A PHP Error was encountered

Severity: Notice

Message: Only variable references should be returned by reference

Filename: core/Common.php

Line Number: 257

A PHP Error was encountered

Severity: Warning

Message: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /home/biomagaz/cwcms_core/system/core/Exceptions.php:185)

Filename: core/Security.php

Line Number: 188

A PHP Error was encountered

Severity: Warning

Message: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /home/biomagaz/cwcms_core/system/core/Exceptions.php:185)

Filename: libraries/Session.php

Line Number: 672

BIO Magazine - Νανοϊατρική. Μικρά εργαλεία για ένα μεγάλο σκοπό Δεκέμβριος 2015
Δεκέμβριος 2015 No38

BIO Interview

Νανοϊατρική. Μικρά εργαλεία για ένα μεγάλο σκοπό
Νανοϊατρική. Μικρά εργαλεία για ένα μεγάλο σκοπό

Τα τελευταία χρόνια, η νανοτεχνολογία και οι σχετιζόμενες με αυτή επιστήμες αποτελούν, διεθνώς, έναν πυρήνα έντονων δραστηριοτήτων με πολυάριθμες εφαρμογές, στις οποίες επικεντρώνεται πλήθος ερευνητικών προγραμμάτων και βιομηχανικών επενδύσεων. Συζητήσαμε με την επίκουρη Kαθηγήτρια Mοριακής Bιολογίας, κα Μαρία Γαζούλη, για τις πολλά υποσχόμενες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στην Iατρική, τόσο σε διαγνωστικό όσο και σε θεραπευτικό επίπεδο. 

Κυρία Γαζούλη, θα θέλαμε να μας εξηγήσετε τους όρους νανοτεχνολογία και νανοϊατρική.

Νανοτεχνολογία είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη δημιουργία και τη χρήση λειτουργικών δομών μεγέθους μεταξύ 1 και 100 νανομέτρων. Οι διαστάσεις γίνονται ευκολότερα αντιληπτές αναφέροντας ότι ένα νανόμετρο ισούται περίπου με το 1/80.000 μιας ανθρώπινης τρίχας ή με το μήκος 10 ατόμων υδρογόνου σε σειρά.

Ως νανοϊατρική προσδιορίζεται η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στον τομέα της υγείας. Στόχος της νανοϊατρικής είναι η βελτίωση τόσο της διάγνωσης όσο και της θεραπείας, καθώς και η ανάπτυξη μεθόδων για τη συστηματική ιατρική παρακολούθηση. Είναι αδιαμφισβήτητο, πλέον, ότι η συμβολή της νανοτεχνολογίας στη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας είναι εξαιρετικά σημαντική.

Στον τομέα της διαγνωστικής ιατρικής και της βιοανάλυσης, ποιες είναι οι εφαρμογές της νανοτεχνολογίας;

