나노의학

Nanomedicine

나노의학은 나노 [1]기술의 의학적인 응용이다.나노의학은 나노물질생물학적 장치의 의학적인 응용에서부터 나노전자 바이오센서, 그리고 심지어 생물학 기계와 같은 분자 나노 기술의 미래 가능한 응용에 이르기까지 다양하다.나노의학의 현재 문제는 나노 크기의 물질(나노미터, 즉 10억분의 1미터 [2][3]크기의 물질)의 독성 및 환경 영향과 관련된 문제를 이해하는 것이다.

나노물질은 생물학적 분자 또는 구조와 접촉함으로써 기능을 추가할 수 있다.나노물질의 크기는 대부분의 생물학적 분자 및 구조와 유사합니다. 따라서 나노물질은 생체내 및 생체외 생물의학 연구와 응용에 모두 유용할 수 있습니다.지금까지 나노물질과 생물학의 통합으로 진단장치, 조영제, 분석도구, 물리치료 응용 프로그램 및 약물전달 수단이 개발되어 왔다.

Nanomedicine은 가까운 [4][5]미래에 가치 있는 연구 도구와 임상적으로 유용한 장치를 제공하고자 합니다.National Nanotechnology Initiative는 고급 약물 전달 시스템, 새로운 치료법, 생체[6]이미징을 포함할 수 있는 제약 산업에서 새로운 상업적 응용을 기대하고 있습니다.나노의학 연구는 4개의 나노의학 개발 [7]센터를 지원하는 미국 국립보건원 공통기금 프로그램으로부터 자금을 받고 있습니다.

2015년 나노의약품 매출은 160억달러에 달하며 매년 최소 38억달러가 나노기술 연구개발에 투자되고 있다.신흥 나노테크놀로지에 대한 글로벌 자금은 최근 몇 년 동안 매년 45% 증가했으며,[8] 2013년에는 제품 매출이 1조 달러를 초과했습니다.나노의약품 산업이 계속 성장함에 따라 경제에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

약물 전달

나노입자(위), 리포좀(중간), 덴드리머(아래)는 나노의학에서 사용하기 위해 조사되고 있는 나노물질이다.

나노기술은 [9][10]나노입자를 이용해 특정 세포에 약물을 전달할 수 있는 가능성을 제공해 왔다.전체 약물 소비와 부작용은 활성 약제를 병적 영역에만 축적하고 필요 이상의 용량으로 축적함으로써 유의하게 감소할 수 있다.표적 약물 전달은 소비 및 치료 비용 감소와 함께 약물의 부작용을 줄이기 위한 것이다.또한 표적 약물 전달은 건강한 세포에 대한 바람직하지 않은 노출을 최소화함으로써 조약에 의해 보유되는 부작용을 감소시킨다.약물 전달은 신체의 특정 장소와 일정 기간에 걸쳐 생물학적 가용성을 극대화하는 데 초점을 맞춘다.이것은 나노 공학 장치에 [11][12]의한 분자 표적에 의해 잠재적으로 달성될 수 있다.의학 기술에 나노 스케일을 사용하는 것의 이점은 작은 장치들이 덜 침습적이고 아마도 몸 안에 이식될 수 있다는 것이다. 그리고 생화학 반응 시간은 훨씬 짧다.이 장치들은 일반적인 약물 [13]전달보다 더 빠르고 민감하다.나노의학을 통한 약물 전달의 효율은 주로 a) 약물의 효율적인 캡슐화, b) 신체 목표 부위에 대한 약물의 성공적인 전달, c) [14]약물의 성공적인 방출에 기초한다.2019년까지 [15]몇 가지 나노 전달 약물이 시판되었다.

