Nanoparticule de aur pentru dezvoltarea unor metode clinice de diagnosticare

Introducere

Nanodiagnosticarea poate fi definit ca utilizarea de nano-materiale cu dimensiuni, dispozitive sau sisteme pentru scopuri de diagnosticare.

Testele biologice care masoara prezența sau activitatea de analiți selectate devin mai rapide, mai sensibili și mai flexibile atunci când particulele nanometrice sunt puse să lucreze ca tag-uri sau etichete

Nanoparticulele au zone mari de suprafață și proprietăți fizico-chimice unice, care pot fi ușor reglate, ceea ce le face candidați ideali pentru dezvoltarea de platforme biomarkeri.

Nanoparticulele de aur sunt definite in general ca si particule avand dimensiuni intre 1- 100 nm, de obicei fiind suspendate intr-un fluid (aur coloidal).

Cunoscuta ca si nanogold, suspensia de aur coloidal prezinta de obicei culoarea rosu burgund (pentru nanoparticule de aur sferice mai mici de 100 nm), sau o culoare galben-brun (pentru nanoparticule mai mari)- Aurul coloidal se foloseste in chirurgie pentru repararea vaselor distruse, nervi, oase si membrane. Se mai foloseste si in tratarea a diferite forme de cancer. Injectarea de mici alice de aur ajuta la retragerea cancerului la prostata. Femeile atinse de cancerul ovarian sunt tratate cu aur coloidal si lasere cu vapori de aur pentru anihilarea celulelor bolnave  si fara a le afecta pe cele sanatoase.

Dimensiunea NP joacă un indispensabi rol în domeniu nanaobiotehnologie care le face potrivite pentru toate aplicațiile biologice.

În ultimul timp, nanoparticulele de aur sunt intens studiate datorită proprietăţilor optice care dau un mare potenţial de aplicare în biomedicina

Absorbtia si imprastierea plasmonica a nanoparticulelor de aur:

Datorita dimensiunii reduse la scala nanometrica,

nanoparticulele de metal nobil (NPs) prezinta proprietati fizice si chimice foarte interesante.

Cel mai interesant fenomen intalnit la aceste nanoparticule sunt rezonantle electromagnetice datorate oscilatiei colective a electronilor din banda de conductie, induse de catre campul electromagnetic (ex. laser), numite rezonante plasmonice.

Aceste rezonante plasmonice sunt responsabile de o puternica absorbtie si imprastiere selectiva a luminii de catre nanoparticule

Diagnosticarea cancerului si HIV/AIDS ului

Cercetătorii britanici au pus la punct un test bazat pe nanoparticule din aur care permite depistarea cu ochiul liber a primelor stadii ale unei maladii sau ale unei infecţii, precum cancerul sau HIV

Acest detector, alcătuit din particule infime din aur, depuse pe o bază din plastic, permite analizarea serului conţinut în sângele pacientului.

Dacă acest ser conţine markerii biologici distinctivi ai unei boli, precum p24, asociat infectării cu virusul care declanşează SIDA, şi antigenul prostatic specific (PSA) ce serveşte diagnosticării cancerului de prostată, nanoparticulele din aur reacţionează, oferind o nuanţă albastră caracteristică acestei soluţii ce este analizată de detector.

În absenţa acestor markeri, particulele se separă, pentru a forma bule de mici dimensiuni, care oferă soluţiei o coloratură roşcată.

Depistarea cancerului de plămăni

Metodele conventionale de diagnostic pentru cancerul pulmonar sunt improprii deoarece acestea sunt scumpe și, ocazional, nu detecteaza tumorul.

Cromatografia de gaze / spectrometrie de masă de studii au arătat că mai multe compuși organici volatili, care în mod normal apar la niveluri de 1-20 ppb(parti per billioane) în respirație umană sănătoasă, sunt crescute la niveluri cuprinse între 10 și 100 ppb în pacienti cu cancer pulmonar.

serie de senzori bazate pe nanoparticule de aur poate distinge rapid suflarea pacientilor cu cancer pulmonar de suflarea persoanelor sănătoase într-o atmosferă de umiditate ridicată.

