Dermatoonkoloji Gündemi - NANODERMATOLOJİ

NANODERMATOLOJİ Dr. Melih Akyol Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi Dermatoloji Anabilim Dalı Sivas

NANODERMATOLOJİ Nanoteknoloji nedir?

Genel bilgiler

Nanogüvenlik Nanodermatolojik çalışma alanları ve örnek çalışmalar

Atomlara doğrudan müdahale ile…

NANOTEKNOLOJİ

Nanoteknoloji nedir?

• Gelişmekte olan bir bilim alanı • 1-100 nanometre (nm) arasındaki yapıların kullanıldığı…

• Bir saç telinin genişliği 80.000 nm

Toplu iğne başı büyüklüğü= 1 mm

= 1.000.000 nm

80.000 nm= 0.08 mm

• Nano kelimesi, Yunanca “cüce” • Nanoteknoloji tanım

Nanoteknoloji yaklaşık olarak 1-100 nm arasındaki ölçülerde, kendine özgü bir fenomen olarak yeni uygulamalar yaratabilen materyallerin anlaşılması ve kontrol edilmesidir. Nano düzeyde araştırma, mühendislik ve teknoloji kapsamında nanoteknoloji, bu uzunluk skalasındaki materyalleri görüntüleme, ölçme, modelleme ve manipule etmeyi kapsamaktadır.

“Atom” mu “Nano” mu?

• Atomlar – Sofistike mikroskoplarla bile yeterli görüntülenememekte

• Nanopartiküller – Atomlardan büyük ve atomlar gibi günlük hayatımızda her yerde var…

• Silikon atomlarının arasındaki boşluk 0.078 nm • ATP sentaz enziminin çapı 10 nm • DNA çapı -2-0.5 nm

– Ama nanopartikülleri daha rahat görebiliriz.

Nanoteknolojide Ä°zlenen Yollar

Self-asembly

Nanoyapıların özellikleri • Nanopartiküllerin bazıları birkaç atomdan bazıları ise birkaç bin atomdan oluşur – Oysa büyük materyallerde milyarlarca atom – Bu farklılık ile nanopartiküllerin, • Diğer materyallerle reaksiyon verme, • Renk, • Yüksek ısılarda erime gibi kendine özgü özelliklere sahip olması

Altın

Nano büyüklükte altın

İnerttir

Diğer materyallerle reaksiyon verebilir

Işığı yansıtır

Işığı absorbe edebilir

Sarı renkli

90 nm boyutta mavi-yeşil, 30 nm boyutta ise kırmızı renkli

1064⁰C’de erir

2.5 nm boyutta altın 300⁰C ‘de erir

İYİ AMA NEDEN BÖYLE OLUYOR?

Maddelerin yüzey alanı/hacim ilişkisi

Nano araçlar

Optik mühendis lik

Nano biotekno loji

Biomü hendislik

Tıp ve ilaçlar

Enerji

Savunma Güvenlik

Kozme tikler

Yenilikçi Uygulamalar

NANOTEKNOLOJİ

nanotek stil Diğerleri

Nanomedikal teknoloji • Nanoteknoloji tıpta büyük oranda uygulamaya açık yeni materyallerin geliştirilmesi…

• Hastalıkların – tanısı, – izlenmesi ve – tedavisi için nanobiyosensörler tasarlamak

• Kanser, diyabet, ateroskleroz, Alzheimer hastalığı ve HIV enfeksiyonu gibi pek çok hastalıkta, her bir hasta ya da hastalığın her bir gelişim dönemine adapte edilebilecek kişiselleşmiş tıp uygulamaları • Moleküler hedefler için ilaçların taşınması için taşıyıcı nanoyapılar – ilaçların toksisitelerin azalma – etkinliklerinin artırılması

Birkaç terminolojik tanımlama • Nanopartiküller – Organikler • lipozomlar ve • dendrimerler

– İnorganikler • Kuantum noktaları, • Karbon nanotüpler ve • Metalik nanopartiküller

Çekirdek ve kabuk

Tanısal nanometrik aletler Nano-tellere eklenmiş tanımlı antikorlara bağlanan, örneğin virüslerin, nano-telde oluşturduğu elektriksel akıma göre anlık virüs tanımlaması

Virüs bağlanınca elektriksel değişimin ölçülmesi

Floresan belirteç olarak kuantum noktaları • Hücre ve dokularda moleküllerin floresan belirteçleri

İmmün sistemden korur

– Lazer ışımasıyla, tümörleri lokalizasyonunda yoğun floresan üretimi

• En az toksik olduğuna inanılan, silikon noktaları – Işığa maruz kalınca yoğun floresan etki

Oksidasyondan korur

Kuantum noktaları ile tümörlerin işaretlenmesi, tanı ve fotodinamik tedavide nanomateryaller – Erken tanı,

• Tümör spesifik antikorlarla tümör hücrelerini seçici olarak belirlenmesi

– Sentinel lenf bezi belirlenmesi,

• Farelerde kuantum dotlarının enjeksiyonu ile daha net sentinel lenf bezi haritalaması

– Mohs cerrahisi ve – Fotodinamik tedavi için

• Kuantum dotları, fotoduyarlandırıcı moleküller gerekmeksizin oksijen radikalleri oluşturabilir böylece, kuantum dotları bu nedenle fotodinamik tedavide yeni aktif ajanlar olarak – Bununla birlikte, ağır metal oldukları için kullanımları sınırlanabilir, toksisiteleri de bilinmiyor