Η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στη διαγνωστική ιατρική έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη μίας νέας γενιάς διαγνωστικών, τα οποία έχουν μικρό μέγεθος, απαιτούν μικρή ποσότητα δείγματος και παρέχουν, σε σύντομο χρονικό διάστημα, ακριβή βιολογικά δεδομένα μέσω μίας απλής μέτρησης. Τα νανοσωματίδια χρυσού -gold nanoparticles, AuNPs- και τα κβαντικά κοκκία -quantum dots, QDs- είναι δύο από τα κυριότερα υλικά με φυσικοχημικές ιδιότητες, που προσφέρονται για την ανάπτυξη βιοαισθητήρων. Τα AuNPs αποτελούνται από μερικά άτομα και έχουν χρώμα που κυμαίνεται από βαθύ ερυθρό έως πορτοκαλί, αναλόγως των διαστάσεων τους. Όταν δυο σωματίδια έρθουν κοντά, το φάσμα απορρόφησης τους μετατοπίζεται προς το ιώδες προσδίδοντάς τους μακροσκοπικά γκρι χρώμα. Τα κολλοειδή QDs είναι κρυσταλλικοί ημιαγωγοί, αποτελούνται από λίγα άτομα και φθορίζουν όταν διεγερθούν από κατάλληλη πηγή φωτός. Το μήκος εκπομπής τους έχει ιδιαιτέρως στενό εύρος και είναι ανάλογο με το μέγεθος του κρυστάλλου, επιτρέποντας την ταυτόχρονη χρήση διαφορετικών μεγεθών για πολλαπλή σήμανση. Και τα δύο υλικά έχουν την ικανότητα να μπορούν να προσδεθούν με οργανικά μόρια, όπως DNA και πρωτεΐνες, δημιουργώντας ένα φάσμα βιολογικά συμβατών βιοαισθητήρων υψηλής ακρίβειας. Η ικανότητα εντοπισμού μικροποσοτήτων από αυτά τα υλικά θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το ελάχιστο όριο ανίχνευσης των διαγνωστικών μεθόδων στις οποίες ενσωματώνονται και να επιτρέψει την άμεση ανίχνευση μικροβιακών αλληλουχιών ή καρκινικών κυττάρων, χωρίς την ανάγκη μοριακής τους ενίσχυσης. Σήμερα, έχουν ήδη αναπτυχθεί νανοανιχνευτές για την ανίχνευση και ταυτοποίηση τόσο μικροβίων όσο και κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων. Επίσης, χρησιμοποιούνται νανοσυσκευές διάγνωσης σε μορφή πλακιδίου (chip), ικανές να αναγνωρίσουν και να ποσοτικοποιήσουν συγκεκριμένα τμήματα του ανθρώπινου γονιδιώματος, καθώς και των πρωτεϊνών, χρησιμοποιώντας ως ανιχνευτές τα αντίστοιχα συμπληρωματικά DNA τμήματα ή κατάλληλα αντισώματα.

Μιλώντας για διαγνωστική ιατρική, στη βελτίωση των απεικονιστικών μεθόδων ποια μπορεί να είναι η συμβολή της νανοτεχνολογίας;

