Hjärtnanoteknik

Heart nanotechnology är "Enginering av funktionella system i molekylär skala" ("Nanotechnology Research").

Nanoteknik

Nanoteknik handlar om strukturer och material som är ungefär en till etthundra nanometer långa. På denna mikroskopiska nivå kvantmekaniken rum och är i kraft, vilket resulterar i beteenden som skulle verka ganska konstiga jämfört med vad människor ser med blotta ögat (vanlig materia). Nanoteknik används för en mängd olika teknikområden, allt från energi till elektronik till medicin . Inom kategorin medicin är nanoteknik fortfarande relativt ny och har ännu inte anammats i stor utsträckning inom området. Det är möjligt att nanoteknik kan bli medicinens nya genombrott och så småningom kan vara lösningen och botemedlet för många av de hälsoproblem som människor stöter på. Nanoteknik kan leda till botemedel mot sjukdomar som förkylning , sjukdomar och cancer . Det börjar redan användas som en behandling för några allvarliga hälsoproblem; mer specifikt används det för att behandla hjärtat och cancer. [ citat behövs ]

Nanomedicin

Nanoteknik inom medicinområdet kallas oftare för nanomedicin . Nanomedicin som handlar om att hjälpa hjärtat börjar verkligen ta fart och bli mer populär jämfört med de flesta andra områden som nanomedicin har att erbjuda just nu. Det finns flera hjärtproblem som nanoteknik har lovande bevis på att vara effektiva vid behandling av hjärtsjukdomar inom en snar framtid.

Exempel

Den ska förhoppningsvis kunna behandla hjärtklaffar som är defekta; och upptäcka och behandla arteriell plack i hjärtat ("Nanotechnology Made Clear"). Nanomedicin bör kunna hjälpa till att läka hjärtan hos människor som redan har drabbats av hjärtsjukdomar och hjärtinfarkter . Å andra sidan kommer det också att spela en nyckelroll för att hitta personer med hög risk att drabbas av hjärtsjukdomar, och kommer att kunna hjälpa till att förhindra att hjärtinfarkter inträffar i första hand. Nanoteknik i hjärtat är mycket mindre invasiv än kirurgi eftersom allt sker på en minimal nivå i kroppen jämfört med relativt stora vävnader som hanteras i kirurgi. Med vår teknik idag utförs hjärtoperationer för att behandla den skadade hjärtvävnaden som uppstått efter en hjärtattack. Detta är en stor operation som vanligtvis tar ett par månader att återhämta sig från ("WebMD - Better Information. Better Health"). Under denna period är patienterna extremt begränsade i de aktiviteter de kan göra. Denna långa tillfrisknandeprocess är en olägenhet för patienterna, och med medicinens tillväxt kommer det troligen inte att dröja särskilt länge innan en mer effektiv metod för att behandla hjärtinfarktpatienter kommer att utvecklas och användas. [ citat behövs ] Metoden som är föregångaren för att ersätta större hjärtkirurgi är användningen av nanoteknik. Det finns ett par alternativa sätt till hjärtkirurgi som nanoteknik potentiellt kommer att kunna erbjuda i framtiden.

Alternativ till operation

Med människor som har hjärtsjukdom eller som har drabbats av en hjärtinfarkt är deras hjärtan ofta skadade och försvagade. De mer mindre formerna av hjärtsvikt kräver ingen operation och behandlas ofta med mediciner ("WebMD - Better Information. Better Health"). Användningen av nanoteknik för att behandla skadade hjärtan kommer inte att ersätta dessa mildare hjärtproblem, utan snarare de allvarligare hjärtproblemen som för närvarande kräver operation eller ibland till och med hjärttransplantationer .

Hjärtreparation

En grupp ingenjörer, läkare och materialvetare vid MIT och Children's Hospital Boston har slagit sig samman och börjar rörelsen för att hitta ett sätt att använda nanoteknik för att stärka den försvagade hjärtvävnaden ("MIT - Massachusetts Institute of Technology"). Den första metoden använder nanoteknologi i kombination med vävnadsteknik , och guldnanotrådar placeras och vävs in i de skadade delarna av hjärtat, vilket i huvudsak ersätter de icke-fungerande eller döda vävnaderna.

Vävnadsregenerering

Den andra metoden skulle potentiellt använda små nanopartiklar som skulle resa genom kroppen och hitta döende hjärtvävnad. Nanopartiklarna skulle bära föremål som " stamceller , tillväxtfaktorer , droger och andra terapeutiska föreningar". Sedan skulle nanopartiklarna släppa föreningarna och injicera dem i den skadade hjärtvävnaden. Detta skulle teoretiskt leda till regenerering av vävnaden.

