyků [3] 15
TRANSPLANTACE BUNĚK DO SRDCE • Transplantace buněk do lidského srdce-malý účinek. • Vytvoření mřížky z vláken o průměru 5 nanometrů a délky 100 nanometrů – nanešena směs vaskulárního endoteliálního růstového faktoru(VEGF)– transplantace do srdce. • Látka zůstala na mřížce a postupně se uvolňovala – přesídlení k srdci– růst nových drobných cév nebo kapilár. • Pouze zatím u zvířat [15]. 16
*OBLASTI VYUŽITÍ NANOMEDICÍNY* • Molekulární medicína (včasná detekce onemocnění, náhrada některých tkání a orgánů). • • • •
Regenerativní medicína biokompatibilními materiály. Chirurgie v nanoměřítku. Cílený transport léčiv. Studium vlivu nanoobjektů na zdraví a životní prostředí. • Aplikace magnetický nanočástic pro diagnostiku a terapii [3]. 17
NANOTECHNOLOGIE V CHIRURGII • Nejvíce uplatnění nachází v oblasti nanostrukturních materiálů. • Nanomateriály: zlepšení vlastností stávajících materiálů a nástrojů. • Příklad: použití šicího materiálu s aplikací nanotechnologie napuštěním nanočásticemi stříbra. • Antibakteriální účinek, nevzniká rezistence [10]. 18
*VYUŽITÍ NANOČÁSTIC* Můžeme je rozdělit do několika typů:
• Kvantové tečky • Dendrimery • Kovové a polovodičové nanočástice • Magnetické nanočástice [3] 19
DENDRIMERY [5]
20
BIOMEMBRÁNY A BIOČIPY • Syntetická buněčná membrána – propojovací vrstva mezi čipem a buňkou. • Elektrický puls. • Zrekunstruován 1. čip se světelnými sensory. • Transplantován slepým pacientům – v blízkosti očního nervu [11]. 21
ČESKÝ PŘÍSTROJ • 4SPIN: snadný, lehce ovladatelný, bezpečný. • Slouží k tvorbě nanovláken pro medicínské účely [14].
22
*TERAPIE* • V terapii se nanočástice mohou použít buď přímo jako aktivní činidla, nebo jako nosiče léků.
• Například nanočástice s dextranovou vrstvou mohou být použity pro selektivní dopravu léčiva do specifických tkání [3].
23
*CÍLENÝ TRANSPORT LÉČIV* • Transport léčiva do cílové tkáně. • Nanočástice v sobě inkapsuluje léčivo. • Na povrchu buňky umí najít to pravé místo pro účinek.
• Kontrolované uvolnění léčiva v cílové tkáni [3]. 24
*MOŽNOSTI NANOMEDICÍNY* • Molekulární medicína zahrnující včasnou detekci onemocnění. • Náhrada některých tkání a orgánů. • Regenerativní medicína používající biokompatibilní materiály. • Chirurgie v nanoměřítku. • Systémy pro cílený transport a uvolňování léčiv • Studium vlivu nanoobjektů na zdraví a životní prostředí. • Aplikaci různým způsobem značených nanočástic pro diagnostiku a terapii. • Genovou terapii [3]. 25
*NANOTECHNOLOGIE V LÉKAŘSKÉ DIAGNOSTICE* • Ultrasenzitivní zařízení pro detekci rakoviny prostaty.
• Jedná se o mikročip napojeným na 10 křemíkových drátů pouze 10 nanometrů silných nanodrátků, ke kterým jsou připojeny biologické receptory [3].
