Introducere

Introducere

Secolul XXI se confruntacu transformari de anverguraatat in stiintele naturii cat si la nivel social, economic, uman. Societatea tinde spre informatizare si globalizare a schimburilor comerciale datoritadezvoltarii si integrarii pe verticalarespectiv pe orizontalaa proceselor de productie avansate ce inglobeazaultimele inovatii ale stiintei si tehnologiei. Ca orice transformare impactul asupra mediului, dezvoltarii sociale, sanatatii, dezvoltarii demografice respectiv a necesarului de energie este considerabil. Asistam la transformari si crize de neimaginat altadata: reducerea considerabilaa combustibililor fosili, noi tipuri de boli, epidemii care altadataerau necunoscute, transformari ale naturii datoritaincalzirii globale, cresterea accelerataa stresului, modificari drastice in mediu datoritanoxelor si deseurilor, disparitii de specii naturale etc.

Ce solutii avem pentru surse noi de energie si combustibili ecologici? Cum reintegram deseurile? Cum prevenim bolile sau le vindecam pe acelea incurabile? Ce solutii ne ofera stiintele si tehnologiile actuale sau cele de viitor?

Un raspuns actual este dezvoltarea si implementarea nanotehnologiilor la orice scalade dezvoltare a societatii in curs de globalizare.

Nanotehnologie este un termen colectiv pentru dezvoltarile tehnologice la scara nanometrica. In sens larg, nanotehnologia reprezinta orice tehnologie al carei rezultat finit e de ordin nanometric: particule fine, sinteza chimica, microlitografie avansata s.a.m.d. Intr-un sens restrans, nanotehnologia reprezinta orice tehnologie ce se bazeaza pe abilitatea de a construi structuri complexe respectand specificatii la nivel atomic, folosindu-se de sinteza mecanica. Structurile nanometrice nu numai ca sunt foarte mici, ajungandu-se chiar pana la scara atomica, dar ele poseda unele proprietati total deosebite si neasteptate, in comparatie cu aceeasi substanta luata la nivel macroscopic.Nanotehnologia este fabricarea unui produs cu o marime geometrica controlata in care cel putin un component functional are o marime a particulelor mai mica de 100 nanometri (nm). Aceasta permite utilizarea efectelor chimice, fizice sau biologice care nu se produc peste parametrul crucial de 100 nm. Se poate face o diferenta intre nanoparticule sub 100 nm in una, doua sau trei dimensiuni si nanostructuri construite intr-o matrita. Datorita raportului mare suprafata/masa, materialele de dimensiuni nano au proprietati energetice speciale, proprietati care pot fi utilizate pentru o multitudine de efecte imposibil de atins cu produse conventionale.

Prin nanotehnologii s-a realizat o revolutie in utilizarea si formularea substantelor organice insolubile. Se pot produce astfel nanodispersii ale unor substante cu solubilitate scazuta precum biocizi, substante fluorescente, produse farmaceutice, coloranti, arome, produse agrochimice, creme de protectie la actiunea soarelui, polimeri, conservanti, ingredienti alimentari, substante tensioactive, pesticide, inalbitori etc.Nanodispersiile prezinta deseori performante superioare solutiilor, emulsiilor si dispersiilor conventionale de particule. De asemenea, nanodispersiile organice au un avantaj crucial fata de nanoparticulele anorganice: ele nu sunt persistente in mediul inconjurator. Tehnologiile nano au potentialul de a reduce semnificativ cantitatea de solventi organici utilizati in diverse produse, de a extinde timpul de viata al ingredientilor activi, de a accelera descoperirea de noi produse chimice, si de a largi posibilitatea de a proteja prin patente produsele importante.

Nanotehnologia: este un domeniu multidisciplinar care aduce marile realizari stiintifice din fizica, chimie, biologie, matematica si stiinta materialelor spre aplicarea lor la a construi cu atomi si molecule materiale la scalananometricacu inteligentaartificiala, structuri biocompatibile, surse de energie neconventionale, nanoroboti pentru medicina, cipuri cu densitate mare a componentelor si biomateriale autoreplicabile etc. Metoda de constructie de jos in sus este astazi cunoscutaca building from bottom-up. Este domeniul unde structurile biologice (ADN, proteine, oligomeri si bio-oligomeri) sunt arhitecturate cu materiale sintetizate la scalananometricautilizand tehnici combinte din fizica si chimie (microscopia de forte atomice, nanolitografia, fascicule moleculare, nanoelectrochimie, sol-gel) cu cele din genetica; domeniul unde moleculele si polimerii devin dispozitive electronice (electronica moleculara); domeniul unde proprietatile materialelor sunt exploatate la extrem pentru tehnica spatiala; domeniul unde se dezvolta intrega tehnologie a informatiei.

Ramurile nanotehnologiei: nanofabricatie, nanomecanica, nanorobotica, nanocompozite si compozite nanostructurate, nanobiotehnologie, nanomedicina, electronica moleculara, MEMS, NEMS (sisteme micro / nanoelectromecanice), microfluidica, medicamente inteligente, textile inteligente, biosenzori, econanotehnologie.