약물 전달 시스템(지질[16] 또는 폴리머 기반 나노 입자)[17][18][19]은 약물의 약물 동태생물 분포를 개선하도록 설계될 수 있습니다.그러나 나노의학의 약동학과 약역학은 [20]환자마다 매우 가변적이다.신체의 방어 메커니즘을 [21]피하도록 설계되었을 때, 나노 입자는 약물 전달을 개선하는 데 사용될 수 있는 유익한 특성을 가지고 있습니다.복잡한 약물 전달 메커니즘이 개발되고 있는데, 여기에는 세포막을 통해 세포질로 약물을 주입할 수 있는 능력이 포함된다.유발 반응은 약물 분자가 보다 효율적으로 사용되는 한 가지 방법입니다.약물은 체내에 배치되며 특정 신호를 받았을 때만 활성화된다.예를 들어 용해도가 낮은 약물은 친수성 및 소수성 환경이 모두 존재하는 약물 전달 시스템으로 대체되어 용해성이 [22]향상된다.약물 전달 시스템은 또한 조절된 약물 방출을 통해 조직 손상을 예방하거나, 약물 제거율을 낮추거나, 배포량을 줄이고, 비표적 조직에 미치는 영향을 줄일 수 있다.그러나 나노와 마이크로 사이즈의[21] 물질에 대한 숙주의 반응과 체내 특정 장기의 표적이 어려워 이들 나노 입자의 생물 분포는 아직 불완전하다.그럼에도 불구하고 나노 입자 시스템의 잠재력과 한계를 최적화하고 더 잘 이해하기 위한 많은 작업이 여전히 진행 중입니다.나노 입자에 의해 표적화 및 분포가 강화될 수 있다는 것이 연구의 진보로 입증되었지만, 나노 독성의 위험은 그 의학적 용도를 [23]더욱 이해하는 데 있어 중요한 다음 단계가 되었다.나노 입자의 독성은 크기, 모양, 물질에 따라 다르다.이러한 요인은 발생할 수 있는 축적 및 장기 손상에도 영향을 미칩니다.나노 입자는 오래 지속되도록 만들어지지만, 분해되거나 배설될 수 없기 때문에 장기, 특히 간과 비장에 갇히게 된다.이러한 비생물 분해성 물질의 축적은 [24]생쥐의 장기 손상과 염증을 일으키는 것으로 관찰되었습니다.불균일한 정지 자기장의 영향을 받아 종양 부위에 자기 표적 나노 입자를 전달하는 것은 종양 증식을 촉진할 수 있다.항종양 효과를 피하기 위해 교대로 전자기장[25]사용해야 한다.

나노 입자는 항생제 내성을 감소시키거나 다양한 항균제 사용을 [26][27][28][29]위해 연구되고 있다.나노 입자는 또한 다중 약물 저항([9]MDR) 메커니즘을 우회하는 데 사용될 수 있습니다.

조사 대상 시스템

지질 나노 기술의 발전은 의료 나노 소자와 새로운 약물 전달 시스템을 엔지니어링하고 감지 응용 [30]프로그램을 개발하는 데 중요한 역할을 했습니다.예비연구 중인 마이크로RNA 전달을 위한 또 다른 시스템은 [31]암에서 조절된 두 개의 다른 마이크로RNA의 자가조립에 의해 형성된 나노입자이다.한 가지 잠재적인 적용은 나노 전자공학 시스템이 약물의 활성 방출을 위해 조사되고 있는 것과 같은 작은 전기기계 시스템과 철 나노 입자 또는 [32]금 껍질로 가능한 암 치료를 위한 센서에 기초한다.

적용들

시판되고 있는 나노 테크놀로지 기반 의약품 또는 인체 임상시험에는 다음과 같은 것이 있습니다.

  • 미국 식품의약국(FDA)[33]이 유방암, 비소세포폐암([35]NSCLC)[34] 및 췌장암 치료에 승인한 아브락산은 나노 입자 알부민 결합 파클리탁셀이다.
  • 독실은 원래 FDA에 의해 HIV 관련 카포시 육종에 대한 사용을 승인받았다.그것은 현재 난소암과 다발성 골수종 치료에도 사용되고 있다.그 약은 유통되고 있는 약물의 수명을 연장하는 데 도움이 되는 리포좀에 들어있다.리포좀은 수성 공간을 둘러싸고 있는 지질 이중층으로 구성된 자체 조립형, 구형, 닫힌 콜로이드 구조입니다.리포좀은 또한 기능을 증가시키는데 도움을 주며, 특히 [36]심장 근육에 약물이 가하는 손상을 줄이는데 도움을 준다.
  • 전이성 췌장암 치료를 위한 리포좀 캡슐화 이리노테칸은 2015년 [37]10월 FDA의 승인을 받았다.
  • 라파무네는 이식 후 장기 거부반응을 막기 위해 2000년 FDA의 승인을 받은 나노결정 기반 의약품이다.나노결정 성분은 약물의 용해성과 용해율을 증가시켜 흡수를 개선하고 높은 생물학적 [38]가용성을 가져옵니다.
  • 카베누바카보테그라비르 연장 방출 주입 나노 현탁액 및 릴피비린 연장 방출 주입 나노 현탁액으로 FDA에 의해 승인되었다.성인의 HIV-1 감염 치료를 위한 완전한 식이요법으로 치료 실패 이력이 없고 카보테그라비르에 대한 알려진 저항성이 없는 안정적인 항레트로바이러스 식이요법(mL당 50개 미만의 HIV-1 RNA)에서 바이러스학적으로 억제된 현재의 항레트로바이러스 식이요법을 대체한다.릴피비린도 있어요이것은 한 달에 한 번 투여되는 HIV-1 감염 성인에 대한 FDA의 승인을 받은 최초의 완전한 주사제이다.

