NANOTECHNOLOGIA W DIAGNOSTYCE I TERAPII NOWOTWORÓW 

 

1.

 

Molekularne biomarkery we wczesnej diagnostyce raka 
Oparte na: 

 

DNA – powstały na skutek np. mutacji punktowych, niestabilności mikrozygot i. in. 

 

RNA 

 

Białkach – np.antygen prostaty PSA, alfa – feroproteina AFP; 

 Cechy dobrego markera: 

 

dokładność i specyficzność – powinien rozróżniać przypadki chorobwe i zdrowe, być 
skierowanym na konkretne kom. nowotworowe; 

 

pozwala rozróżniać przypadki złośliwe; 

 

niedrogi; 

 

powinien rozpoznawać nowotwór już w jego wczesnej fazie, aby leczenie było efektywne; 

Modele biomarkerów w diagnostyce raka: 
pęcherza, piersi, jelita grubego, jajników, płuc 
Dlaczego akurat te nowotwory ? 
Występują najczęściej, najwięcej badań prowadzonych jest w kierunku nowotworów tych narządów. 

Nowotwór jelita grubego: 

−

 

kom. linie nowotworowe jelita są bardzo często badane pod kątem wpływu diety, na rozwój 
nowotworu; 

−

 

 konieczność przebadania wielu linii nowotworowych, aby wybrać tą najbardziej 
reprezentatywną; 

−

 

badania przeprowadzane głównie na myszach i szczurach; 

−

 

główne linie: nowotwór indukowany poprzez mutację genetyczną; 

−

 

badania nad prewencją – badanie co z produktół żywieniowych, używek chroni nas przed tym 
nowotworem; 

−

 

badanie biomarkerów; 

 

2.

 

Mikroskopia sił atomowych w diagnostyce raka (spektroskopia sił 
atomowych, sonocytologia, mechanika komórkowa – wyznaczanie modułu 
Younga) 

Mikroskopia sił atomowych : 

−

 

obrazowanie 3D i detekcja pojedynczych molekuł pozwala na przeprowadzanie badań 
biofizycznych; 

−

 

identyfikacja relacji pomiędzy ostrzem zaopatrzonym w przeciwciało/ligand, a receptorem 
błonowym komórki; 

−

 

pomiar siły oddziaływania między ligandem a receptorem; 

Sonocytologia: 

−

 

każda z membran/ błon komórkowych wykazuje drgania z częstotliwością kHz; 

−

 

za pomocą AFM możemy odbierać te drgania; 

−

 

drgania można wzmocnić do stanu słyszalności; 

−

 

na podstawie dźwięku wmitowanego przez membrany, można rozróżnić komórkę zdrową od 
nowotworowej; 

−

 

PROBLEM: trzeba opracować techniki, pozwalające na jednoznaczne i obiektywne rozróżnianie 
dźwięków wytwarzanych przez komórki zdrowe i nowotworowe; 

Mechanika komórkowa: 

−

 

charakterystyka odpowiedzi komórki na zadany stres; 

−

 

uzyskujemy odpowiedź o rozdzielczości nanometrów; 

−

 

otrzymujemy dane o strukturze komórki, można przeprowadzić obliczenia dające nam 
parametry mechaniczne komórki; 

−

 

badania zarówno statycznych jak i dynamicznych właściwości komórki; 

−

 

badanie przeprowadzane in vitro i ex vivo(pobieram komórki od pacjenta, przeprowadzam na 

nich testy, wsadzam je pacjentowi w to samo mijsce, z którego je zabrałam :P) 

−

 

otrzymujemy dużą liczbę danych do statystyki, trzeba je odpowiednio przetworzyć, wykluczyć 
możliwość zmiany całkowitego wyniku, spowodowanej jednym pomiarem, który znacznie 
odbiega od średniej; 

−

 

PROBLEM: konieczność kontroli dużej ilości parametrów AFM i przygotowania 
odpowiedniej/reprezentatywnej/ hodowli komórkowej; 

