Нанотехнологии в иммунологии и иммунотерапии

Нанотехнологии в иммунологии и иммунотерапии Подготовила студентка 5 курса 3 группы Филичкина Маргарита Минск 2010

Нанотехнологии - фундаментальные технологии, основанные на манипуляциях с наноструктурами (наночастицами). Наноструктуры – это объекты, размеры которых лежат в диапазоне от 0, 1 до 1000 нанометров.

Наночастицы – искусственно созданные структуры с диаметром менее 100 нм, полученные с помощью химических и физических методов, обладающие специфическими свойствами, не характерными для исходного вещества, из которого они были получены. Основные направления использования наночастиц в иммунологии: • Иммунодиагностика (визуализация молекул и клеток in vitro, in vivo) • Использование наночастиц в иммунофармакологии • Применение наночастиц в клеточных технологиях • Создание наноинструментария

ТИПЫ НАНОЧАСТИЦ 1. Липосомы состоят из мембраны в виде бислоя липидов и молекулы воды внутри, имеют сродство к биологической мембране и используются для повешения эффективности и безопасности использования лекарств. 2. Эмульсии содержат масла в водной фазе, стабилизированные сурфактантом, который поддерживает размер и форму. 3. Полимеры • полисахаридные хитозановые наночастицы, используются для доставки лекарств. Водорастворимые полимерные гибриды (полимерпротеин – снижает иммуногенность, увеличивает продолжительность полужизни в плазме, повышает стабильность протеинов; и полимерлекарство канъюгаты – целевая доставка к опухоли за счет повышения проницаемости) 4. Керамические наночастицы • неорганические поросодержащие биосовместимые могут использоваться в раковой терапии. Одна из особенностей – не подвергаются биодеградации, поэтому могут накапливаться вызывать нежелательные эффекты.

5. Металлические наночастицы • оксиды металлов, класс суперпарамагнитные агентов. Используются как пассивные или активные транспартеры лекарств. 6. Наночастицы – золотые скорлупки (gold shell) • сферические наночастицы с диэлектрическим ядром, покрытым тонкой металлической скорлупкой, обычно золотой. Используются для визуализации при биомедицинских исследованиях и терапевтических процедурах 7. Карбоновые наноматериалы: фуллерены и нанотрубки • Фуллерены – полигональные структуры. Несут несколько точек для связывания активных молекул в тканях. Нанотрубки(графитовые цилиндры) – 2 типа – одностенные и мультистенные. Используются для доставки терапевтических молекул. 8. Quantum dots • Полупроводники с флюоресцентными свойствами, могут быть покрыты другими материалами, предотвращающими утечку тяжелых металлов.

• Наночастицы, используемые в доставке терапевтических молекул. 1 — липосома и аденовирус; 2 — полимерная наноструктура; 3 — дендример; 4 — углеродная нанотрубка.

Нанотерапия • Термотерапия наночастицами Известно, что при попадании ближнего ИК излучения на нанотрубки, последние начинают вибрировать и разогревают вещество вокруг себя. Эффективность такой терапии оказалась весьма велика: у 80 процентов мышей, получившую дозу раствора многослойных нанотрубок, раковые опухоли в почке через некоторое время полностью исчезли. Почти все мыши из этой группы дожили до конца исследования, которое продолжалось около 9 месяцев. Проводятся клинические исследования термотерапии опухолей мозга и рака предстательной железы. Исследователи обнаружили, что контакт нанотрубок с поврежденной костной тканью мышей ускоряет регенерацию костной ткани и понижает вероятность возникновения воспалительных процессов в процессе лечения.

• Наноантитела представляют собой наименьшие из известных на сегодня белковых антиген- узнающих молекул. • Биологически активные добавки (БАД) разработанные с применением нанотехнологий, так называемые наноцевтики (nanoceuticals), нацелены на мощное усиление возможностей организма: от усиления усвояемости активных компонентов пищи и до улучшения умственной деятельности и возможности сконцентрироваться

ЗОЛОТО И НАНОТЕХНОЛОГИИ • В экспериментах на животных наночастицы золота вылечивали рак за счёт атрофии кровеносных сосудов опухоли. Главной целью исследований и являлась остановка этими частицами ангиогенеза в опухолях. Большинство применяемых ингибиторов ангиогенеза – антитела к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF), молекулы которого стимулируют образование эндотелия в растущих кровеносных сосудах. • Другое применение наночастиц золота в медицине – так называемая “золотая пуля” – лекарство, поражающее только болезнетворные частицы, и оставляющее нетронутыми клетки хозяина. • Для уничтожения паразитов использовались наночастицы золота в комплексе с антителами. Антитело позволяет селективно связываться с мишенью, после чего воздействие лазерного ИК-излучения приводит к перегреву и гибели токсоплазм. Как показали тесты, после такой обработке в опытных образцах погибали от 19 до 83% паразитов.