이미징

생체이미징은 도구와 장치가 [39]개발되고 있는 또 다른 분야입니다.나노 입자 조영제를 사용하면 초음파, MRI 등의 영상이 잘 분포되어 조영도가 향상됩니다.심혈관 영상촬영에서 나노 입자는 혈액 웅덩이, 허혈, 혈관신생, 아테롬성 동맥경화증 및 염증이 [39]있는 부위의 시각화에 도움을 줄 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

나노 입자의 작은 크기는 나노 입자들이 종양학,[9] 특히 영상학에서 매우 유용할 수 있는 특성으로 가득 차게 합니다.자기공명영상(MRI)과 함께 사용하면 양자 닷(크기 조절 가능한 발광 등 양자 구속 특성을 가진 나노 입자)이 탁월한 종양 부위의 영상을 만들어 낼 수 있다.셀렌화카드뮴(양자점) 나노입자는 자외선에 노출되면 빛을 낸다.주사를 맞으면 암 종양으로 스며든다.의사는 빛나는 종양을 볼 수 있고, 그것을 보다 정확한 종양 제거의 지침으로 사용할 수 있다.이 나노 입자들은 유기 염료보다 훨씬 밝기 때문에 들뜨기 위해 하나의 광원만 있으면 된다.이것은 형광 양자 도트를 사용하면 조영제로 사용되는 오늘날의 유기 염료보다 더 높은 조영 이미지를 더 저렴한 비용으로 생성할 수 있다는 것을 의미합니다.단점은 양자점이 보통 상당히 유독성 원소로 만들어지지만 형광 [40]도판트를 사용함으로써 이러한 우려를 해결할 수 있다는 것이다.

움직임을 추적하는 것은 약물이 얼마나 잘 유통되고 있는지 또는 물질이 어떻게 대사되는지를 결정하는 데 도움을 줄 수 있다.몸 전체의 작은 세포군을 추적하는 것은 어렵기 때문에 과학자들은 세포를 염색하곤 했다.이 염료들은 빛을 발하기 위해 특정 파장의 빛에 의해 흥분되어야 했다.다른 색 염료가 다른 빛의 주파수를 흡수하는 동안, 세포만큼 많은 광원이 필요했습니다.이 문제를 회피하는 방법은 발광 태그를 사용하는 것입니다.이 태그는 세포막을 [40]관통하는 단백질에 부착된 양자점입니다.점들은 크기가 랜덤할 수 있고, 생물 불활성 물질로 만들어질 수 있습니다. 그리고 그것들은 색이 크기에 따라 달라지는 나노 크기의 특성을 보여줍니다.그 결과, 양자 닷군을 형광화하기 위해서 사용하는 빛의 주파수가, 다른 그룹을 형광화하기 위해서 필요한 주파수의 짝수배가 되도록 사이즈가 선택된다.두 그룹 모두 하나의 광원으로 점등할 수 있습니다.그들은 또한 나노 입자[41] 신체의 환부에 삽입하여 종양 성장이나 수축 또는 장기 [42]장애를 나타내는 빛을 내는 방법을 발견했다.