Aspectele multidisciplinare sunt extem de complexe pentru intelegerea ingineriei acestor sisteme ce acoperaarii extem de largi: nanostructuri, nanoelectronica, microfluidica, senzori biochimici de inaltarezolutie, detectia substantelor chimice si a agentilor biologici nocivi, microsenzori pentru radioactivitate, senzori cu consum redus de putere, aplicatii medicale, investigari noninvazive, biomimetica, secventierea rapidaa ADN-ului, transportul la tintaa medicamentelor, polimeri electronici, nanooptica, tehnici analitice la nivel nanometric, nanoasamblare, nanointegrare, tehnologia informatiei la scalanano-metrica, nanosisteme multifunctionale, bionanointerfete.

Nanobiotehnologie: stiintamultidisciplinaracare aplica instrumentesi procese din nano/microfabricatie pentru a construi dispozitive in vederea studierii biosistemelor, micro-analiza biomoleculelor prin interfatarea unei singure celule, ridicarea profilului metabolismului si biochimismului ei, analiza raspunsului la diferiti analiti; nanoparticule inspirate din biologie; biosenzori, celule de combustie microbiene, noi tipuri de markerietc

Nanomedicina:descrie un set de capabilitati a sistemelor de masini moleculare care pot fi utilizate in diagnostic, tratament si reparari de tesuturi sau organe: dispozitive medicale nanorobotice, abilitatea de a recunoaste, sorta si transporta molecule, autogenerare, comunicare cu medicul, abilitatea de a migra prin tot corpul, de a manipula obiecte microscopice, de a dezafecta celule si virusi, evidentierea genelor responsabile de cancer eventual repararea lor.

Econanotehnologie:nanotehnologia in protectia mediului si a poluarii, epurarea mediului si solutii noi de energie regenerabila, recuperarea si mentinerea biodiversitatii, toxicitatea nanoparticulelor (nanonoxe).Biosenzorii in contextul transdisciplinaritatii stiintelor

De la chemosenzor la biosenzorLumea in care traim este rapid dominatade informatia digitala si de necesitatea de a investiga materia la scaladin ce in ce mai micacu instrumente aparent ultrasofisticate ce pot vedea atomii si moleculele la lucru prin interactia si asamblarea lor pe diferite nivele de organizare. Initial, revolutia digitalaa implicat in principal computere autonome care gradual s-au integrat in retele complexe practic globalizate.

Corpul uman si in general toate fiintele vii si-au dezvoltat, in decursul evolutiei, senzorii specifici care samentinaechilibrul fiziologicsi metabolic in raport cu interactiunea si schimburile cu mediul inconjurator. Din nefericire, modificarile ambientale, societatea din ce in ce mai tehnologizata, implicarea abuziva si nerationalaa omului asupra biosistemelor regulatoare ale naturii a condus la dezechilibre pe care fiintele vii nu si le mai pot regla prin sistemele lor senzoriale proprii. Avem din ce in ce mai mult nevoie de senzori artificiali care safie interfata monitorizarii si schimbarii.

Semnalul de la senzor trece intr-un buffer-amplificator operational cu impedantamare de intrare si protectie. Semnalul este digitizat de catre ADC transformandu-se din analog in digital. In formadigitalapoate fi procesat, stocat, afisat, disponibil spre alte locatii prin reteaua de comunicatii

Astfel senzorii oferaportale dintre lumea reala sau analoagain care traim si lumea digitalaa computerelor si a sistemelor moderne de comunicatie prin care ne racordam spre mediul ambiant. Senzorii fac posibil sase obtinainformatii in timp real despre lucruri pe care le putem vedea, atinge, mirosi si auzi si despre alte lucruri pe care nu le putem detecta lucruri care pot fi nocive sau folositoare pentru noi. Semnalul electronic colectat de la senzor este trecut intr-un circuit unde este digitizat de un convertor analog-digital (ADC). Informatia digitalapoate fi apoi stocatain memorie, reprodusa vizual pe un monitor sau facutaaccesibilalumii reale printr-un port digital decomunicatie.

Un senzor chimic sau biologic functioneazaprin emiterea de semnal (tensiune sau curent electric, fotonic) ca raspuns la o reactie chimica cum ar fi legatura dintre douamolecule. Acest eveniment implicaun receptor chimic sau biologic, R (ligand macrocilic, enzimaanticorp etc) care se leagacu o molecula tinta specificadintr-o probade studiat, analitul, A. Transmiterea semnalului este realizataprin cuplarea cu un traductor, T care interfateazaprocesele din senzor cu unitatea de prelucrare transformare intr-un semnal masurabil.

Biosensor - dispozitiv sensibil la un stimul fizic sau chimic (cum ar fi caldura sau aciditatea, metabolismul) care transmite informatii despre procesele vitale. Biosenzorii seocupacu detectarea semnalelor fiziologice si transformarea lor in semnale tehnice standardizate, de cele mai multe ori electrice, pentru a fi cuantificate din analog in digital.

Biosenzorii si nanotehologiileDezvoltarea impetuoasaa biosenzorilor ca o consecintaa cerintelor din medicina, protectia mediului, securitate alimentaraa impulsionat tehnologiile actuale spre limite si performante nebanuite. Datoritaevolutiilor actuale spre nanotehnologii, biosenzorul isi perfectioneazadefinitia. Actual prinbiosenzor se intelege incorporarea sau integrarea unui element biologic cu un traductor fizic si cu instrumentele si electronica aferenta. Se asteaptaca in urmatorii anii saincludem in definitie termeni ca interfete hibride alcatuite din biocomponente si procesoare moleculare. In mileniul III biosenzorul nu mai poate fi disociat de tehnologiile avansate din optoelectronica, tehnologia siliciului, procesarea de date, electronicamoleculara, tehnologia IT&C.