−

 

moduł Younga komórek nowotworowych jest o rząd wielkości większy, od modułu Younga 
komórek zdrowych; 

−

 

Wyliczenie modułu Younga komórek: 

−

 

E = ¾  * (1– v

2

)/√R * dF/d(p

3/2

) gdzie: 

−

 

v – współczynnik równy najczęściej 0,5; 

−

 

R- promień ostrza; 

−

 

F – siła oddziaływania; 

−

 

p – penetracja w głąb komórki; 

−

 

pierwszego takiego pomiaru dokonano na kom. nowotworu płuc; 

−

 

PROBLEM: dla małych penetrcji, trudno zauważyć różnicę; 

−

 

kom. nowotworowe mają mniejszą sztywność; 

Żródła niepewności: 

 

hodowla: 

−

 

wiek hodowli, zastosowane medium hodowlane, stadium podziałowe komórek, różnice 
podziałowe w hodowli komórek( zdrowe komórki spowalniają proces); 

 

AFM: 

−

 

promień ostrza, nieliniowość związana z naciskiem ostrza, heterogeniczność komórek, trudność 
w określeniu momentu kiedy ostrze dotyka komórki, złożoność struktur komórkowych; 

Podsumowanie: 

−

 

porównanie mechaniki zdrowych i nowotworowych komórek ze statystyką i znajomością 
geometrii komórki; 

−

 

znalezienie czynników wpływających na zmianę właściwości mechanicznych komórki; 

−

 

pomiary dynamiczne; 

−

 

wyznaczanie modułu E w 3D; 

−

 

połączenie AFM i fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej => możliwość badania organelli; 

−

 

połączenie AFM i mikroskopii konfokalnej Ramana => śledzenie zmian w komórkach na poziomie 
molekularnym; 
 
3.

Nanocząstki stosowane w chemioterapii 

−

 

rozmiar nanocząstek 10 – 100 nm; 

−

 

należy znaleźć takie nanocząstki, które będą działać tylko na komórki nowoworowe; 

−

 

najczęściej o postaci liposomów, polimerół; 

−

 

możliwość enkapsulacji – uzyskujemy dzięki temu cząstki o powierzchni hydrofilowej lub 
hydrofobowej; 

−

 

muszą posiadaćokreśłone rozmiary i charakterystyki powierzchni; 

−

 

możliwość stosowania w diagnostyce jak również terapii; 

−

 

terapia bezpośrednia: nanocząstki zawierające substancję cytotoksyczną, powodującą 
natychmiastową śmierć komórki; 
 

4.

 

Nanowektorowa farmakokinetyka i farmakodynamika 

−

 

uwalnianie  leku  –  nanowektory  wykorzystywane  do  uwalniania  leku  w  komórkach 
nowotworowych,  penetracja  leku  zazwuczaj  3  warstwy  komórek  =>  w  czasie  jednego  zabiegu 
nowotwór zeradykowany o 30%; 

−

 

modelowanie działania leków: 
- trzykompartmentowy model aplikacjisubstancji antynowotworowej 
- możliwość badania wpływu stężenia tlenu i diety na przyrost masy nowotworu; 
- modele odpowiedzi na dany lek w nanoskali; 

−

 

inne: 

−

 

wykorzystanie nanocząstek tl.żelaza do poprawy kontrastu w badaniach MR; 

−

 

w badaniach patologicznych – badania histogenezy nowotworu; 

−

 

wykorzystanie materiałów magnetycznych do hipertermii; 

−

 

badania nad ewentualnym szkodliwym wpływem nanocząstek; 

−

 

badanie związku regulacji pH komórkowego a fizjologią nowotworu; 

−

 

zastosowanie w terapii fotodynamicznej; 

−

 

w leczeniu raka kości, pęcherza; 

−

 

nanocząstki zawierające selen – antynowotworowe materiały ortopedyczne; 

−

 

nanocząstki w immunoterapii antynowotworowej;