Μια άλλη σημαντική συβολή της νανοϊατρικής είναι η μοριακή απεικόνηση. Τα πλεονεκτήματα της μοριακής απεικόνισης είναι η έγκαιρη διάγνωση διαφόρων ασθενειών και η παρακολούθηση της εξέλιξής τους (π.χ. καρκινικές μεταστάσεις). Η στοχευμένη μοριακή απεικόνιση επιτρέπει την αναγνώριση του τόπου ανάπτυξης μιας φλεγμονής/κακοήθειας, την οπτικοποίηση των σταδίων συγκεκριμένων ασθενειών, την παρακολούθηση της κατανομής ενός φαρμάκου και την ανίχνευση της απρόβλεπτης και πιθανόν επικίνδυνης συσσώρευσης του σε κάποιες περιοχές. Η παρακολούθηση, λοιπόν, ουσιών-ανιχνευτών θα αναδείξει πόσο καλά κατανέμονται οι θεραπευτικές ουσίες και πώς αυτές μεταβολίζονται. Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ακολουθεί και να παρακολουθεί κάποιος μια μικρή ομάδα κυττάρων μέσα στο σώμα. Έτσι, ακόμα και σήμερα χρησιμοποιούνται χρωστικές ή ραδιενεργές ουσίες για την κυτταρική σήμανση. Όσον αφορά τις χρωστικές, πρέπει να διεγερθούν από φως συγκεκριμένου μήκους κύματος, ούτως ώστε να φωσφορίζουν. Επειδή διαφορετικές χρωστικές ουσίες απορροφούν διαφορετικές συχνότητες φωτός, υπήρξε ανάγκη για πηγές φωτός τόσες σε αριθμό, όσες και τα είδη των κυττάρων. Μια λύση στο πρόβλημα αυτό είναι οι φωτοευαίσθητες ετικέτες. Οι ετικέτες αυτές είναι QDs αγκιστρωμένα πάνω σε πρωτεΐνες, οι οποίες αναγνωρίζουν τα κύτταρα ή διαπερνούν τις κυτταρικές μεμβράνες. Τα QDs αυτά μπορεί να ποικίλουν σε μέγεθος, να αποτελούνται από βιοαδρανές υλικό και να ορίζουν την περιοχή των νανοσωματιδίων με διαφορετικά χρώματα. Κατά συνέπεια, τα μεγέθη επιλέγονται με τέτοιον τρόπο, ώστε η συχνότητα του φωτός που χρησιμοποιείται για να διεγείρει μια ομάδα κβαντικών σημείων να είμαι ακέραιο πολλαπλάσιο μιας άλλης. Στο τέλος, και οι δύο διαφορετικές ομάδες θα μπορούν να φθορίζουν με διέγερση από ενιαία πηγή φωτός. Οι μελλοντικοί ερευνητικοί στόχοι σε ότι αφορά την in vivo απεικόνιση με τη χρήση νανοσωματιδίων είναι η ανάπτυξη βελτιωμένων συστημάτων ανίχνευσης, εστιάζοντας σε μικρές, αποτελεσματικές και χαμηλού κόστους κάμερες για απεικόνιση όλου του σώματος με πολλαπλούς ανιχνευτές,  η βελτίωση των υπαρχόντων ανιχνευτών μέσω βελτίωσης των υλικών δόμησής τους και η ανάπτυξη βελτιωμένων, μη τοξικών ανιχνευτικών μικροδιατάξεων, που δεν προκαλούν διέγερση του ανοσοποιητικού συστήματος, ενώ διεγείρονται από κάποιο εξωτερικό μαγνητικό ή ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και διεισδύουν στα κύτταρα ξεπερνώντας τα διάφορα βιολογικά εμπόδια. Απεικονιστικά νανοσωματίδια (π.χ. νανοσωματίδια σιδήρου) σήμερα, καθοδηγούν σκιαγραφικούς παράγοντες ή αποτελούν τα ίδια μέσο σκίασης σε συγκεκριμένους ιστούς, καθιστώντας την ανίχνευση ασθενειών, όπως ο καρκίνος, δυνατή σε αρχικότερα στάδια. Τα νανοσωματίδια αυτά συχνά έχουν μαγνητικές, πυρηνικές ή οπτικές ιδιότητες, καθιστώντας δυνατή τη χρήση τους σε διάφορες απεικονιστικές μεθόδους. Τα νανοσωματίδια μπορούν, επίσης, να μεταφέρουν φάρμακα σε συγκεκριμένους ιστούς, στοχεύοντας γνωστούς βιοδείκτες της νόσου, καθιστώντας τα φάρμακα αυτά πιο αποτελεσματικά και λιγότερο επιβλαβή σε άλλα όργανα.  

Τι είναι η νανοθεραγνωστική και ποιο ρόλο μπορεί να έχει στην εξατομικευμένη θεραπεία;

Ο συνδυασμός της απεικόνισης με τη θεραπεία αναφέρεται ως θεραγνωστική. Θεραγνωστικά νανοσωματίδια μπορούν να καταστούν ενεργώς στοχευόμενα, ώστε να συσσωρεύονται στους ιστούς που μας ενδιαφέρουν και να δρουν εξατομικευμένα ως προς τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της πάθησης του ασθενούς. Από την στιγμή που θα βρεθούν στο μοριακό στόχο, τα νανοθεραγνωστικά ενεργοποιούνται και καταστρέφουν επιλεκτικά τον παθολογικό ιστό, ενώ ελαχιστοποιούν τις όποιες παρενέργειες και τις βλάβες στον υγιή ιστό κάτι που συχνά συμβαίνει με τα παραδοσιακά θεραπευτικά. Η παρακολούθηση μπορεί να παραταθεί, κατά τη διάρκεια της θεραπείας, για επιπρόσθετη εξατομίκευση της θεραπείας. Συνεπώς, η νανοθεραγνωστική διαδραματίζει ένα σημαντικό ρόλο στην αντιμετώπιση των προκλήσεων της ιατρικής για παθήσεις όπως ο καρκίνος και οι χρόνιες φλεγμονώδεις/εκφυλιστικές παθήσεις, οι οποίες παρουσιάζουν υψηλό βαθμό ετερογένειας. Πιθανά οφέλη της νανοθεραγνωστικής περιλαμβάνουν, χωρίς να περιορίζονται σε αυτά, (α) εκτίμηση της βιο-κατανομής και συγκέτρωσης του φαρμάκου στη στοχευμένη περιοχή, (β) οπτική αντίληψη της απελευθέρωσης του φαρμάκου από ένα δεδομένο νανο-μεταφορέα και (γ) παρακολούθηση του θεραπευτικού αποτελέσματος σε πραγματικό χρόνο. Μια σημαντική αντίληψη των δυνατοτήτων της θεραγνωστικής βρίσκει παράδειγμα στο ρόλο της απεικονιστικής κατά τις επεμβατικές διαδικασίες, οι οποίες -επί του παρόντος- φαίνεται να αποτελούν μια από τις εφαρμογές που βρίσκονται πλησιέστερα προς την κλινική εφαρμογή.