Nanotehnologia si biosenzorii s-au impulsionat reciproc in dezvoltare. In etapele initiale s-au interferat reciproc prin implementarea unor algoritmi numerici mai puternici si mai complecsi (software) ce s-au realizat in cadrul structurii fizice de calcul numeric existente (hardware). La acestea au concurat progresele tehnologice in termeni de reducere a volumului fizic al componentelor discrete iar ulterior a circuitelor integrate digitale care au continuat cu o integrare si ultraminiaturizare panala nivelul de 1nm. In paralel dezvoltarea in timp a medicinii a urmat, in mare, evolutia incercarilor omului de a se cunoaste mai bine, de a impinge tot mai departe cunostintele in ceea ce priveste mediul in care se dezvolta.

Pentru a realiza aceasta este necesar de alte tipuri de instrumente si dispozitive de dimensiuni nanometrice. Pentru a realiza obiecte macroscopice avem nevoie de miliardede aceste mici dispozitive (ansambleri).

Noile instrumente nanometrice necesitaa fi programabile pentru a realiza un anumit tip de operatie. Se constataimediat cainstrumentele nanotehnologiei au dimensiuni sub acelea ale virusurilor. Cand receptorul contine componente biologice partial sau total integrate pe traductor, atunci orice tip de senzor capatadefinitia de BIOSENZOR - ca un atribut generic.

Scopul biosenzorului este de a produce un semnal electronic analogic sau digital care este proportional cu concentratia unui analit singular sau a unui grup de analiti.

Actual,biosenzorii sunt utilizati in foarte multe domenii cum ar fi medicina, industria chimica, alimentara, farmaceutica, tehnicamilitara si de aceea este necesaracunoasterea principiilor de constructie si functionarea lor. Domeniul in care aceste dispozitive si-au gasit o largautilizare fiind cel medical, se impune cunoasterea mecanismelor de reactie si a afinitatii enzimelorsi microorganismelor pentru diferite substraturi de interes.

Cercetarile actuale au ca scop miniaturizarea de a crea arii de senzori, structuri integrate, laboratoare de analizape un singur cip, cresterea sensibilitatii si a timpului de viata, scaderea timpului de raspuns, largirea plajei de utilizare si scaderea costurilor de fabricatie a acestor dispozitive.

Biodiagnostic si nanomedicina

Astazi vorbim despre platforme de diagnostic, imagisticamoleculara si diagnostic molecular, caracterizarea proceselor si structurilor biologice. Toate acestea au la baza fundametarea si dezvoltarea biosenzorilor. Faraei nu am putea astazi sadezvoltam domenii ca: sisteme de detectie si identificare, recunoastere moleculara, nanoparticule functionalizate cu sisteme biologice, arii de senzori cu inaltasensibilitate si raspuns rapid, imagisticacu microscopia de baleiaj prin forte atomice - SPM (scanning probe microscopy) a structurilor biologice, detectia intracelularaa biomoleculelor, ingineria nanobio-interfetelor.

Dupacum se observa,ne apropiem de punctul unde detectia unei singure molecule, determinarea in vivo cu precizie a proprietatilor biologice si a interactiunilor specifice va fi posibila.

Astazi discutam si elaboram concepte despre:

1. Platforme de diagnostic: arii de biosenzori incluzand acelea de a utiliza nanoparticule imobilizate si metode de identificare rapidacu cantitati minimale de probe de material.

2. Diagnostic imagistic la nivel molecular:utilizarea nanoparticulelor ca solutie alternativade diagnostic in timp real a analizei intracelulare, imagistica medicalacu nanoparticule. (Un capitol special in lucrare va fi acordat punctelor cuantice fluorescente ca elemente de identificare si analiza).

3. Caracterizarea structurilor si a proceselor biologice:utilizarea de instrumente cum ar fi SPM - cu sondananometricapentru investigarea in situ a interactiilor biomoleculare si de aici imbunatatirea, perfectionarea intelegerii dinamicii celulare si a ciclurilor de viata.

4. Senzori:detectia in timp real de biomolecule sau organisme cu aplicatii pentru dispozitive de diagnostic fie la distantafie in sistem ambulatoriu.EFECTE POZITIVEDe la nanoparticule la nanomedicamente

Nanoparticule:

(a) nanosfere;

(b) nanocapsule.

Nanoparticulele, care se obtin prin polimerizarea unor monomeri sau direct din structuri (matrite) polimerice prelucrate, prezinta urmatoarele avantaje: preparare relativ simpla; asigura protectia principiilor active la degradarea chimica si enzimatica; limiteaza efectele secundare ale substantelor active; asigura transportul si eliberarea la tinta, prin matrita biodegradabila. Dezavantajele nanoparticulelor constau in costurile mari ale tehnologiei (echipamente, materii prime) si in toxicitatea unor substante auxiliare. Nanoparticulele se administreaza mai ales pe cale parenterala (antibiotice, citostatice), dar si p.o. (peptide, proteine, vaccinuri) sau la nivel ocular (antiinflamatoare, beta-blocante, imunosupresoare).

