Vídeo: Pesquisa da Nasa revolucionará a medicina no mundo, nanotecnologia 2026
A nanotecnologia refere-se ao uso feito de partículas nanométricas (tipicamente 1-100 bilionésimos de metro) para aplicações industriais ou médicas adequadas às suas propriedades únicas. As propriedades físicas dos elementos e materiais conhecidos podem mudar à medida que sua relação superfície / área é dramaticamente aumentada, i. e. quando os tamanhos de nanoescala são alcançados. Essas mudanças não ocorrem ao passar de macro para micro escala.
As mudanças nas propriedades físicas, como propriedades coloidais, solubilidade e capacidade catalítica, foram encontradas muito úteis em áreas de biotecnologia, como biorremediação e entrega de fármacos.
As propriedades muito diferentes dos diferentes tipos de nanopartículas resultaram em novas aplicações. Por exemplo, os compostos conhecidos como materiais geralmente inertes podem se tornar catalisadores. O tamanho extremamente pequeno das nanopartículas lhes permite penetrar células e interagir com moléculas celulares. As nanopartículas muitas vezes também possuem propriedades elétricas únicas e fazem excelentes semicondutores e agentes de imagem. Devido a essas qualidades, a ciência da nanotecnologia decolou nos últimos anos, com testes e documentação de um amplo espectro de novos usos para as nanopartículas, particularmente na nanomedicina.
O desenvolvimento das nanotecnologias para aplicações nanomédicas tornou-se uma prioridade dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH).
Entre 2004 e 2006, o NIH estabeleceu uma rede de oito Centros de Desenvolvimento de Nanomedicina, como parte da Iniciativa do Roteiro de Nanomedicina do NIH. Em 2005, o National Cancer Institute (NCI) comprometeu 144. 3 milhões ao longo de 5 anos pelo programa "Aliança para a Nanotecnologia no Câncer", que financia sete Centros de Excelência para a Nanotecnologia do Câncer (Kim, 2007).
O financiamento apoia vários projetos de pesquisa em áreas de diagnóstico, dispositivos, biossensores, microfluídicos e terapêuticos.
Entre os objetivos a longo prazo da iniciativa NIH estão os objetivos, como ser capaz de usar nanopartículas para buscar células cancerosas antes que os tumores cresçam, remover e / ou substituir partes "quebradas" de células ou mecanismos celulares com medidas em miniatura, "máquinas" biológicas dimensionadas e usam "máquinas" similares como bombas ou robôs para fornecer medicamentos quando e onde for necessário dentro do corpo. Todas essas idéias são viáveis com base na tecnologia atual. No entanto, não sabemos o suficiente sobre as propriedades físicas das estruturas intracelulares e as interações entre células e nanopartículas, para alcançar atualmente todos esses objetivos. O principal objetivo do NIH é adicionar ao conhecimento atual dessas interações e mecanismos celulares, de modo que as nanopartículas construídas com precisão possam ser integradas sem efeitos colaterais adversos.
Muitos tipos diferentes de nanopartículas atualmente em estudo para aplicações em nanomedicina.Eles podem ser estruturas de tipo esqueleto baseadas em carbono, como os lipossomas lipossolares, de tipo fullerenos ou semelhantes a micelas, que já estão em uso para inúmeras aplicações na administração de fármacos e na indústria de cosméticos.
Os colóides, tipicamente nanopartículas de lipossomas, selecionados para a sua solubilidade e propriedades de suspensão, são usados em cosméticos, cremes, revestimentos protetores e roupas resistentes a manchas. Outros exemplos de nanopartículas à base de carbono são quitosano e nanopartículas à base de alginato descritas na literatura para administração oral de proteínas e vários polímeros em estudo para a administração de insulina.
nanopartículas adicionais podem ser feitas a partir de metais e outros materiais inorgânicos, como os fosfatos. Os agentes de contraste de nanopartículas são compostos que aumentam a ressonância magnética e os resultados de ultra-som em aplicações biomédicas de imagens in vivo. Essas partículas normalmente contêm metais cujas propriedades são dramaticamente alteradas na nano-escala. Gold "nanoshells" são úteis na luta contra o câncer, particularmente os tumores de tecidos moles, devido à sua capacidade de absorver a radiação em certos comprimentos de onda.
Uma vez que as nanoesculturas entram em células tumorais e o tratamento por radiação é aplicado, eles absorvem a energia e aquecem o suficiente para matar as células cancerosas. As nanopartículas de prata carregadas positivamente adsorvem em DNA de cadeia simples e são usadas para a sua detecção. São desenvolvidas muitas outras ferramentas e dispositivos para imagens in vivo (sistemas de detecção de fluorescência) e para melhorar o contraste em imagens de ultra-som e de ressonância magnética.
