Nanonurobilim - Nanoneuroscience
Nanonurobilim , nanoteknoloji ve sinirbilimi birleştiren disiplinler arası bir alandır . Ana hedeflerinden biri, sinir sisteminin nasıl çalıştığını ve dolayısıyla nöronların beyinde kendilerini nasıl organize ettiklerini ayrıntılı bir şekilde anlamaktır. Sonuç olarak, kan beyin bariyerini (BBB) geçebilen ilaçlar ve cihazlar yaratmak , ayrıntılı görüntüleme ve teşhislere olanak sağlamak için gereklidir. Kan beyin bariyeri, beyni çevreleyen oldukça özelleşmiş yarı geçirgen bir zar olarak işlev görür ve dolaşım kanında çözünebilen zararlı moleküllerin merkezi sinir sistemine girmesini engeller.
İlaç ileten moleküllerin beyne erişmesinin önündeki başlıca iki engel, boyut (moleküler ağırlığı <400 Da olmalıdır) ve lipid çözünürlüğüdür. Doktorlar, viral gen terapisi yoluyla merkezi sinir sistemine erişimdeki zorlukları aşmayı umuyorlar . Bu genellikle hastanın beynine veya beyin omurilik sıvısına doğrudan enjeksiyonu içerir. Bu tedavinin dezavantajı, uygulanacak tedavi için ameliyat gerekliliğinden dolayı invaziv olması ve yüksek risk faktörü taşımasıdır. Bu nedenle, bu alandaki klinik araştırmaların sadece% 3.6'sı, 1980'lerde gen terapisi kavramı geliştirildiğinden beri III. Aşamaya ilerlemiştir.
BBB'yi geçmek için önerilen bir başka yol da bariyerin geçici olarak kasıtlı olarak bozulmasıdır. Bu yöntem ilk olarak Alzheimer hastalığı , Parkinson hastalığı , felç ve nöbet koşulları gibi bu engeli kendi kendine yıktığı keşfedilen bazı patolojik durumlardan esinlenmiştir .
Nanopartiküller
Nanopartiküller, makro moleküllerden benzersizdir çünkü yüzey özellikleri boyutlarına bağlıdır ve bu özelliklerin bilim adamları tarafından başka türlü mümkün olmayan stratejik manipülasyonuna (veya "programlamaya") izin verir. Benzer şekilde, nanopartikül şekli de, partikülün yüzey alanı / hacim oranına dayalı olarak farklı bir özellik kümesi verecek şekilde değiştirilebilir.
Nanopartiküller, nörodejeneratif hastalıkları tedavi ederken umut verici terapötik etkilere sahiptir. Oksijen reaktif polimer (ORP), oksijenle reaksiyona girecek şekilde programlanmış bir nano platformdur ve travmatik beyin yaralanmalarından hemen sonra oluşan reaktif oksijen türlerinin (ROS) varlığını tespit edip azalttığı gösterilmiştir. Nanopartiküller, Alzheimer hastalığı ve inme modellerinde olduğu gibi, "nöroprotektif" bir önlem olarak da kullanılmıştır . Alzheimer hastalığı , beyinde oluşan amiloid beta proteininin toksik yığınlarına neden olur. Bir çalışmada, altın nanopartiküller kendilerini bu agregalara eklemek için programlandı ve onları parçalamada başarılı oldular. Benzer şekilde, iskemik inme modellerinde, beynin etkilenen bölgesindeki hücreler apoptoza uğrar, beynin önemli kısımlarına kan akışını önemli ölçüde azaltır ve sıklıkla ölüme veya ciddi zihinsel ve fiziksel değişikliklere neden olur. Platin nanopartiküllerin "biyolojik antioksidan" görevi görerek ve felç sonucunda beyindeki oksidasyonu önemli ölçüde azaltarak ROS görevi gördüğü gösterilmiştir . Nanopartiküller ayrıca nörotoksisiteye yol açabilir ve beyin ödeminden veya BBB'yi geçen ve beyin hasarına neden olan ilgisiz moleküllerden kalıcı BBB hasarına neden olabilir. Bu, başarılı klinik deneylere izin vermek için yeterli anlayışa sahip olmak için daha uzun vadeli in vivo çalışmalara ihtiyaç olduğunu kanıtlamaktadır .