Cercetarile privind transportul si eliberarea la tinta cu ajutorul nanoparticulelor sunt de mare importanta in nanotehnologia farmaceutica. Medicamentele administrate pe cale orala, sau injectabila, nu sunt neaparat cele mai eficiente formulari pentru o anumita substanta activa. De exemplu, peptidele, proteinele si acizii nucleici necesita noi tehnologii de transport pentru optimizarea eficacitatii, reducerea efectelor secundare si cresterea compliantei.

Avand o suprafata foarte mare raportata la volumul lor, nanoparticulele prezinta o biodisponibilitate crescuta, asigura eliberarea controlata a substantei active si permit vectorizarea la nivel intracelular si molecular. Datorita dimensiunilor extrem de mici, vectorii de tip nanoparticule traverseaza cu usurinta barierele biologice (bariera hematoencefalica, caile pulmonare, jonctiunile epiteliale dense de la nivel cutanat), care in mod normal impiedica transportul substantei active la locul de actiune.

Fata de formularile clasice, nanomedicamentele au numeroase avantaje: protectia mai buna la degradarea indusa de mediul biologic, biodisponibilitate crescuta, actiune la nivelul unui anumit tesut, penetrare intracelulara. Astfel, prin aplicarea nanotehnologiei farmaceutice, se creste eficacitatea, specificitatea, tolerabilitatea si indicele terapeutic al substantelor active.Pentru prevenirea infectiilor cutanate, din cauza agresiunilor la nivelul pielii (arsuri, ulceratii, diverse rani), in prezent este cercetata posibilitatea utilizarii asa-numitelor "bandaje inteligente" care contin nanocapsule cu antibiotic si un colorant sensibil la toxinele bacteriene. Astfel, nanocapsulele elibereaza antibioticul doar in contact cu aceste toxine, iar bandajul incepe sa se coloreze avertizand asupra infectiei locale. Eliberarea controlata a antibioticului determina limitarea riscului aparitiei unor bacterii rezistente la antibiotice, cum ar fi, de exemplu, stafilococul auriu rezistent la meticilina (MRSA - Methicillin-resistant Staphylococcus aureus).

Bandaje inteligente, care conin nanocapsule cu antibiotic i colorant sensibil la toxinele bacteriene.

Stampilele cu nanoparticule, asemanatoare celor cu cerneala UV pusa in cluburile de noapte, ar putea sa vindece ranile pielii mult mai rapid. Desi argintaria a fost purtata de-a lungul timpului pentru a demonstra apartenenta la un anumit statut social, calitatile vindecatoare ale acestuia erau cunoscute inca din epoca romana.

Stiinta moderna intelege efectele vindecatoare ale argintului si incearca sa utilizeze calitatile antibacteriene ale acestuia pentru a cicatriza ranile. Totodata, cercetatorii incearca sa gaseasca doza necesara pentru acest tratament, deoarece in concetratii mari, argintul poate fi chiar toxic.

O echipa de cercetatori de la Universitatea din Wisconsin-Madison a gasit o modalitate de a aplica nanoparticulele de argint pe piele, intr-un strat de doar cateva molecule grosime. Invelisul de electroliti multistratificat, amestecat cu nanoparticule micrometrice de argint, a fost asamblat pe cauciucul unei stampile. Aceasta a fost apoi a fost aplicata pe suprafata ranii si i-a fost testata eficienta.

Doze mici din bacterii precumStaphylococcus epidermidissiPseudomonas aeruginosa, au fost aplicate in zona in care au actionat nanoparticulele de argint. Dupa 12 ore de la aplicarea bacteriilor, aproximativ 99.99% dintre acestea au fost omorate, iar dupa 48 de ore efectul de protectie impotriva microorganismelor era inca vizibil.

In viitor, cei care ajung la Urgente pentru a i se coase o rana ar putea pleca acasa mai degraba cu un urma de plastic impregnata cu nanoparticule de argint a unei stampile vindecatoare.Nanoparticulele, mai tari decat antibioticele

Cel mai mare producator de servicii pentru calculatoare, IBM Corp., a dezvoltat o tehnologie care cauta si distruge anumiti microbi din organism ce nu raspund la medicamete.

Inginerii de la IBM au creat nanoparticule de 50.000 de ori mai mici decat grosimea unui fir de par ce au capacitatea de a distruge peretii celulelor rezistente la medicamente. Structurile celulelor se vor degrada fara a lasa reziduuri.

Cand un antibiotic este administrat si ataca o colonie de bacterii, o mica parte din acestea supravietuiesc si devin imune la medicamente, astfel la o viitoare administrare de substante, acestea nu isi vor mai face efectul dorit.Acesti microbi rezistenti la antibiotice omoara anual 100.000 de pacienti in Statele Unite,ca urmarea a infectiilor intraspitalicesti.

Nanoparticulele IBM, ce sunt facute din plastic biodegradabil, au fost proiectate cu o sarcina electrica ce atrage bacteriile ce au o incarcatura electrica opusa. Testele de laborator au confirmat faptul ca aceasta tehnologie are capacitatea de a distruge celulele. Testele efectuate pe soareci arata ca nu au efecte secundare.

