NANOMEDICINA BIONIKA

Átírás

1 NANOMEDICINA BIONIKA

2 ÉLŐ SZÖVET BIOLÓGIA FÉM VÁZON MÉRNÖKI TUDOMÁNYOK

3 BEVEZETÉS A JÖVŐ ORVOSTUDOMÁNYÁBA

4 AZ ORVOSTUDOMÁNY JÖVŐJE MOLEKULÁRIS GENETIKA OKI KEZELÉS a betegségek molekuláris szintű megismerése és kezelése

5 AZ ORVOSTUDOMÁNY JÖVŐJE NANOTECHNOLÓGIA, ROBOTIKA, SZÁMÍTÁSTECHNIKA

6 NANOMEDICINA JELEN? KÖZEL JÖVŐ? SCI-FI? ISAAC ASIMOV, FANTASZTIKUS UTAZÁS (1966)

7 Egy atom átmérője kb. 0.1 nm, Egy atommag átmérője kb nm

8 1986: NANOTECHNOLÓGIA elnevezés

9 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM SOK HELY VAN MÉG ODALENN There's Plenty of Room at the Bottom is the title of a famous lecture given by physicist Richard Feynman at an American Physical Society meeting at Caltech on December 29, Feynman considered the possibility of direct manipulation of individual atoms as a more powerful form of synthetic chemistry than those used at the time. Feynman's photo ID badge whilst working on the MANHATTAN PROJECT. RICHARD PHILLIPS FEYNMAN ( ) KVANTUM ELEKTRODINAMIKAI kutatásaiért 1965-ben Nobel díjat kapott

10 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM 1959 The principles of physics, as far as I can see, do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.

11 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM 1959 A fizika alapvető törvényei szerintem nem akadályozzák, hogy a dolgokat atomról atomra építsük fel, manipuláljuk

12 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM "swallowing the doctor" (lenyelni a doktort) (miniatűr sebész robot)

13 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM "swallowing the doctor" (lenyelni a doktort)

14 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM "swallowing the doctor" (lenyelni a doktort)

15 THERE'S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM "swallowing the doctor" (lenyelni a doktort)

16 A KORAI NANOTECHNOLÓGIA MÉRFÖLDKÖVEI PÁSZTÁZÓ ALAGÚTMIKROSZKÓP NANOTECHNOLOGY FOLYÓIRAT Don Eigler és Erhard Schweizer MANIPULÁLT 35 XENON ATOMOT, az IBM szót kirakva. (publikálva: NATURE 1990.) SCIENCE speciális kiadás: nanotechnology 1991.

17 A NANOTECHNOLÓGIA ÁGAI "WET" NANOTECHNOLOGY (NEDVES) "DRY" NANOTECHNOLOGY (SZÁRAZ) COMPUTATIONAL NANOTECHNOLOGY (SZÁMÍTÓGÉPES)

18 A NANOTECHNOLÓGIA STRATÉGIÁI LENTRŐL FELFELÉ Bottom-up approach KÉMIAI SZINTÉZIS FENTRŐL LEFELÉ Top-down approach

19 AZ ATOMOK LÁTHATÓAK! SCANNING TUNNELING ELECTRON MICROSCOPE/ PÁSZTÁZÓ ALAGÚTMIKROSZKÓP ATOMIC FORCE MICROSCOPE/ ATOMERŐ MIKROSZKÓP individual iron atoms to build "electron corrals" of various shapes on copper metal

20 PÁSZTÁZÓ ALAGÚTMIKROSZKÓP felszíni atomok láthatóvá tétele atomok mozgatása (IBM felirat) kémiai kötések szelektív bontása A pásztázó alagútmikroszkóp az érzékelőhegy és a minta közti elektromos kölcsönhatás segítségével alkot képet a felszíni atomokról, molekulákról. Gerd Binnig és Heinrich Rohrer ( IBM, Zurich Research Center) Fizikai Nobel díj

21 ATOMERŐ MIKROSZKÓP Atomerő mikroszkóppal MoO3 kristályba vágtak 10nm-es mélyedéseket és egy bennük elmozduló hengert is kialakítottak, miniatűr zárszerkezetet létrehozva. Kifeszített DNS szálon egyedi nukleotidokat manipuláltak és különböztettek meg atomerő mikroszkóppal.

22 ATOMERŐ MIKROSZKÓP pentacénmolekula pentacénmolekula

23 ATOMERŐ MIKROSZKÓP

24 KÉMIAI SZINTÉZIS pszeudorotaxán rotaxán katenán Kémikusok sokféle nanoalkatrészt szintetizáltak. Ezek a botok, gyűrűk, rugók, kockák, gömbök, csövek, propellerek később összetettebb nanogépek alkatrészeiként szolgálhatnak.

25 KÉMIAI SZINTÉZIS

26 FENTRŐL LEFELÉ TOP-DOWN APPROACH A Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) cég 100 mikron-nagyságrendben készít miniatűr gépalkatrészeket, készítettek pl. egy 2,8 mm széles 1:1000 méretarányú, működő elektromos autót, pótkerékkel, rendszámtáblával.

27 A NANOTECHNOLÓGIA FEJLESZTŐI

28 A NANOTECHNOLÓGIA FEJLESZTŐI Az USA hadserege a nanotechnológia legnagyobb befektetője, 2007-ben költségvetésének 30%-át (!!!) tette ki a nanotechnológiai kutatás.