Στην παραγωγή νέων, προηγμένων φαρμάκων, τι μας υπόσχεται η νανοϊατρική;

Η πρόοδος στην ελεγχόμενη αποδέσμευση των φαρμάκων σχετίζεται με την ανάπτυξη ειδικών νανοσυστημάτων για τη στοχευμένη διοχέτευση θεραπευτικών φαρμάκων και βιομορίων. Οι κύριοι στόχοι της νανοϊατρικής στα πλαίσια της ελεγχόμενης αποδέσμευσης φαρμάκων είναι η μεγιστοποίηση της βιοδιαθεσιμότητας και της αποτελεσματικότητας των θεραπευτικών ουσιών μέσω στόχευσης αυτών στην πάσχουσα περιοχή, ο έλεγχος της φαρμακοκινητικής και της φαρμακοδυναμικής που εμφανίζουν, ο έλεγχος και η καταστολή της ανεπιθύμητης τοξικότητας που προκαλούν καθώς και η αποτελεσματική αντιμετώπιση περιορισμών χρήσης τους, λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς τους, της γρήγορης αποικοδόμησης και απομάκρυνσης τους από τον ανθρώπινο οργανισμό, της σχετικά σύντομης βιολογικής δραστικότητάς τους και της αδυναμίας τους να διαπεράσουν βιολογικά εμπόδια. Τα νανοσωματίδια έχουν μοναδικές ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να βελτιώσουν τη διανομή των φαρμάκων. Σημαντικό είναι ότι λόγω του μικρού τους μεγέθους μπορούν να προσληφθούν παθητικά μέσω των κυττάρων. Είναι δε σημαντικό ότι πολλές κατηγορίες νανοσωματιδίων έχουν την τάση να συσσωρεύονται σε καρκινικούς όγκους, φλεγμονές και σημεία μόλυνσης, εξαιτίας του φαινομένου ενισχυμένης διαπερατότητας και κατακράτησης που εμφανίζουν τα αγγεία της πάσχουσας περιοχής, λόγω μη φυσιολογικής λειτουργίας. Μια, λοιπόν, από τις πιο σημαντικές επιδράσεις της νανοϊατρικής θα είναι η ανάπτυξη νέων φαρμάκων με τη μεγαλύτερη δυνατή αποτελεσματικότητα και τις λιγότερες δυνατές παρενέργειες. Οι μελλοντικές προκλήσεις στην ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμάκων αφορούν και στην ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων απόδοσης φαρμάκων που προσαρμόζουν τη θεραπεία στις ανάγκες του ασθενούς.

Πέρα από τη διάγνωση και τη φαρμακευτική θεραπεία, στον επεμβατικό τομέα, μπορούμε να πούμε ότι από τη νανοχειρουργική περιμένουμε βελτιστοποίηση των σημερινών τεχνικών, που να υπόσχονται μείωση των επιπλοκών και μεγαλύτερα ποσοστά επιτυχίας στις επεμβάσεις;