Tehnica a fost dezvoltata de catre IBM, sub indrumarea lui James Hedrick, care a colaborat cu oamenii de stiinta de la Institutul de Bioinginerie si Nanotehnologie din Singapore. Cercetatorii vizeaza in mod special Staphylococcus aureus(MRSA), o tulpina care circula pe scara larga de bacterii rezistente la medicamente.

IBM se afla in discutii cu marile companii farmaceutice, dorind sa testeze aceste nanoparticule in randul oamenilor.

"Particulele sunt atat de concentrate pe obiectivul lor incat evita complet deteriorarea celulelor rosii din sange in care se gasesc microbii", declara Hedrick.

Aproximativ 9 milioane de copii mor la nivel global de infectii respiratorii si diaree, multe de la agenti patogeni imuni la medicamente, a afirmat Raviglione de la Organizatia Mondiala a Sanatatii. Tehnologia IBM ar putea duce la salvarea a foarte multe vieti.

Nanoterapia antitumoralaCercetarile de ultima ora au in vedere acoperirea (functionalizarea) suprafetei unei nanocapsule cu situsuri de legare specifice pentru markerii de pe suprafata celulelor tumorale. In acest fel, dupa injectare, nanocapsula "programata" se fixeaza in tesutul tumoral si elibereaza citostaticul.

In scopul tintirii celulelor tumorale si reducerii efectelor adverse ale chimioterapiei, nanosfere de aur, cu dimensiuni subcelulare, au fost acoperite cu paclitaxel. Cercetarile au evidentiat eficacitatea sporita a medicamentului, prin cresterea specificitatii de legare a substantei active de microtubuli, cu blocarea diviziunii celulare.

Nanoparticulele biodegradabile, viitorul sistemelor terapeutice vectorizate.

Nanocapsul programat pentru transportul i eliberarea citostaticelor n esutul tumoral.

Pentru transportul vectorizat, nanoterapia antitumorala are in vedere si utilizarea sistemelor conjugate nanoparticule - aptameri. Aptamerii sunt liganzi specifici pentru acizi nucleici si peptide, care permit tintirea si eliberarea controlata a citostaticelor la nivelul masei tumorale. Primele cercetari cu rezultate incurajatoare au fost efectuate pe culturi celulare de cancer prostatic.

Aparitia unor noi substante de contrast, markeri pentru diagnosticul tumoral, care au la baza formulari de tip nanoparticule, a condus la cresterea sensibilitatii si specificitatii detectiei in vivo a carcinoamelor, contribuind la imbunatatirea tehnicilor de imagistica medicala de inalta rezolutie, noninvazive la nivel celular si molecular: ecografie (US - Ultrasonography), tomografie computerizata (CT - Computed Tomography), imagistica prin rezonanta magnetica nucleara (MRI - Magnetic Resonance Imaging), imagistica optica (OI - Optical Imaging), tomografie cu emisie de pozitroni (PET - Positron Emission Tomography).

Nanoimagistica are o contributie importanta la detectarea precoce a tumorilor. Aceasta tehnologie reprezinta viitorul in diagnosticarea cancerului. In prezent, tehnicile imagistice au o rezolutie maxima de 1 mm; cu ajutorul nanoparticulelor, rezolutia poate creste de cel putin 10 ori.

Nanoparticulele sunt capabile sa traverseze bariera hematoencefalica si sa se acumuleze in tumorile cerebrale, fara a determina leziuni la nivel local. Prin injectarea in patul vascular a unor nanoparticule fluorescente, s-a obtinut "iluminarea" unor tumori cerebrale la soarece. Pentru "tintirea" celulelor tumorale a fost utilizata clorotoxina, o peptida cu masa moleculara mica, izolata din veninul de scorpion. Metoda are si aplicatii terapeutice, pornind de la constatarea ca in combinatie cu nanoparticulele clorotoxina a limitat drastic raspandirea tumorii.

Tumorile cerebrale sunt foarte invazive, afectand si tesuturile inconjuratoare, fara o delimitare clara intre tesutul cerebral normal si cel afectat. Astfel, prin imbunatatirea contrastului, nanoparticulele permit chirurgilor sa vizualizeze mult mai bine limitele tumorii.

Nanoprotectia neuronala

Terapia bolii Parkinson, a depresiei nervoase i a epilepsiei, la interfaa dintre nanotehnologie i bionic:

Sistem antitumoral paclitaxel nanosfere de aur.

(a) nanostrat de acoperire a mplanturilor cerebrale;

(b) interfa neuronal artificial.

Neuroprotectia este un alt domeniu de varf al nanotehnologiei farmaceutice, care vizeaza prevenirea sau incetinirea disparitiei neuronilor, prin actiunea medicamentului vectorizat la nivelul mecanismelor celulare si moleculare implicate in moartea neuronala. Pentru un beneficiu terapeutic maxim, strategiile terapeutice trebuie aplicate inca din fazele incipiente ale starii neurodegenerative (de exemplu, in bolile Alzheimer, Parkinson, Huntington).Nanovaccinuri

Prin faptul ca induc raspuns imun atat umoral, cat si mediat celular, nanovaccinurile sunt mult mai eficiente decat vaccinurile conventionale. De asemenea, complianta este mult mai buna in primul caz, deoarece nanovaccinurile pot fi aplicate si sub forma de picaturi nazale. Noile tehnologii de preparare, aflate inca in stadiu experimental, permit reducerea timpului de cultivare a tulpinilor virale de la 60 la 28 de zile, aspect extrem de important daca se au in vedere pandemiile de gripa.