İlaç taşınması ve salınım sistemleri-1 • Nanopartiküller – Hedefe ilaç taşınması • Özel bir uyarı ya da anahtar ile • Terapötik seçicilik ve kusursuzluk

İlaç taşınması ve salınım sistemleri-2 • Nanoemülsiyonlar

– Dermatolojide umut vaat eden uygulamalardır

• Titanyum oksit içeren günperdeleri

– Transparan oldukları için kozmetik olarak kullanım rahatlığı

• Antioksidanlar, antiinflamatuar ilaçlar, fotoduyarlandırıcılar, antimikrobiyal ajanlar vs…

– Emilimlerinin çok daha iyi olması

Hücre membranının yapısı

Lipozomlarla hücre membranın aşılması

Lipozomlar içinde ilaçlar…

• Lipozomlar içinde enkapsüle edilmiş antioksidan vitaminleri içeren solüsyonlar, havayla temas nedeniyle okside olmalarını önler ve biyoyararlanımlarını artırır • Finasterid gibi antiandrojenik ilaçlar ve retinoidler de enkapsüle edilebilirler ve bu ilaçların sistemik uygulamayla birlikteki yan etkileri azalır.

• Kıl folikülü kanalı, ilaç penetrasyonun için önemli

– Nanotaşıyıcıların çapına bağlı penetrasyon • 500 nm’den büyük taşıyıcı sistemlerde hedef, kıl folikülü kompartımanları iken, • 200 nm’den küçük taşıyıcı sistemlerde hedef, hücre populasyonları…

– Bunun bazı avantajları

• Yüksek derecede seçicilik • Etkilenmemesi gereken dokunun korunması • Daha az sıklıkta uygulama • İlacın degradasyondan korunması

Metalik nanopartiküllerle termal ablasyon • Fototermal özellikleri nedeniyle, nanoyapılar ablatif lazer tedavisinde aday

– Uygun dalga boyunda lazer bir nanoyapının metalik yüzeyinde ısı üreterek plazmonları uyarabilir.

– Bu teknoloji, birkaç santimetre derindeki dokulara penetre olabilen ve ekseriyetle kırmızı ya da yakın infrared ışığı kapsayan ışık kaynağı temelli tedavileri geliştirebilir.

• Özellikle altın nanopartiküllerini hipertermi tedavisi için:

– Altın nanorodlar ve – Silikonla kaplı altın nanopartikülleri

Tanımlanmış nanopartiküllerle termal ablasyon • Uygun yüzey molekülleri (antikorlar) kullanarak malign hücrelerin ve/veya deri tümörünü besleyen damarlarına seçici termal hasar verebilen spesifik moleküler hedefleri seçmek

– Farelerde anti-EGFR antikorlarıyla konjuge altın nanopartikülleri, benign hücreler için gerekli enerjinin yarısıyla malign hücreleri yok etmek – Melanomlarda yüksek oranda eksprese edilen melanokortin-1 reseptörünün agonisti olan bir peptide ekli altın nanopartikülleri kullanılarak farelerde melanomların seçici fototermal ablasyon

Fulleren ailesi

Güvenlik ve yeni toksisiteler • Nanopartiküllerin güvenliğini belirlemede temel unsurlar:

– Nanopartikülün vücuda nasıl girdiği – Büyüklüğü (daha küçük nanopartikül daha toksik) – Biyouyumluluğu – Biyobozunurluğu

Toksisite/sitotoksisite

Allerjen

Otoimmün hastalıklar

İrritan

METABOLİZMALARI BİLİNMİYOR

Nanodermatolojide Örnek Çalışmalar-1 Jung HS, et al. ACS Nano.

2014 Jan 28;8(1):260-8.

– Nanografen oksithyaluronik asit konjugasyonu – Melanomalı fare – İnfrared ışıma – 30 dk konjugat uygulaması, 10 dk. İnfrared ışıma – Tümörde küçülme

Nanodermatolojide Örnek Çalışmalar-2 • Tagne et al. Mol. Pharmaceutics.

2008; 5 (6): 1055-63

– Dakarbazin kanserlerin tedavisinde ciddi yan etkileri ve toksisitesi – Nanoemülsiyon salınım sistemleri ile; • Yağ çözünür bileşikleri suda çözünür bileşiklere çevirir, böylece ilacın potansiyel toksisitesi azalır.

• Mevcut ilacın partikül çapı nano seviyeye iner, böylece daha derin ve daha uzağa penetrasyon sağlanır.

• İlacı da içine alan nanoemülsiyonun artmış yüzey/hacim oranı hem biyoyararlanımı hem de farmasötik etkinliği artırır.

– Fare melanom modelinde nanoemülsiyon, diğer uygulamalara göre daha etkin…

Nanodermatolojide Örnek Çalışmalar-3 • Kavyashree D et al. ACS Sustainable Chem. Eng. 2015; 3: 1066-80 – Nanoyapıdaki metal oksitlerin, negatif yüklü mikroorganizmalarla pozitif yüklü nanopartiküller arasındaki elektrostatik çekim güçleri nedeniyle antimikrobiyal ajanlar olarak geliştirilebilirler.

– Bu çalışmada, her ne kadar nanoteknoloji 1-100 nm boyuttaki materyallerle ilgilense de daha büyük yapıdaki ve molekül-atom birleşimi yöntemiyle üretilen süper yapıdaki çinko oksitin kuvvetli antifungal aktivitesi

Antifungal özellik kazanan

çinko oksit

Teoriden uygulamaya geçişte çok temel araştırma merkezlerine olan gereksinimle birlikte, dermatoloji alanında nanoteknolojik yaklaşımlarla sıkça karşılacağız…