29 KATONASÁG A jövő katonáinak felszerelése: -golyóálló -bio és vegyifegyver ellenálló -orvosi adatokat mér és továbbít -kaméleon szerű rejtőzködőképesség -exoszkeleton emberfeletti erőt biztosít -intelligens lövedékek -valós idejű fordítógép és beszédszintetizátor

30 CARBON NANOTUBES-SZÉN NANOCSÖVEK

31 SZÉN NANOCSÖVEK a repülőgépek akár 50X könnyebbek lehetnének profi biciklik, teniszütők, lökhárítók, autókarosszériák, stb. már mind szén nanocsövek felhasználásával készülnek.

32 RUHÁK A Nano-Tex cég új technológiáját, a folttaszító, folyadék lepergető nanotextileket már számos nagy ruhagyártó (Adidas, Jack Wolfskin, Eddie Bauer, Gap, Old Navy, Nike, Nordstrom, Champion, Levi) alkalmazza. 10 nm-es, pár szénatomos nanoszőrök megakadályozzák a ruhák koszolódását.

33 NANOMEDICINA

34 NANOMEDICINA REMÉNYEK SZERINT A NANOMEDICINA A KÖVETKEZŐ TERÜLETEKEN FOG ÁTTÖRÉST OKOZNI A KÖZELJÖVŐBEN: FEJLETTEBB GYÓGYSZER CÉLBAJUTTATÁS ÚJ TERÁPIÁK IN VIVO KÉPALKOTÁS NEURO-ELEKTRONIKUS KAPCSOLÓ ESZKÖZÖK NANOSZENZOROK SEJTJAVÍTÓ NANOROBOTOK (TÁVOLI JÖVŐ)

35 génbevitel nanorészecskékkel

36 Immunoizoláció-sejt enkapszulálás Nanoporous Silicone-based biocapsules serves as Artificial Pancreas(Desai et al. 2001)

37 TUMOR DIAGNÓZIS & TERÁPIA

38 TUMOR TERÁPIA NANOSHELLS CANCER TREATMENT PROVES EFFECTIVE IN FIRST ANIMAL TEST, nm nanoshell-ek arannyal borítva célzás: ellenanyag/ligand infravörös lézer megfőzi a rákos sejteket

39 TUMOR DIAGNÓZIS Kadmium szelenid nanorészecskék (quantum dots) fluoreszkálnak UV fényben, és szelektíven dúsulnak tumor sejtekben. Sebészi tumor eltávolításnál segíthetnek a tumoros-ép szövetek megkülönböztetésében. MRI-vel együtt használva minden korábbinál pontosabb tumor diagnózist tesznek lehetővé (kár, hogy toxikusak).

40 TUMOR TERÁPIA KETTŐS NANORÉSZECSKE HATÁSOS HER-2 POZITÍV RÁKOS SEJTEK ELPUSZTÍTÁSÁBAN Her-2 elleni ellenanyagot vasoxid részecskéhez kapcsoltak, a vasoxid részecskét pedig egy rákellenes szerrel (ciszplatin ) kapcsolt arany részecskéhez. Az arany-rákellenes szer kötés ph érzékeny, csak akkor szabadul fel a ciszplatin, ha a nanorészecske a rákos sejtekbe jutott endocitózissal.

41 DAGANAT TERÁPIA RÁKKÉPZŐDÉS MECHANIZMUSA BAKTÉRIUMOK OSZTÓDÁSA

42 DAGANAT TERÁPIA RÁKELLENES SZEREK HATÁSMECHANIZMUSA ELLENANYAGOK TERÁPIÁS FELHASZNÁLÁSA, REKOMBINÁNS FEHÉRJÉK TERÁPIÁS ALKALMAZÁSA

43 DAGANAT TERÁPIA ENDOCITÓZIS MECHANIZMUSA

44 DAGANAT TERÁPIA APOPTÓZIS- PROGRAMOZOTT SEJTHALÁL TRANSZMEMBRÁN TRANSZPORTER FEHÉRJÉK RNSi

45 DAGANAT TERÁPIA A TRANSZLÁCIÓ (FEHÉRJE SZINTÉZIS) MECHANIZMUSA ÉS SZABÁLYOZÁSA

46 BIONIKA

47 EGYSZERŰ BIONIKA FUTÓ

48 BIONIKUS SZEM

49 BIONIKUS FÜL

50 BIONIKUS FÜL

51 BIONIKUS FÜL IMPLANTÁCIÓ Posterior tympanotomy Inserting The Electrode Array Mastoidectomy Cochleostomy Fixation Of The Implant

52 VIGYÁZAT, INNENTŐL 100% SCI-FI! NANOROBOTOK A GYÓGYÍTÁSBAN

53 TÜDŐ TISZTÍTÓ NANOROBOTOK DNS JAVÍTÓ NANOROBOT SZINAPSZIS JAVÍTÓ NANOROBOTOK

54 NANOROBOT A VÖRÖS VÉRSEJTEK HELYETT: RESPIROCITA

55 RESPIROCITA

56 RESPIROCITA

57 RESPIROCITA

58 MIKROBA GYILKOS NANOROBOT

59 KLOTTOCITA

60 VASZKULOCITA

61 RÁKOS SEJT ÖLŐ NANOROBOT

62 AGYMŰKÖDÉST JAVÍTÓ NANOSZÁMÍTÓGÉPEK

63 FOGÁSZAT

64 AZ ORVOSTUDOMÁNY JÖVŐJE: HATÁRTALAN LEHETŐSÉGEK

65 AZ EMBER NANOTECHNOLÓGIAI EVOLÚCIÓJA A nanomedicina a jövőben lehetővé teszi az emberi szervezet áttervezését, meglevő képességeinket fejleszteni tudjuk majd, de akár teljesen új, a természetben nem megtalálható képességekre is szert tehetünk.

66 POSZTHUMÁN EVOLÚCIÓ Bionikus ember? Intelligens számítógépek Mesterséges élet Homo Erectus Homo Sapiens??? evolúció