In Canada, cercetarile preclinice au condus la obtinerea unui nanovaccin impotriva diabetului zaharat de tip 1. La soarecii de laborator, nanovaccinul a restabilit nivelul normal al glicemiei prin eliminarea celulelor T hiper-reactive, responsabile de distrugerea autoimuna a celulelor beta-pancreatice. Vaccinurile pe baza de nanoemulsii cu administrare intranazala s-au dovedit netoxice si eficiente contra virusurilor gripal, al hepatitei B, HIV, variolei.

Nanoparticule si celule stem impotriva aterosclerozeiO noua tehnica de "reintinerire" a arterelor prin intermediul unei combinatii de nanoparticule cu celule stem a fost prezentata in decursul unei sesiuni stiintifice a American Heart Association.

In cadrul studiului realizat de o echipa de cercetatori rusi,nanoparticulele (cu diametrul mai mic de 80 nanometri, adica miliardimi de metru) au fost injectate in inima unor porci, combinate cu celule stem adulte. Dupa ce au fost incalzite de lumina laser, nanoparticulele au demonstrat ca pot "arde" placile aterosclerotice prezente. "Aceasta abordarea inovatoare ar putea fi utilizata la om pentru restabilirea fluxului sanguin in regim de urgenta", a explicat Alexandr Kharlamov, director al Departamentului de Medicina interna si regenerativa al Academiei de Medicina din Ekaterinburg, Rusia. "Biofotonica, bazata pe lumina, plasmonica, pe plasme,celulele stemsi nanotehnologia vor putea furniza intr-o zi un tratament complet nou pentru reducerea formarii placilor in artere", a mai adaugat specialistul.

Nanochirurgie laser: operatii cu cicatrici de numai 0,0003 mmInterventiile chirurgicale se vor putea face, peste cativa ani, cu incizii mai mici decat varful unui ac. Cercetatorii din Barcelona pun la punct o tehnologie revolutionara care le-ar oferi mai multe avantaje pacientilor, intre care un numar mult mai mic de zile de spitalizare si cicatrici invizibile.

Riscurile la care se supun pacientii care ajung la bisturiu, dar si lungile perioade de recuperare in urma interventiilor chirurgicale ar putea fi de domeniul trecutului, peste nu mai putin de 10, cel mult 20 de ani. Cercetatorii de la Institutul de Stiinte Fotonice din Barcelona lucreaza la o tehnologie care ar putea schimba radical medicina. Cu ajutorul unor microscoape de ultima generatie si al undelor laser, au reusit sa faca operatii cu taieturi de numai 0,0003 mm, deocamdata pe viermi, dar sistemul lor va putea fi aplicat si in cazul oamenilor, in viitorul apropiat.

Metoda cercetatorilor spanioli ar fi de doua mii de ori mai performanta decat laparoscopia, care presupune incizii abdominale de dimensiuni intre 0,5 si 1,5 cm, de cele mai multe ori. Noul sistem le-ar permite medicilor sa faca taieturi mult mai fine si sa arda doar anumite parti ale celulelor bolnave, fapt care ar duce la diminuarea suferintei bolnavilor operati. Interventiile de acest tip sunt facute deocamdata ca experiment de oamenii de stiinta.

Echipa profesorului Pablo Loza-Alvarez studiaza, in paralel, cu ajutorul nanochirurgiei laser, si felul in care neuronii se pot regenera, experimente care ar putea duce la un nou tratament pentru bolnavii care sufera de Alzheimer.

Colegii lui de la Institutul de Stiinte Fotonice din Barcelona folosesc laserele si in alte proiecte cu aplicatii in medicina, in incercarea de a vedea cum poate fi folosita lumina pentru diagnostiarea unor boli, pentru tratarea lor sau pentru obtinerea de imagini clare ale diferitelor parti ale organismului uman. Ei cerceteaza insa si felul in care laserele pot fi utilizate in alte domenii, ca de exemplu in industie, la crearea unui ecran 3D pentru telefonul mobil, sau a unui ecran transparent pe care sa fie afisate texte, harti sau imagini. Un alt grup de cercetatori lucreaza la crearea de celule solare transparente si usoare, care sa poata fi aplicate pe geam.Inca de domeniul fantasticului, conceptul de "chirurgie intracelulara" se bazeaza in intregime pe nanotehnologie. Astfel, "nanodoctorii" (nanorobotii) pot identifica structurile intracelulare si caile de semnalizare moleculara, interventia lor avand un grad extrem de ridicat de specificitate: prevenirea degradarii si repararea ADN, eliminarea proteinelor denaturate, stimularea activitatii lizozomale, tratarea anevrismelor cerebrale etc.

Cancerul ar putea fi vindecat cu nanomagneti

O echipa de cercetatori italieni de la Universitatea Cagliari studiaza o metoda de a ucide celulele tumorale cu ajutorul nanomagnetilor, dupa un principiu inspirat de cuptorul cu microunde.