În combinație cu microextractia pe fază solidă, cromatografia de gaze / spectrometrie de masă a fost utilizat pentru a identifica 42 compusi organici volatili, care reprezintă biomarkeri de cancer pulmonar.Patru dintre acestea au fost folosite pentru a instrui și de a optimiza senzori, demonstrând buna concordanta intre probele de respiratie simulate si pacienti.

Rezultatele noastre arată că senzorii bazat pe nanoparticule de aur ar putea constitui baza unui instrument de diagnosticare ieftin si non-invaziv pentru cancerul pulmonar.

Aplicatii ale nanoparticulelor de aur plasmonice in senzoristica, imagistica

Benzile SPR intense ale nanoparticulelor metalice au permis implementarea acestora in numeroase domenii.

De exemplu, senzitivitatea benzilor SPR la mediul local din vecinatatea particulelor a determinat aplicabilitatea aestor nanoparticule metalice ca senzori colorimetrici pentru o serie de analiti cum sunt ADN-ul, ioni ai metalelor, anticorpi, biomolecule sau alte bioconjugate .

Cu toate ca a fost mai putin exploatata decat probele colorimetrice bazate pe raspunsul plasmonic al NPs descrise mai sus, biosenzoristica bazata pe proprietatile de imprastiere

ale nanoparticulelor plasmonice este privita ca si o metoda de analiza potential mai puternica.

Un tip de tehnica ce exploateaza proprietatile optice de imprastiere ale nanoparticulelor de metal nobil este microscopia optica in camp intunecat.

Permitand vizualizarea nanoparticulelor individuale, microscopia in camp intunecat a fost folosita extensiv in imagistica si detectia nanoparticulelor de aur in interiorul celulelor vi.

Tratamente promitatoare

Oamenii de stiinta dau o noua interpretare unui tratament al cancerului care era folosit in antichitate.

Este terapia prin caldura, care primeste o noua abordare cu ajutorul particulelor microscopice de aur.

Tratamentele de cancer de obicei folosesec medicamente puternice si radiatii. Dar incalzirea tumorii, hipertermia, poate fi de asemenea parte a terapiei.

Hipertermia este primul tratament cunoscut pentru cancerul de san. Idea este ca pe masura ce ridici temperatura, induci un soc de caldura in celule, iar asta le

face mai susceptibile sa fie afectate de chemoterapie si radiatie.

Problema in utilizarea caldurii impotriva cancerului este ca poate distruge tesutul inconjurator sanatos.

Nanoparticulele de aur au abilitatea de a fi activate de laseri de infrarosu apropiat, astfel ca pot fi incalzite destul de repede.

Nanoparticulele calatoresc acolo unde este nevoie, la cancer, astfel ca tesutul sanatos nu este incalzit.

Acele nanoparticule de aur de fapt se acumuleaza in vasele de sange sparte din tumoare, iar apoi laserul poate fi folosit local pentru a incalzi doar acea zona.

In studiul facut, tumoarea a fost incalzita la 42 de grade pentru 20 de minute. Tinta au fost celule originare de cancer de san, celule din care cancerul poate creste si

metaboliza si care tind sa reziste la tratamentele cu medicamente si radiatii. Testele conduse pe soarecii de laborator sugereaza ca tratamentele cu caldura pot fi un mod

eficient de amplificare a radiatiei sau chemoterapiei pentru pacienti cu unele tipuri de tumori, incluzand cancerul de san.

Bibliografie:

Gang Peng, Ulrike Tisch, Nature Nanotechnology 4, 669 - 673 (2009)  Pedro Baptista & Eulália Pereira & Peter Eaton, Anal Bioanal Chem (2008) 391:943–950 Anil Kumar, BhargaviMazinder Boruah,, Journal of Nanomaterials, Volume 2011,17 pages ,(2011) R.G. Rayavarapu, W. Petersen, C. Ungureanu, International Journal of Biomediacal imaging, 2007,

Article ID 29817. N. L. Rosi and C. A. Mirkin, “Nanostructures in biodiagnostics,” Chemical Reviews,

vol. 105, no. 4, pp. 1547–1562, 2005.