센싱

나노기술은 랩온칩 기술의 한 차원입니다.적절한 항체에 결합된 자성 나노 입자는 특정 분자, 구조 또는 미생물에 라벨을 붙이기 위해 사용됩니다.특히 실리카 나노입자는 광물리학적 관점에서 불활성이며 나노입자 [43]쉘 내에 다수의 염료가 축적될 수 있다.DNA의 짧은 부분으로 태그된 금 나노 입자는 샘플의 유전자 배열 검출에 사용될 수 있다.생물학적 분석을 위한 다색 광학 부호화는 고분자 마이크로비드에 서로 다른 크기의 양자 닷을 내장함으로써 달성되었다.핵산 분석을 위한 나노포어 기술은 뉴클레오티드 줄을 직접 전자서명으로 [citation needed]변환한다.

암세포가 남긴 단백질과 다른 생체지표를 검출할 수 있는 수천 개의 나노와이어를 포함하는 센서 테스트 칩은 환자의 혈액 [44]몇 방울에서 암을 초기에 발견하고 진단할 수 있게 해준다.나노 기술은 의사들이 작은 절개로 수술을 할 수 있도록 조명과 카메라로 수술에 사용되는 연필 크기의 장치인 관절경 사용을 발전시키는데 도움을 주고 있다.절개 부위가 작을수록 회복 시간이 빨라 환자들에게 더 좋습니다.그것은 또한 머리카락 [45]한 가닥보다 작은 관절경을 만드는 방법을 찾는데 도움을 주고 있다.

나노일렉트로닉스 기반 암 진단에 대한 연구는 약국에서 할 수 있는 실험으로 이어질 수 있다.결과는 매우 정확하고 제품은 저렴할 것으로 예상됩니다.그들은 매우 적은 양의 혈액을 채취하여 약 5분 안에 신체 어느 곳에서나 암을 발견할 수 있습니다. 기존의 실험실 검사보다 천 배나 더 좋은 민감도로요.이 장치들은 암 단백질을 검출하기 위해 나노와이어로 만들어졌으며, 각각의 나노와이어 검출기는 다른 암 [32]표지에 민감하게 반응하도록 준비되었다.나노와이어 검출기의 가장 큰 장점은 10개에서 100개의 유사한 의료 조건을 테스트 [46]장치에 추가 비용 없이 테스트할 수 있다는 것이다.나노 기술은 또한 암의 발견, 진단, 치료를 위한 종양학을 개인화하는 데 도움을 주었다.그것은 이제 더 나은 수행을 위해 개개인의 종양에 맞춰질 수 있다.그들은 [47]암의 영향을 받고 있는 신체의 특정 부위를 목표로 삼을 수 있는 방법을 찾아냈다.

패혈증 치료

투석과는 달리 용질 확산반투과성 막에 걸친 유체의 초여과 원리로 작동하는 나노입자에 의한 정화는 물질의 [48]특정 표적을 가능하게 한다.또한 일반적으로 투석할 수 없는 더 큰 화합물을 [49]제거할 수 있습니다.

정화 과정은 강자성 또는 초파라매틱 특성을 [50]가진 기능성 산화철 또는 탄소 코팅 금속 나노 입자에 기초한다.단백질,[48] 항생제 [51]또는 합성배위자[52] 의 결합제가 입자 표면에 공유 결합되어 있다.이 결합제는 응집체를 형성하는 표적종과 상호작용할 수 있다.외부 자기장 구배를 적용하면 나노 입자에 힘을 가할 수 있다.따라서 입자를 벌크유체로부터 분리하여 [53][54]오염물질로부터 제거할 수 있습니다.

기능화 나노자석의 작은 크기(< 100 nm)와 큰 표면적은 혈액의 정화를 위해 임상적으로 사용되는 표면 흡착에 기초한 기술인 혈액융합에 비해 유리한 성질을 가진다.이러한 장점은 높은 부하와 결합제 접근성, 표적 화합물에 대한 높은 선택성, 빠른 확산, 작은 유체역학적 저항 및 [55]낮은 용량이다.