Utilizarea particulelor magnetice pentru vehicularea medicamentelor direct in celulele bolnave si ghidarea direct in tumora, "constrangandu-le" apoi sa oscileze sub controlul unui camp magnetic variabil, pentru a incalzi celulele bolnave la fel cum face un cuptor cu microunde cu moleculele de apa continute in alimente. Asta deoarece, cred oamenii de stiinta, celulele conceroase pot fi distruse daca sunt "coapte" la o temperatura de 42,5 grade centigrade timp de aproximativ o jumatate de ora.

Pentru a ajunge in locul dorit, particulele trebuie insa sa fie inglobate in lipozomi, microsfere formate din straturi lipidice duble (motiv pentru care sunt numite "magneto-lipozomi"), capabile sa treaca bariera celulelor. In plus ele trebuie sa aiba un diametru de circa 20 nanometri intrucat dimensiuni mai mari ar putea obstructiona vasele sanguine, in vreme ce particule de dimensiuni mai mici ar fi mancate de celulele macrofage ale organismului, cele insarcinate cu eliminarea corpurilor straine."Particulele magnetice pot fi utilizate ca agenti de contrast in rezonanta magnetica nucleara pentru a creste asadar contrastul imaginii, permitand o mai buna evidentiere atumorei. Gratie rezolutiei la scara celulara, perfectionarea ulterioara a tehnicii rezonantei va permite identificarea unei tumori cand aceasta s-a dezvoltat la un nivel de doar cateva celule, lucru imposibil cutehnicile de diagnostic actuale", a explicat Lascialfari.

Si nu numai atat. In ceea ce priveste terapia, pe parcursul experimentelor, particulele magnetice au fost utilizate si in tehnica de hipertermie magnetica. "Celulele canceroase, fiind mult mai sensibile la caldura decat cele sanatoase, sunt distruse atunci cand se atinge o tenperatura locala intre 42 si 47 C. Cercetarile au dus la controlarea caldurii transferate celulelor canceroase si masurarea, deocamdata doar in vitro, a temperaturii din interiorul lor".Apa potabila, obtinuta folosind nanoparticule de argint

Folosind nanoparticule de argint, cercetatorii de la Universitatea McGill din Canada au reusit sa produca apa potabila intr-un mod ieftin si simplu, descoperire ce ar putea veni de folos comunitatilor care nu au acces la apa curata in intreaga lume, potrivit "Earth Times".

Cercetatorii au folosit un filtru din hartie poroasa absorbanta, acoperit cu nanoparticule de argint, luand modelul grecilor si romanilor, care isi pastrau apa curata in vase argintate.

Nanoparticulele de argint sunt foarte eficiente in eliminarea bacteriilor si reusesc sa produca o apa care se incadreaza in standardele Agentiei de Protectie a Mediului.EFECTE NEGATIVE

La ora actuala, nu mai este un secret faptul ca vaccinarea impotriva gripei porcine este un real pericol pentru sanatatea noastra. Se stie ca vaccinurile folosite nu au fost suficient testate si de aceea administrarea lor nu poate fi considerata sigura. Autoritatile au incercat sa ascunda adevarul asupra posibilelor efecte secundare ale substantelor aflate in componenta vaccinurilor impotriva gripei porcine: adjuvanti toxici noi care contin anumite substante (thimerosal, hidroxidul de aluminiu, squalena, substante uleioase) care, conform studiilor realizate, pot provoca autism, sindrom de atentie deficitara, scleroza multipla, deficiente de vorbire si limbaj, probleme motorii si paralizie, alergii, soc anafilactic, boli autoimune si infertilitate.De cativa ani, datorita avantajelor aparente ale introducerii nanoparticulelor in vaccinuri, cel mai vehiculat dintre acestea fiind faptul ca le face mai puternice, producatorii de vaccinuri urmaresc punerea in practica a acestei noi tehnologii.Avantajele introducerii nonoparticulelor in vaccinuri nu compenseaza imensele dezavantaje: grave probleme de sanatate, chiar moartea.

Introducerea de nanoparticule in vaccinuri face sa creasca foarte mult eficienta acestora, reducand totodata efectele adverse si scazand in acelasi timp si pretul fata de cel al vaccinurilor fabricate prin vechea tehnologie. Nanoparticulele au dimensiuni in jur de 25 de nanometri si datorita dimensiunilor reduse, patrund foarte usor in celule si se raspandesc in intregul organism. Raspunsul sistemului imunitar este extrem de puternic si de rapid dupa injectarea vaccinurilor cu nanoparticule. Toate aceste avantaje nu mai au insa nicio valoare tinand cont de alte consecinte ale introducerii acestor nanoparticule in organism: poate surveni chiar moartea sau unele probleme de sanatate ireparabile.In urma scandalului ce implica utilizarea azbestului s-a constatat ca particulele avand dimensiuni de ordinul unei milionimi de metru penetreaza celulele si le distrug. Nanoparticulele au dimensiuni mult mai mici decat particulele de azbest si ele pot trece nedetectate de sistemul imunitar. Din cauza ca sunt atat de mici, odata ce au fost introduse in organism, nanoparticulele ajung in celule, strapungand membrana acestora, intervenind in unele mecanisme celulare si distrugand continuu celulele. Dupa ce incep sa interactioneze cu structura celulara a corpului, ele nu mai pot fi indepartate. Medicina moderna numeste in mod eufemistic fenomenul ca fiind o reactie infectioasa continua.S-a ajuns la concluzia ca nanoparticule de cobalt-crom (folosit la producerea de capete de femur pentru proteze de bazin) pot distruge celulele fibroblastului uman (tesut conjunctiv) printr-un perete protector, fara a trece prin el. Ele genereaza in peretele protector formarea unor molecule care se transmit apoi in celulele tesutului din spatele peretelui protector. Cantitatea de ADN modificat in celulele din spatele barierei protectoare a fost la fel de mare ca si cea din celulele expuse direct actiunii nanoparticulelor.