Στη σύγχρονη ογκολογική χειρουργική, επαναστατική πρόοδο έχει επιτελέσει η χρήση νανοσωματιδίων για την ανίχνευση του λεμφαδένα-φρουρού και η λεμφαγγειακή χαρτογράφηση, διότι παρέχει ακριβή σταδιοποίηση και βοηθά σημαντικά στο σχεδιασμό της θεραπευτικής στρατηγικής ιδιαίτερα στον καρκίνο του μαστού και στο κακόηθες μελάνωμα. Οι μοντέρνοι νανοανιχνευτές δίνουν τη δυνατότητα της σε πραγματικό χρόνο απεικονιστικά κατευθυνόμενης εντόπισης (real-time image-guided localization) κακοηθειών, και αποτελούν χρήσιμο εργαλείο στους χειρουργούς για την εντόπιση των χειρουργικών ορίων και όλων των πάσχουσων περιοχών με εξαιρετική ακρίβεια. Επιτρέπουν την καθοδήγηση της εικόνας του χειρουργού σε πραγματικό χρόνο. Η εφαρμογή αυτή αφορά (α) καθδηγούμενο χειρουργικό καθαρισμό πολλαπλών μεταστάσεων και (β) καθορισμό των χειρουργικών ορίων με απώτερο στόχο τη βέλτιστη διατήρηση των οργάνων που μας ενδιαφέρουν. Οι περισσότερες από τις επεμβατικές κλινικές διαδικασίες, επί του παρόντος, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ανθρώπινη οπτική αντίληψη, και σε μικρότερο βαθμό, σε διεγχειρητικές διαγνωστικές διαδικασίες. Δυστυχώς, η ανίχνευση κυτταρικών ή μοριακών ενδείξεων της νόσου, σε επίπεδο που να μπορεί να επιτευχθεί πλήρης θεραπεία, δεν είναι σήμερα διαθέσιμη εντός του χειρουργείου. Υπάρχει, ως εκ τούτου, μια αδήριτη ανάγκη να ενσωματωθούν προηγμένες οπτικές και οπτοακουστικές μέθοδοι, προκειμένου να ενισχυθεί η διαδικασία λήψης κρίσιμων αποφάσεων κατά τη διάρκεια κλινικών παρεμβάσεων. Έχει αναδυθεί, πρόσφατα, ένας αριθμός τεχνικών για διεγχειρητική καθοδήγηση, βασισμένες σε οπτική απεικόνιση, ιδιαίτερα στο πεδίο της χειρουργικής του καρκίνου, με τη δυνατότητα να καταστήσουν τους χειρουργούς ικανούς να καθορίσουν με ακρίβεια τα όρια του όγκου. Η εξέλιξη και η μεταφορά των οπτικών συστημάτων στο χειρουργείο έχει καταστεί δυνατή χάρη σε σημαντικές τεχνολογικές προόδους στο πεδίο της ιατρικής οπτικής.

Η νανοϊατρική, λοιπόν, μπορεί να συμβάλλει στη θεραπεία ασθενειών οι οποίες δεν μπορούν να αντιμετωπισθούν με τη σύγχρονη ιατρική. Τέτοιες ασθένειες είναι, για παράδειγμα, οι νευρολογικής φύσεως παθήσεις, όπως οι νόσοι του Πάρκινσον και του Αλτσχάιμερ, η σκλήρυνση κατά πλάκας, η παράλυση, καθώς και διάφορες μορφές καρκίνου. Ο απώτερος σκοπός των νανοϊατρικών παραγόντων είναι να παρέχουν θεμελιώδη υποστήριξη για βελτίωση των επεμβατικών διαγνωστικών και θεραπευτικών στρατηγικών, οι οποίες θα μπορούσαν να συνεισφέρουν αποτελεσματικά σε αναδυόμενες έννοιες στο υπερ-επιστημονικό πεδίο της εξατομικευμένης ιατρικής.

Η Μαρία Γαζούλη είναι Επίκουρη Καθηγήτρια Μοριακής Βιολογίας,

Εργαστήριο Βιολογίας, Ιατρική Σχολή ΕΚΠΑ

Συνέντευξη: Ρούλα Σκουρογιάννη

<< Επιστροφή στην λίστα

© BIO | info@biomagazine.gr

Powered by CreativeWorks