Hjärtreparationssvårigheter

Att kunna fixa hjärtvävnad som har skadats av en hjärtinfarkt eller hjärtsjukdom är inte särskilt enkelt och det är en av de stora utmaningarna idag inom området vävnadsteknik (" Popular Science " ) . Detta beror på att hjärtceller inte är de lättaste föremålen att skapa i ett labb. Det krävs enormt mycket särskild omsorg och arbete för att utveckla cellerna så att de slår i synk med varandra ("Populärvetenskap"). Även efter att hjärtcellerna äntligen har tillverkats är det också en stor uppgift att föra in cellerna i de inoperabla delarna av hjärtat och att få dem att arbeta i samklang med de vävnader som fortfarande fungerade ordentligt ("Populärvetenskap").

Hjärtfläckar

Det har funnits flera framgångsrika exempel på detta med användningen av ett "stamcellsbaserat hjärtplåster som utvecklats av forskare från Duke University ," ("populärvetenskap"). Biomaterialen som utgör plåstret är vanligtvis gjorda av antingen biologiska polymerer som alginat eller syntetiska polymerer som polymjölksyra ( "Nature Nanotechnology") . Dessa material är bra på att organisera cellerna till fungerande vävnader; men de fungerar som isolatorer och är dåliga ledare av elektricitet, vilket är ett stort problem, särskilt i hjärtat ("Nature Nanotechnology"). Eftersom de elektriska signalerna som skickas mellan kalciumjoner är det som styr när kardiomyocyter drar ihop sig, vilket får hjärtat att slå, är stamcellshjärtplåstret inte särskilt effektivt och inte lika effektivt som läkarna skulle vilja att det ska vara." Populär vetenskap"). Resultatet av att plåstret inte är särskilt ledande är att cellerna inte kan uppnå ett jämnt, kontinuerligt slag genom hela vävnaden som innehåller stamcellerna. Detta resulterar i att hjärtat inte fungerar som det ska, vilket i sin tur kan innebära att fler hjärtproblem kan uppstå på grund av inplanteringen av stamcellerna.

Vävnadsställningar

Nyligen [ när? ] har det skett en del ny utveckling inom nanoteknikområdet som kommer att vara effektivare än den dåligt ledande stamcellsbaserade patchen ("Nature Nanotechnology"). Forskare och forskare mer hittade ett sätt för dessa stamcellsfläckar (även kända som vävnadsställningar) att vara ledande och därför bli exponentiellt effektiva (”Nature Nanotechnology”). De fann att genom att odla guldnanotrådar in i och genom lapparna kunde de kraftigt öka den elektriska ledningsförmågan . Nanotrådarna är tjockare än den ursprungliga ställningen och cellerna är också bättre organiserade. Det finns också en ökning av produktionen av de proteiner som behövs för muskelkalciumbindning och sammandragning. Guldnanotrådarna sticker igenom stamcellens ställningsmaterial, vilket stärker den elektriska kommunikationen mellan omgivande hjärtceller. Utan nanotrådarna producerade stamcellsfläckarna en liten ström och cellerna skulle bara slå i små kluster vid stimuleringsursprunget. Med nanotrådarna verkar cellerna dra ihop sig även när de är samlade långt borta från stimuleringskällan. Användningen av guld nanotrådar med stamcellshjärtlapparna är fortfarande ett relativt nytt koncept och det kommer förmodligen att dröja ett tag innan de kommer att användas på människor. Förhoppningen är att nanotrådarna ska testas på levande djur inom en snar framtid.

Nanopartiklar

Ett annat sätt som nanoteknik potentiellt kommer att användas för att hjälpa till att fixa skadade hjärtvävnader är genom användningen av guidade nanopartikel-"missiler". Dessa nanopartiklar kan klänga fast vid och fästa vid artärväggar och utsöndra medicin i långsam takt ("MIT-Massachusetts Institute of Technology"). Partiklarna, kända som nanoburrar på grund av att de är belagda med små proteinfragment som fastnar på och riktar sig mot vissa proteiner. Nanoburrarna kan göras för att frigöra läkemedlet som är fäst vid dem under loppet av flera dagar ("MIT-Massachusetts Institute of Technology"). De är unika jämfört med vanliga läkemedel eftersom de kan hitta den speciella skadade vävnaden, fästa vid den och släppa den drognyttolast som är fäst vid den ("MIT-Massachusetts Institute of Technology"). Vad som händer är att nanoburrarna är inriktade på en viss struktur, känd som basalmembranet ; detta membran kantar artärväggarna och är endast närvarande om området är skadat. Nanoburrar skulle kunna bära läkemedel som är effektiva vid behandling av hjärtat, och även potentiellt bära stamceller för att hjälpa till att regenerera den skadade hjärtvävnaden ("MIT-Massachusetts Institute of Technology").

