PROSPETTIVE NELLE

UTILIZZAZIONI DELLE

NANOTECNOLOGIE

IN CAMPO MEDICO

7 MARZO 2008

Prospettive per il rilascio di

farmaci e DNA nelle cellule

Azioni nel sistema

cardiovascolare

Già utilizzati in medicina:

ultrasuoni e microbolle

Settori di ricerca nell’ambito della

salute

La ricerca si sta orientando verso l’utilizzazione di oggetti le cui dimensioni si aggirano intorno al miliardesimo di metro, per diagnosticare malattie e portare farmaci e geni in specifici punti del nostro corpo.

LE NANOTECNOLOGIE IN CAMPO MEDICO

I nanorobot possono

viaggiare nei vasi sanguigni, portando medicinali che vanno a colpire solo le parti malate, inoltre possono pulire le arterie ostruite e analizzare una cellula malata.

I NANOROBOT

Dispositivi microscopici teorici di dimensioni nanometriche

Le nanotecnologie possono

essere utilizzate per la

diagnosi di malattie genetiche

e per l'applicazione di terapie

adeguate attraverso il

sequenziamento del DNA.

IL SEQUENZIAMENTO DEL DNA

LE NANOSFERE

Nanoparticelle sferiche di dimensioni da 1 a 1000 nm

Le ricerche più promettenti riguardano le nanosfere che potrebbero somministrare i trattamenti in punti specifici dell’organismo, senza portare gli effetti collaterali collegati ai medicinali tradizionali, che si distribuiscono invece in tutto il corpo.

NANOSFERE E TERAPIA GENICA

Nanosfere rivestite o contenenti DNA possono essere utilizzate per effettuare la terapia genica

sostituzione di un gene difettoso con uno funzionante o integrazione di un allele normale

GLI ULTRASUONI

• sono onde sonore con frequenze superiori a quelle udibili dall’ orecchio umano(20 kHz)

• sono soggetti a fenomeni di riflessione, rifrazione e diffrazione

UltrasuoniSuoni udibiliInfrasuoni

La diagnostica medica utilizza in molti casi le ecografie ottenute mediante la riflessione degli ultrasuoni.

LE MICROBOLLE

Le microbolle contenenti gas (ad es. esafluoruro di zolfo), interagiscono con il fascio di ultrasuoni affinché gli echi di ritorno possano risaltare meglio.

Se esposte ad ultrasuoni di ampiezza sufficientemente elevata, le microbolle potrebbero rilasciare,in cellule e tessuti, farmaci o geni che sono contenuti in ogni strato incapsulato.

Dimensioni : 0,5-10 μm di diametro

A. Immagine di una microbolla bersaglio costruita per il rilascio di farmaci o DNA.

B. Immagine di una microbolla bersaglio legata alla superficie cellulare attraverso l’interazione fra un ligando e un recettore.

Microbolla

Ligando

Recettore

B

STRUTTURA DI UNA MICROBOLLA

A

I ligandi possono attaccarsi alla superficie delle microbolle:

LIGANDI E MICROBOLLE

A. direttamente

B. attraverso un ponte di avidina

C. attraverso un braccio spaziatore flessibile

E. Farmaci idrofobici possono essere incorporati in uno strato di materiale oleoso

D. Le microbolle possono anche essere strutturate per riempirsi di farmaci e gas

C. Il DNA può legarsi alla superficie delle microbolle

B. I farmaci possono inserirsi all’interno della stessa

A. I farmaci possono legarsi alla membrana delle microbolle

LEGAME CON FARMACI E DNA

Provoca l’ aumento della permeabilità della membrana cellulare tramite :

• un’ azione meccanica

• un aumento della temperatura

• l’attivazione di ossigeno reattivo

DISTRUZIONE DI MICROBOLLE MEDIANTE ULTRASUONI

Il rilascio del farmaco per mezzo delle microbolle avviene grazie a:

A. buchi transitori indotti dall’azione meccanica degli ultrasuoni e delle microbolle

B. aumento della fluidità della membrana

C. endocitosi di microbolle

D. fusione della membrana delle microbolle con quella della cellula

RILASCIO DEI FARMACI

Cellule al microscopio elettronico a scansione:

MODALITA’ DI AZIONE DELLE MICROBOLLE DI

PERFLUOROCARBONIO

F: cellule irradiate solo con ultrasuoni

E: cellule intatte non trattate

A-D: cellule irradiate con ultrasuoni in presenza di MC540

La presenza del gas nelle microbolle fa si che l’energia degli ultrasuoni le faccia scoppiare. Successivamente, la stessa energia, consente l’ingresso del materiale genetico all’interno delle cellule.

ultrasuoni

DNA che entra nella

cellula

Microbolla scoppiata

Microbolla cationica

CONSEGNA DEL GENE TRAMITE ULTRASUONI E

MICROBOLLE

Comparazione del trasferimento del gene β-Gal nelle cellule vascolari del tessuto muscolare liscio (VSMCs) usando microbolle Levovist (A) e Albumex e Optison (B) nelle stesse condizioni di esposizione agli ultrasuoni.

GRAFICI RELATIVI A SPERIMENTAZIONI

I recettori GPIIb/IIIa presenti sulle piastrine giocano un ruolo chiave nella formazione di coaguli vascolari.

LA TROMBOSI CARDIOVASCOLARE

Trombosi : coagulazione intravascolare localizzata. Può essere di due tipi: venosa ed arteriosa.

Microbolle contenenti ligandi specifici per tali recettori possono legarsi al trombo e trasportare agenti trombolitici.La lisi è accelerata dalla contemporanea esposizione ad ultrasuoni.

trombo

microbolla

ligandorecettore

TROMBO BERSAGLIATO DA UNA MICROBOLLA

Allegri Damiana Avitabile Fabrizio

Boraga AlessiaBrigandì Chiara

Bruni MarinaBussotti Elena Catalucci SofiaChieruzzi Sara

Comodini ValeriaFoschi Francesca

Grassi JessicaMinutella FrancescaMorelli FrancescoNevi Emanuela

Pernazza MatteoPescara Jessica

Poli M.ElenaStoiadinovich Lucia

Venturini Giulia

Catalucci Sofia

Comodini Valeria Nevi Emanuela

Pernazza Matteo

La realizzazione del progetto è

opera della classe IV C:

Realizzazione tecnica:

Coordinamento: prof.ssa O.Sperandei

Si ringrazia per la collaborazione la prof.ssa D. Maccari