En yaygın nano tabanlı ilaç dağıtım platformlarından biri, lipozom temelli dağıtımdır. Hem lipitte çözünür hem de nano ölçektirler ve bu nedenle tamamen işleyen bir BBB yoluyla izin verilir. Ek olarak, lipidlerin kendileri biyolojik moleküllerdir, bu da onları biyolojik olarak oldukça uyumlu hale getirir ve bu da hücre toksisitesi riskini azaltır. Oluşan çift katman, molekülün vücutta dolaşırken onu koruyarak herhangi bir ilacı tam olarak kapsüllemesine izin verir. İlacın dış hücrelerden korunmasının bir sakıncası, artık spesifikliğe sahip olmaması ve biyolojik bir bölgeyi hedefleyebilmek için ekstra antikorlara bağlanmayı gerektirmesidir. Düşük stabiliteleri nedeniyle, ilaç iletimi için lipozom bazlı nanopartiküller kısa bir raf ömrüne sahiptir.
Manyetik nanopartiküller (MNP'ler) kullanan hedefe yönelik terapi de popüler bir araştırma konusudur ve birkaç aşama III klinik denemeye yol açmıştır. Burada invazivlik bir sorun değildir çünkü MNP'lerle etkileşime girmek ve onları yönlendirmek için bir hastanın vücudunun dışından bir manyetik kuvvet uygulanabilir. Bu stratejinin, BBB genelinde nörorehabilitasyonu teşvik ettiği düşünülen doğal olarak oluşan bir gen olan beyinden türetilmiş nörotropik faktörün sağlanmasında başarılı olduğu kanıtlanmıştır .
Nano görüntüleme araçları
Nöronal aktivitenin görselleştirilmesi, sinirbilimde kilit öneme sahiptir. Nano ölçekli çözünürlüğe sahip nano görüntüleme araçları bu alanlarda yardımcı olur. Bu optik görüntüleme araçları, hücrelerdeki nano ölçekli nesneleri görselleştirmeye yardımcı olan PALM ve STORM'dir. Şimdiye kadar, bu görüntüleme araçları, hücrelerin içindeki aktin hücre iskeletinin dinamik davranışını ve organizasyonunu ortaya çıkardı; bu, nöronların nöronal büyüme sırasında ve yaralanmaya yanıt olarak katılımlarını nasıl araştırdıklarını ve aksonal süreçleri nasıl farklılaştırdıklarını ve reseptör kümelemesinin karakterizasyonunu anlamaya yardımcı olacaktır. ve sinapsların nöronal aktivitedeki değişikliklere nasıl tepki verdiğini anlamak için kritik olan sinapsların içindeki plazmada stokiyometri. Bu geçmiş çalışmalar, sinirsel aktivitenin uyarılması veya engellenmesi için cihazlara odaklandı, ancak önemli olan, cihazın aynı anda sinirsel aktiviteyi izleme yeteneğidir. Nano görüntüleme araçlarında iyileştirilmesi gereken en önemli özellik, temel bir sorun olarak ışığın etkili bir şekilde toplanmasıdır, biyolojik dokunun ışığın doğrudan yayılmasına ve kontrolüne izin vermeyen dağıtıcı ortamlar olmasıdır. Bu cihazlar , sondalama ve stimülasyon için nanoneedle ve nanotel kullanır .
Nanoteller
Nanoteller, nöronal kayıtlar için mikroskobik elektrotlar olarak kullanılırlarsa yüksek kaliteli elektrofizyolojik kayıtlar sağlayabilen yapay nano veya mikro boyutlu "iğnelerdir". Nanoteller, yüzeylerine adsorbe edilen biyolojik / kimyasal türlerden etkilenen benzersiz elektronik özellikler sunan son derece işlevsel yapılar oldukları için çekicidir; çoğunlukla iletkenlik. Mevcut kimyasal türlere bağlı olan bu iletkenlik değişimi, gelişmiş algılama performanslarına izin verir. Nanoteller ayrıca non-invaziv ve oldukça yerel problar olarak hareket edebilirler. Nanotellerin bu çok yönlülüğü, akson boyunca temas uzunluğunun (veya bir nanoteli geçen dendrit projeksiyonunun) yaklaşık 20 nm olması nedeniyle nöronlarla arayüz oluşturmak için onu en uygun hale getirir.