조직공학

나노테크놀로지는 적절한 나노재료 기반의 비계 및 성장인자를 사용하여 손상된 조직을 재생성, 복구 또는 재형성하는 데 도움이 되는 조직공학의 일부로 사용될 수 있다.조직 공학이 성공하면 장기 이식이나 인공 이식 같은 기존의 치료법을 대체할 수 있습니다.그래핀, 카본나노튜브, 몰리브덴이황화물, 텅스텐이황화물 등의 나노입자를 강화제로 사용하여 골조직 공학적 응용을 위한 기계적으로 강한 생분해성 고분자 나노복합체를 제작하고 있다.저농도(~0.2 중량%)에서 고분자 매트릭스에 이러한 나노 입자를 추가하면 고분자 나노 [56][57]복합체의 압축 및 휨 기계적 특성이 크게 개선됩니다.잠재적으로, 이러한 나노 컴포지트는 뼈 [citation needed]이식물로 새롭고, 기계적으로 강하고, 가벼운 복합물로 사용될 수 있습니다.

예를 들어 적외선 레이저에 의해 활성화된 금피복 나노셸 현탁액을 사용하여 닭고기 두 조각을 하나의 조각으로 융합하는 살 용접기가 시연되었습니다.이것은 [58]수술 중에 동맥을 용접하는 데 사용될 수 있다.또 다른 예는 신장에 나노의학을 사용하는 나노신경학이다.

의료 기기

신경 전자 인터페이스는 컴퓨터가 신경계에 결합되고 연결될 수 있게 해주는 나노 디바이스의 건설을 다루는 비전적인 목표이다.이 아이디어는 외부 컴퓨터에 의한 신경 자극의 제어와 검출을 가능하게 하는 분자 구조의 구축을 필요로 한다.재급유 가능한 전략은 에너지가 외부 음파, 화학, 테더링, 자기 또는 생물학적 전기 소스로 지속적으로 또는 주기적으로 재급유되는 것을 의미하며, 재급유 불가능한 전략은 모든 에너지가 고갈되면 모든 전원이 내부 에너지 저장소에서 공급된다는 것을 의미합니다.사람의 혈액과 [59]수박을 포함한 바이오유체의 포도당을 이용한 자가발전 나노소자용 나노크기의 효소 바이오연료전지가 개발됐다.이 혁신의 한 가지 제한은 전기 간섭, 누전 또는 소비 전력에 의한 과열이 발생할 수 있다는 점입니다.구조의 배선은 신경계에 정확히 배치되어야 하기 때문에 매우 어렵습니다.인터페이스를 제공할 구조는 인체의 면역 [60]체계와도 호환되어야 한다.

셀 수복기

분자 나노 기술은 나노 기술의 투기적인 하위 분야로, 분자 또는 원자 [citation needed]규모로 물질을 재배열할 수 있는 기계인 엔지니어링 분자 조립자의 가능성에 관한 것입니다.나노의학은 몸에 도입된 나노로봇을 이용하여 손상과 감염을 치료하거나 탐지할 것이다.분자 나노 기술은 매우 이론적이며, 나노 기술이 어떤 발명을 낳을지 예측하고 향후 연구를 위한 의제를 제안하려고 합니다.분자 조립기나 나노로봇과 같은 분자 나노 기술의 제안된 요소들은 현재의 [1][60][61]능력을 훨씬 뛰어넘습니다.나노의학의 미래 발전은 노화의 원인이라고 생각되는 많은 과정을 복구함으로써 수명을 연장시킬 수 있다.나노 테크놀로지의 창시자 중 한 인 에릭 드렉슬러는 1986년 저서 '창조의 엔진'에서 세포 내에서 작동하며 아직 가상의 분자 기계를 이용하는 세포 복구 기계를 가정했으며,[1] 1999년 로버트 프리타스의 의학 나노로봇에 대한 첫 번째 기술적 논의가 등장했다.미래학자이자 트랜스휴머니스트인 레이먼드 커즈와일의 책 "The Singularity Is Near"에서 [62]2030년까지 첨단 의학 나노로보틱스가 노화의 영향을 완전히 치료할 수 있을 것으로 믿는다고 말했다.리처드 파인만에 따르면,c. 파인만의 이론적인 마이크로머신(나노테크놀로지 참조)에 의학적인 사용을 제안한 사람은 그의 전 대학원생이자 공동 연구자인 앨버트 힉스였다.Hibbs는 특정 수리 기계의 크기가 언젠가는 이론적으로 (파인만의 표현대로) "의사를 삼킬 수 있을 정도로 줄어들 수도 있다고 제안했다.이 아이디어는 파인만의 1959년 에세이 [63]"밑바닥에 많은 공간이 있다"에 통합되었다.

「 」를 참조해 주세요.

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