Золотые наночастицы борются с раком • Исследователи из MIRA – Института биотехнологий и технической медицины Университета Твенте (Голландия) разрабатывают методы обнаружения и лечения опухолей с помощью частиц золота, размер которых не превышает нескольких нанометров. Суть идеи в том, что белки (антитела) приклеиваются к наночастицам и обеспечивают их контакт с опухолью. Для этого они используют золотые стержни длиной примерно 50 нанометров – в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. Антитела прикрепляются к золотым стержням и обеспечивают прилипание золотых частиц к раковым клеткам. Наночастицы позволяют выявить опухоль при помощи существующих фотоакустических методик. Поскольку золотые наночастицы быстро нагреваются при попадании на них инфракрасного света, они могут разрушать опухоли. Исследователи обнаружили, что наночастицы золота имеют на 600% большее сродство (то есть связывание) с раковыми, чем со здоровыми клетками. Лучше всего работали частицы размером 35 нанометров.

С помощью томографа выявляется насыщенность опухоли наночастицами. После их введения опухоль начинает светиться

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА Золотые наночастицы не трогают здоровые клетки, а раковые заставляют сиять - это можно заметить с помощью простого микроскопа

Иммунологические биочипы для определения поверхностных антигенов клеток • Биочипы - это революционное достижение биотехнологии последних лет. Необычное устройство позволяет за короткое время определять несколько тысяч аллергенов, онкогенов, различных биологически активных веществ, и даже генетических дефектов. Технология белковых биочипов, заменяющих целые иммунологические лаборатории, дает возможность в тысячи и десятки тысяч раз увеличить производительность большинства диагностических методов и резко снизить себестоимость анализов. • Биочип представляет из себя матрицу - крохотную пластинку со стороной 5 -10 миллиметров, на которую можно нанести до нескольких тысяч различных микротестов. Профессионалы называют этот носитель "платформой". Чаще всего используют стеклянные или пластиковые платформы, на которые наносятся биологические макромолекулы (ДНК, белки, ферменты), способные избирательно связывать вещества, содержащиеся в анализируемом растворе.

• Схема проведения исследования клеток с помощью биочипа:

Преимущества созданных биочипов перед зарубежными разработками: 1) меньшая себестоимость биочипов; 2) использование прозрачных подложек, позволяет проводить исследования клеток с помощью микроскопии в проходящем свете; 3) химическая стойкость подложек, позволяет проводить в процессе анализа многие химические реакции, а также использовать различные растворители; 4) возможность многократного микроскопического исследования связавшихся клеток с использованием иммерсионных объективов без повреждения клеток и поверхности биочипа. Преимущества методик проведения анализа: 1) модульный принцип проведения анализа, включающий базовую методику установления содержания клеток, имеющих определяемые антигены, и различные дополнительные методики исследования связавшихся клеток (морфологическое, цитохимическое исследование и др. ). 2) возможность использования различных вариантов считывания результата. 3) значительное повышение чувствительности анализа при использовании одной из дополнительных методик.

• Технико-экономическая эффективность использования разработки Примечания. * Данные указаны для биочипов с панелью, включающей 30 -35 антител, при проведении анализа без дополнительного определения коэкспрессии антигенов. При расширении панели антител стоимость биочипа будет увеличиваться весьма незначительно, а цена определения 1 антигена будет существенно снижаться. ** Приводится рыночная цена определения 1 антигена при использовании антител отечественного производства. При использовании антител зарубежного производства цена проведения анализа возрастает, по меньшей мере, в 3 -5 раз. *** Приводится рыночная цена определения 1 антигена при использовании набора реактивов для En. Vision - метода (производитель: компания «Daco» , США). **** С учетом стоимости штатного общелабораторного оборудования.

Спасибо за внимание