Concluzii

Astazi, mai mult ca oricand, este valabil pentru oricine dictonul lui Seneca: "Uneori, chiar si sa traiesti este un act de curaj".

Nanotehnologia este un domeniu multidisciplinar de avangarda in stiinta si tehnologie, care a parcurs foarte repede drumul de la ipoteza stiintifica la aplicatii practice uzuale. Utilizata initial in domenii extremde pretentioase precum fizica moleculara si industria electronica, nanotehnologia a patruns astazi tot mai mult in domenii precum cosmetica, medicina sau agricultura. Nanotehnologia se refera la toate tehnicile si metodele de a controla materia la nivel atomic si molecular, pentru a realiza noi materiale (compuse din asa-numitele nanoparticule) si chiar dispozitive cu o dimensiune mai mica de10-7(100 nm). Dimensiunile acestora sunt de 50. 000 de ori mai mici decat grosimea firului de par, ceea ce face ca ele sa poata patrunde oriunde, chiar si prin membrana unei celule. Uriasele sume alocate cercetarilor din acest domeniu, de ordinul a miliarde de dolari, nu sunt insa utilizate si pentru a evalua riscurile la care este expusa fiinta umana, odata ce aceste nanoparticule patrund in trupul ei.

Un pericol tot mai prezent in cosmetice si in produsele alimentare

Cu toate acestea, cei implicati in domeniul nanotehnologiei spun ca este prematur sa se pronunte asupra gradului in care astfel de materiale pot dauna mediului sau fiintelor umane. Interesele lor sunt insa in principal financiare. Se estimeaza ca pana in 2014, produsele bazate pe nanotehnologie trebuie sa reprezinte 15% din productia mondiala totala.In prezent, ele au patruns deja in productia de cosmetice. Mai ales cremele miraculoase care promit femeilor refacerea ridurilor si intinerirea pielii contin din ce in ce mai multa nanotehnologie. Odata absorbite in piele, nanoparticulele patrund la nivel celular pana la nivelul nucleului, unde forteaza procesele naturale de regenerare, ducand pe termen lung la o imbatranire mai rapida a pielii si chiar la modificarea ADN-ului.Conform unui raport realizat de Earth Australia si intitulat Din laborator direct pe masa noastra nanotehnologia in alimentatie si agricultura exista in prezent un numar de peste 104 de produse alimentare ce contin nano-ingrediente, de la produse dietetice sau pentru slabit (asa numitele milk-shake-uri sarace in calorii), uleiuri rafinate pentru gatit, aditivi alimentari folositi in industria de procesare a carnii sipana la produse lactate si de brutarie. Aceste produse sunt la fel de periculoase ca si alimentele modificate genetic. Desi suntem asaltati de reclamele unor astfel de produse, ni se ascunde potentialul pericol pe care ele il reprezinta prentru sanatate.

Nanoparticule si modificari genetice

Organizatii din Australia, Europa si SUA au publicat un raport sub titlul "Out of the laboratory and on the our plates: Nanotechnology in Food & Agriculture" (Din laborator pe farfuriile noastre: Nanotehnologia in alimente si agricultura). Se gasesc aici explicate in detaliu amenintarile nanotehnologiei asupra noastra, necunoasterea suficienta a efectelor lor negative, dar si incapacitatea alegerii corecte a produselor de catre consumator.Nanoparticulele sunt obtinute prin nanotehnologii din materiale modificate la nivel atomic sau molecular. Ele au proprietati unice, cu un comportament diferit fata de materialele conventionale.Jelle Chaillal a depus petitia nr. 0658/2006 la Comisia pentru petitii din cadrul Parlamentului European, prin care atragea atentia asupra efectelor daunatoare ale produselor cosmetice in care se gasesc nanoparticule. Raspunsul comisiei, primit la data de 5 mai 2007, a fost ca "autoritatile publice se retin de la solutionarea aspectelor de risc ale nanotehnologiei in produsele cosmetice, ca urmare a presiunii exercitate de lobby-ul industrial si financiar".In incheiere, comisia subliniaza ca reglementarea vizand produsele cosmetice plasate pe piata UE se bazeaza pe conceptul de "siguranta necompromisa". Aceasta inseamna ca nici un risc de sanatate nu este acceptat in favoarea unor potentiale beneficii. In cazul in care dovezile stiintifice demonstreaza ca nanoparticulele prezinta un risc pentru sanatatea umana, utilizarea acestora nu va fi acceptata in produsele cosmetice, urmand sa fie intreprinse toate actiunile necesare in acest sens.PAGE 15