Sammansättning

Partiklarna består av tre olika lager och är sextio nanometer i diameter ("MIT-Massachusetts Institute of Technology"). Det yttre lagret är en beläggning av polymer som kallas PEG, och dess uppgift är att skydda läkemedlet från att sönderfalla medan det är färdas genom kroppen. Mellanskiktet består av ett fettämne och den inre kärnan innehåller själva läkemedlet tillsammans med en polymerkedja, som styr hur lång tid det tar innan läkemedlet frisätts ("MIT-Massachusetts Institute of Technology").

Forskning

I en studie gjord på råttor injicerades nanopartiklarna direkt i råttans svans och de kunde fortfarande nå det önskade målet (den vänstra halspulsådern) med en hastighet som var dubbelt så stor som mängden av de icke-målinriktade nanopartiklarna ("MIT- Massachusetts Institute of Technology"). Eftersom partiklarna kan leverera läkemedel under en lång tidsperiod och kan injiceras intravenöst, skulle patienterna inte behöva ha flera upprepade injektioner eller invasiva operationer på hjärtat, vilket skulle vara mycket bekvämare. Den enda nackdelen med detta är att de befintliga leveransmetoderna är invasiva och kräver antingen en direkt injektion i hjärtat, kateterprocedurer eller kirurgiska implantat. Det råder dock ingen tvekan om att framtiden för hjärtreparationer och förebyggande av hjärtsjukdomar/attacker definitivt kommer att involvera användningen av nanoteknik på något sätt. [ citat behövs ]

Polyketal nanopartiklar

Sammansättning

Polyketalnanopartiklar är pH-känsliga, hydrofoba nanopartiklar framställda av poly(1-4-fenylenaceton-dimetylenketal). De är en syrakänslig vehikel för läkemedelstillförsel, speciellt designad för att rikta in sig på miljöer av tumörer, fagosomer och inflammatorisk vävnad. I sådana sura miljöer genomgår dessa nanopartiklar accelererad hydrolys till hydrofila föreningar med låg molekylvikt, och släpper följaktligen deras terapeutiska innehåll i en snabbare takt. Till skillnad från polyesterbaserade nanopartiklar genererar polyketalnanopartiklar inte sura nedbrytningsprodukter efter hydrolys

Används vid hjärtinfarkt

Post- myokardinfarkt , inflammatoriska leukocyter invaderar myokardiet . Leukocyter innehåller höga mängder nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADPH) och Nox2. Nox2 och NADPH-oxidas kombineras för att fungera som en viktig källa för hjärtsuperoxidproduktion, vilket i överskott kan leda till myocythypertrofi , apoptos, fibros och ökat uttryck av matrixmetalloproteinas -2. I en musmodellstudie av Somasuntharam et al. 2013 användes polyketalnanopartiklar som en leveransbärare för siRNA för att rikta in sig på och hämma Nox2 i det infarkterade hjärtat. Efter intramyokardinjektion in vivo förhindrade Nox2-siRNA-nanopartiklar uppreglering av Nox2-NADPH- oxidas och förbättrade fraktionerad förkortning . När nanopartiklarna tas upp av makrofager i myokardiet efter en MI, bröts nanopartiklarna ned i den sura miljön av endosomerna / fagosomer , vilket frisätter Nox2-specifikt siRNA i cytoplasman .

Polyketalnanopartiklar har också använts i det infarkterade mushjärtat för att förhindra ischemi - reperfusionsskada orsakad av reaktiva syrearter (ROS). Halterna av antioxidanten Cu/Zn-superoxiddismutas (SOD1), som tar bort skadlig ROS, minskar efter MI. SOD1-inkapslade polyketal nanopartiklar kan avlägsna reperfusionsskada inducerad ROS. Dessutom förbättrade denna behandling fraktionerad förkortning, vilket tyder på fördelen med riktad tillförsel av polyketaler. En av de viktigaste fördelarna med polyketalanvändning är att de inte förvärrar det inflammatoriska svaret, även när de administreras i koncentrationer som överstiger terapeutiska gränser. I motsats till vanligen använda av poly(mjölk-samglykolsyra) (PLGA) leder administrering av polyketalnanopartiklar till möss till liten rekrytering av inflammatoriska celler. Dessutom visar intramuskulär injektion av polyketaler i benen på råttor inga signifikanta ökningar av inflammatoriska cytokiner såsom IL-6 , IL-1ß , TNF-a och IL-12 .

Ytterligare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Heart_nanotechnology&oldid=1053726447 "