Nanostruktury a zobrazovací metody v medicíně
Nanostruktury Alespoň jeden rozměr v řádu nanometrů Atomy Molekuly Organely Buňky,...
Nanostruktury v lidském organismu Molekula CD3 (součást TCR) Orientačně 100.000 na buňku V periferní krvi cca 2x 10E9 / l lymfocytů Člověk asi 20 tis. genů 10E13 buněk Mikrobiom 10E14
Využití nanostruktur v klinické praxi Téměř nulové v současnosti
Uvedení léčiva/diagnostika do praxe Primum non nocere Výzkum na úrovni laboratoře Akutní / chronická toxicita Poškození jednotlivých buněčných struktur (DNA) Zvířecí model Klinický výzkum - Zdraví dobrovolníci - Cílová skupina (menší počet, větší počet, metaanalýza, ) Cena
Organizace klinických studií Výzkumná centra (mono-, multi-) Randomizace Zaslepení (jednoduché, dvojité) Placebo
Klasické zobrazovací metody RTG - rentgen CT výpočetní tomografie MRI nukleární magnetická rezonance Nukleární medicína PET SPECT USG ultrazvuk
RTG
RTG
RTG
RTG
RTG
RTG
C-rameno
Arteriografie
Koronarografie
Koronarografie
CT Paprsky X Detektory v různém uspořádání Zvýšení citlivosti i rozsahu oproti RTG Scintilační detektory, fotonásobiče
CT kontrastní látky Jodové preparáty toxicita renální, štítná žláza Alergické reakce Gadolinium Nanočástice Bismut sulfid, jodové nanočástice, nanočástice zlata Polymerní nosiče a liposomy
CT
CT
CT
CT
CT
CT angiografie
CT rekontrukce
CT angiografie - rekonstrukce
MRI Rezonance magnetických spinů některých jader Silné vnější magnetické pole (několik Tesla) Vychýlení spinů pomocí pulsu elektromagnetického pole Registrace signálu při návratu spinů do pozice určené stacionárním magnetickým polem Různé sekvence jak budicí, tak detekované T1W (longitudinální relaxace), T2W (transverzální relaxace)
MRI Kontrastní látky - superparamagnetické Gadolinium toxické používají se cheláty Oxidy železa Nanočástice liposomy, uhlíkové trubičky, křemíkové nanočástice Nanočástice < 20nm Negativní kontrast v T2W Dominatní množství vodíku ve tkáních
MRI
MRI
MRI
MRI
PET Pozitronová emisní tomografie Radioaktivní látka emitující pozitrony Srážka pozitronu s elektronem - anihilace vyzáření dvou gamma fotonů pod úhlem 180 st. Fluorodeoxyglukosa Kombinace s další zobrazovací metodou (PET/CT, PET/MRI)
PET
PET
PET/CT
PET/CT
Scintigrafie skeletu
Scintigrafie
USG Ultrasonografie Piezoelektrický jev 3-10 MHz Podélné vlnění odraz na rozhraních Různě uspořádané sondy Různé mody zobrazení Doppler (duplex) Kontrast bubliny (embolizace)
USG - břicho
USG
USG mitrální regurgitace
USG
Další zobrazovací metody V podstatě všechna laboratorní vyšetření Mikroskopie, ELISA, PCR, elektroforesa, chromatografie, průtoková cytometrie Další méně používané Termografie Elastografie...
Mikroskopie
Fluorescenční zobrazení
Fluorescenční zobrazení
Fluorescenční zobrazení
Quantum dots Např. InAs, CdSe, CdTe Absorbce širšího světelného spektra, užší emisní spektrum závislost na velikosti Vysoká stabilita toxicita
Quantum dots
Struktura nanočástic
MRI liposomy
Interakce nanostruktur s biologickým systémem Imunitní systém (fagocytosa) Komplement Vylučovací systém ledviny, játra, střevo,... Inertní hydrofilní, elektricky neutrální Velikost 100 200 nm nižší renální clearance (než menší) Nižší RES (retikulo-endoteliální systém) clearance (než větší)
Cílení nanočástic Kontrast Odlišení různého prokrvení orgánů Zobrazení cévního řečiště Cílený kontrast Připojení léčiva Zlepšení odstupu signálu od šumu Pasivní Např. vyšší permeabilita a retence v tumorech Aktivní Specifická vazba (Protilátka antigen, ) Receptorem zprostředkovaná endocytosa
Potahování nanočástic Snížení nežádoucích interakcí a toxicity používaných nanočástic Stabilizace pro prostředí biologického systému PEG, dextran, fosfolipidy, Neviditelné pro imunitní systém Omezení adsorpce proteinů
Theranostic Diagnostika Terapie Sledování účinnosti Personalizovaná medicína
PET/CT theranostic