Existem inúmeros exemplos de estratégias de combate à doença na literatura, utilizando nanopartículas. Muitas vezes, particularmente no caso de terapias contra o câncer, as propriedades de administração de drogas são combinadas com tecnologias de imagem, de modo que as células cancerosas podem ser visualmente localizadas enquanto estão sendo submetidas a tratamento. A estratégia predominante é atingir células específicas ligando antígenos ou outros biossensores (por exemplo, fios de RNA) à superfície das nanopartículas que detectam propriedades especializadas das paredes celulares. Uma vez que a célula-alvo tenha sido identificada, as nanopartículas aderirem à superfície da célula, ou entrarão na célula, através de um mecanismo especialmente projetado, e entregarão sua carga útil.
Um medicamento é entregue, se a nanopartícula também é um agente de imagem, os médicos podem acompanhar o seu progresso e a distribuição da célula cancerosa é conhecida. Essa segmentação e detecção específicas ajudará no tratamento de cânceres metastáticos em fase tardia e nos tumores difíceis de alcançar e fornecer indicações sobre a disseminação dessas e outras doenças. Ele também prolonga a vida de certas drogas que foram descobertas durar mais tempo dentro de uma nanopartícula do que quando o tumor foi injetado diretamente, já que muitas vezes os medicamentos que foram injetados em um tumor se difundem antes de matar efetivamente as células tumorais.
Um desenvolvimento significativo no tratamento do câncer foi o aparecimento de tratamentos de siRNA (RNA de interferência pequena) com a entrega de nanopartículas. Em 1999, o siRNA foi descrito pela primeira vez como um novo meio de inibição da expressão da proteína nas células.No entanto, as cadeias de RNA foram muitas vezes destruídas por mecanismos celulares antes de alcançar seus objetivos. As nanopartículas fornecem os mecanismos de proteção e entrega, as moléculas de siRNA precisam atingir os tecidos alvo.
Várias empresas já entraram em ensaios clínicos de terapias de siRNA administradas por nanopartículas (Alper 2006).
A auto-montagem molecular é o fenômeno através do qual as moléculas se reúnem espontaneamente em formações definidas e estáveis baseadas em interações atômicas, como forças de hidrogênio, hidrófobas e van der Waals. A construção "inferior" das nanopartículas aproveita a auto-montagem molecular para construir estruturas específicas com base na nossa compreensão dessas formações espontâneas. Uma aplicação disso é usar a especificidade do binômio da base de DNA Watson-Crick para construir ácidos nucleicos de estruturas definidas com usos específicos. Em outra nova aplicação de auto-montagem molecular, em desenvolvimento na Suíça, as proteínas dos poros são introduzidas em nanopartículas durante a montagem do polímero. Os poros são incorporados na matriz de superfície, e sua abertura e fechamento permitem o fornecimento de fármaco específico para certas condições ambientais (neste caso alterações de pH) na célula (Broz et al.,
2006). As porcas geralmente abrem ou fecham enquanto reagem ao pH, temperatura ou outros fatores ambientais. O uso de poros semelhantes em nanopartículas permite a entrega específica ou a biossensão sob condições celulares específicas, por exemplo, a administração de insulina quando os níveis de açúcar no sangue indicam uma necessidade.
Após a entrega da carga útil, muitas vezes é desejável que as nanopartículas de alguma forma sejam removidas ou metabolizadas, idealmente sem efeitos colaterais tóxicos.
De fato, as vantagens em usar nanopartículas são que os efeitos colaterais tóxicos da radiação tradicional e quimioterapias podem ser evitados, tratando apenas células tumorais ou não saudáveis e não danificando tecido saudável próximo. Recomenda-se que algumas nanopartículas sejam relativamente seguras devido à sua propensão a dissolver uma vez dentro das células, e algumas consistem em materiais que já estão sendo utilizados em biomedicina, como nanopartículas feitas a partir dos mesmos polímeros utilizados nas suturas (Bullis, 2006). Seja qual for a abordagem, os benefícios da entrega de nanopartículas são enormes e incluem a biodisponibilidade melhorada de drogas, visando órgãos, tecidos ou tumores específicos, fornecendo a dose mais alta de droga diretamente onde é necessário e reduzindo o desperdício e os custos devido à avaria antes de um droga cumprindo seu objetivo.
A nanomedicina é uma área relativamente nova da biotecnologia, mas as possibilidades de novas terapias e cirurgias para tratar doenças e doenças como câncer parecem infinitas. O conceito de nanorobots e máquinas de reparação celular também é viável e pode ser um dia tão comum quanto tomar hoje uma aspirina.
Fontes:
Kim, 2007. Plataformas de nanotecnologia e desafios fisiológicos para a terapêutica contra o câncer.
Na imprensa, doi. org / 10. 1016 / j. nano. 2006. 12. 002.
Alper, 2006, Nanopartículas e siRNA - Parceiros sobre o caminho para novas terapias contra o câncer.NIC Alliance for Nanotechnology in Cancer. // nano. Câncer. gov / news_center / monthly_feature_2006_august. asp.
Broz et al. , 2006. Rumo a biorreatores de nanoescência inteligentes: um nanocontainer de polímero funcional com capacidade de pH, permutável, equipado com canais. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.
Bullis, 2006. Single-Shot Chemo. Revisão da tecnologia. // www. visão tecnológica. com / read_article. aspx? ch = specialsections & sc = emergingtech & id = 16469.
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