26
NANOTECHNOLOGIE A RAKOVINA • Úspěšná transplantace syntetické náhradní průdušnice. • Pacient: poslední stádium rakoviny. • Průdušnice: z porézních polymerů+tkání (vlastní kmenové buňky pacienta). • Přesná replika pacientovy průdušnice [13]. 27
28
*VIZE BUDOUCNOSTI* • Umělá mechanická červená krvinka. • Získávání informací o struktuře různých tkání (molekulové stroje). • Nanoroboti. 29
UMĚLÉ ČERVENÉ KRVINKY [5]
30
ROBOT DOPRAVUJÍCÍ LÉK NA MÍSTO URČENÍ [5]
31
KOSTNÍ IMPLANTÁTY • Dnes: materiály nevhodné pro lidský org. (chirurgická ocel, atd.). • Neorganická látka hydroxyapatit.
• Nanočástice Hydroxyapatitu + několik vrstev polymerních materiálů spojené metodou stereolitografie = lepší makro i mikroskopické vlastnosti [12]. 32
ZDROJE • • • • •
• • •
• • • • •
•
•
[1] KLIMEŠ, Lumír. Slovník cizích slov. 2. upravené. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, n. p., 1983. ISBN 14-545-83. [2] KST: Tkáně. Koordinační středisko transplantací [online]. 2005 [cit. 2012-11-02]. Dostupné z: http://www.kst.cz/web/?page_id=2800 [3] KRÁL, Vladimír. Aplikace nanotechnologie v medicíně. Praha: Technologické centrum AV ČR, 2007. [4]http://www.sportsmd.com/Portals%5C0%5Caltman2%5CDistal_Biceps_Tendon_Rupture.jpg [5]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/53/Types_of_Carbon_Nanotubes.png/646pxTypes_of_Carbon_Nanotubes.png [6] J. CARUANA, Carmel. Nanotechnologie v medicíně: (přednáška pro budnoucnost). Brno, 2012, 26 s. Dostupné z: www.med.muni.cz/biofyz/doc/lec-cs/nanotechnologie_v_medicine-finx.ppt [7] Transplantace: Wikipedie. Transplantace [online]. 2012 [cit. 2012-11-02]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Transplantace [8] Technické právo-základní informace: Nanotechnologie. Elearning: SC Bronco a.s. [online]. 2004 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://www.elearning.scbronco.cz/index.php?option=com_k2&view=item&id=208:technick%C3%A9pr%C3%A1vo-z%C3%A1kladn%C3%AD-informace&Itemid=197&limitstart=2 [9] Čteme za vás: Nanovlákna. Nová naděje pro pacienty po transplantaci. Inosfera: Inovace s přehledem [online]. 2012 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://www.inosfera.cz/cteme-za-vas/nanovlakna-nova-nadeje-pro-pacienty-po-transplantaci/ [10] ŠRÁMEK, Jaromír. Nanotechnologie v medicíně [online]. Masarykova univerzita v Brně, 2009 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://www.med.muni.cz/biofyz/doc/NMgr/nanotech.pdf [11] Věda a technika: Nanotechnologie v medicíně. Miloš Němec [online]. 2007 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://www.milosnemec.cz/clanek.php?id=107 [12] Ostatní: Nanotechnologie:dokonalé kostní implantáty. Businessworld [online]. 2003 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://businessworld.cz/ostatni/nanotechnologie-dokonale-kostni-implantaty-4052 [13] Poprvé v historii transplantován umělý orgán. Mladá fronta: Zdravotnické noviny [online]. 2011 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://zdravi.e15.cz/clanek/mlada-fronta-zdravotnicke-noviny-zdn/poprve-v-historii-transplantovan-umely-organ460740 [14] Čteme za vás: Český přístroj umožní nové objevy v regenerativní medicíně. Inosfera: Inovace s přehledem [online]. 2012 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: http://www.inosfera.cz/cteme-za-vas/cesky-pristroj-umozni-nove-objevy-v-regenerativnimedicine/ [15] Nanotechnologie mohou vést k vyléčení při srdečních onemocnění u člověka. Transplantace eNews [online]. 2012 [cit. 2012-11-06]. Dostupné z: 33 http://translate.google.cz/translate?hl=cs&langpair=en|cs&u=http://www.trannews.com/wordpress/%3Fp%3D1583
