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Nanomedizin modul
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Nanomedizin modul

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  • 1. Nanomedizin Gesamtversion
  • 2. 1. Einführung
  • 3. Die Dimension des Nanometers Quellen: Diverse
  • 4. Die Dimension des Nanometers Quellen: Diverse 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 nm nm nm nm μ m μ m μ m mm mm mm mehrzellige Organismen eukaryotische Zellen Bakterien Viren org. Moleküle Atome Makromoleküle Zellorganellen 1 nm = 10 -9 m Menschliches Haar
  • 5. Quellen: sinnesphysiologie.de / kt.infrarot.de / uni-saarland.de / NANO-4-SCHOOLS 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 nm nm nm nm μ m μ m μ m mm mm mm menschliches Auge Lichtmikroskopie Elektronenmikroskopie Rastersondenmikroskopie mehrzellige Organismen eukaryotische Zellen Bakterien Viren org. Moleküle Atome Makromoleküle 0.2 nm 0.2 μ m 0.2 mm Blick in die Nanowelt
  • 6. Detektor (Photodiode) piezogesteuerte Messeinheit mit Federbalken Probe (Oberfläche = Topographie) Laserstrahl Quelle: Nanosurf Das Rasterkraftmikroskop (AFM)
  • 7. Quelle: EMPA Topographie-Lernprogramm; almaden.ibm.com/vis/stm/gallery.html Alpenlandschaft (25 km 2 ) Reliefdarstellung einer sandgestrahlten Oberfläche (0.25 mm 2 ) (AFM-Aufnahme) STM-Aufnahme einer Kupferoberfläche (ca. 5 nm 2 ) Topographie: eine Frage der Grössenordnung
  • 8. Was ist Nanomedizin?
    • Einsatz von Nanotechnologie für
    • Diagnose
    • Monitoring
    • Behandlung von Krankheiten
    • Voraussetzung:
    • Wissen um die Funktionen der Gene und Proteine, damit Krankheiten auf molekularer Ebene diagnostiziert und behandelt werden können.
    • Beispiele:
    • Gentherapie
    • Proteintherapeutika
    • Einsatz von Antikörpern zur gezielten Medikamentenabgabe in kranken Geweben.
  • 9. Fünf Hauptanwendungsfelder
    • Wirkstofftransport
    • Neue Therapien und Wirkstoffe
    • In-vivo-Diagnostik
    • In-vitro-Diagnostik
    • Medizinische Implantate
    Quelle: Hessen-Nanotech Broschüre „Nanomedizin“ (Band 2) Die meisten Firmen entwickeln Wirkstofftransportsysteme. Aufgliederung der Unternehmen (weltweit) mit Nanomedizin-Aktivitäten nach Anwendungsfeldern. (Quelle: VDI Technolgoie-zentrum GmbH)
  • 10. 2. Anwendungen
  • 11. Nanoroboter
  • 12. Verbreitung am Markt Markteintritt Prototyp Konzept Antimikrobielle Beschichtungen Biosensoren Nanoskalige Kontrastmittel Nanokrebstherapie Neuro-Kopplung Nanopartikel als Markerstoffe Nanopartikel zum Wirkstofftransport Lab-on-a-chip Systeme Biokompatible Implantate Theranostik Tissue Engineering Intelligente Drug Delivery-Systeme Molekulare Krebs-früherkennung Quelle: Hessen Nanotech „Nanomedizin“ 0-5 Jahre 5-10 Jahre 10-15 Jahre Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizin
  • 13. Quelle: DiaCCon GmbH Mit nanometergrossen Diamantpartikeln beschichtete Gelenkimplantate haben besonders gute Gleiteigenschaften und zeigen zudem eine stark verminderte Abriebsbildung. > erhöhte Biokompatibilität und Langzeitstabilität Knieprothese Schenkelhalsprothese Biokompatible Implantate
  • 14. Quelle: MagForce GmbH Nano-Eisenpartikel lagern an die Zellen des Glioblastoms resp. werden in diese aufgenommen. Nano-Eisenpartikel werden in das Tumorgewebe eingespritzt. Mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes werden die magnetischen Nano-Eisenpartikel erwärmt, dadurch wird der Tumor zerstört! Glioblastom: aggressiver, schnell wachsender Hirntumor Nanokrebstherapie
  • 15. Quelle: www.hessen-nanotech.de krankes Gewebe oder Krankheitserreger Y Marker („Schloss“) Y Y Y Zielfindungsmolekül („Schlüssel“) z.B. Oligo-nukleotid oder Eiweiss Kontrastmittel z.B. Lanthanide als Quantenpunkte (Dots) Das Kontrastmittel und das Zielfindungsmolekül werden an einen Nanopartikel gekoppelt. Durch das Zielfindungsmolekül erfolgt die Anreicherung im kranken Gewebe oder auf einem Krankheitserreger. Nanoskalige Kontrastmittel Nanopartikel z.B. Phosphor
  • 16. Liposomen sind nanoskalige Aggregate bestehnd aus einer Doppelschicht Phospholipid-Molekülen. Damit lassen sich Wirkstoffe einkapseln und im Körper gezielt transportieren. Die gleiche Funktion haben Micellen, Polymer-Nanopartikel, Polymer-Wirkstoff-Konjugate oder anorganische Nanopartikel. Beispiel: PEGASYS (Polymer-Protein-Konjugat). hydrophober Schwanz hydrophiler Kopf Micelle Phospholipid-Molekül Liposom Quellen: Encyclopedia Britannica Wirkstofftransport: Liposomen
  • 17. Quellen: wikipedia; Gambro Micelle Semipermeable, nanoporöse Filtermembranen bilden wirksame Barrieren für Viren. Dadurch sinkt bei der Blutdialyse das Infektionsrisiko! Nanoporöse Membran aus Silicium 50 nm Nanofiltration
  • 18. 3. Nanomedizin: Anwendungen
  • 19. Selbstdiagnostika Microarrays Lab-on-a-chip-Systeme Übersicht Nanoanalytik
  • 20. Quellen: Migros; NANO-4-SCHOOLS negativ positiv Selbstdiagnostika
  • 21. Biochip mit Biosensor Lab-on-chip-Systeme
  • 22. Aufbau Biochip Quelle: thinXXS Microtechnology AG
  • 23. Goldelektroden Fänger-molekül gesuchte Probe (DNS) Biotin alkalische Phosphatase Substrat Phosphat aus Substrat Reduktions-Oxi-dationszyklus des Phosphates löst Stromfluss aus Quelle: Pictures of the future. Herbst 2004 Biosensor – Funktionsprinzip Quicklab
  • 24. Cantilever werden mit Fängermolekülen bestückt. Binden passende Moleküle aus der Probe an ein Fängermolekül, führt dies zu einer Auslenkung des Cantilevers. Dies kann mit einem Laser gemessen werden. Quelle: Concentris Biosensor auf Basis der Cantilevertechnik
  • 25. Microarrays – Gen-Chips 13 mm
  • 26. Auswertung Microarrays I
  • 27. Auswertung Microarrays II Quelle: www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/material/zelle/dna1/index.html
  • 28.
    • Komplexe Analysen dezentral, direkt in der Arztpraxis oder beim Patienten (Lab-on-a-chip Systeme)
    • Einfache Bedienbarkeit
    • Kleine Probemengen
    • schnelle Resultate (Sekunden bis Minuten)
    • Modulartiger Aufbau der Systeme erlaubt unterschiedliche Analysen mit dem gleichen Gerät
    • Personalisierung der Medizin
    • Kosteneinsparung (?)
    Auswirkungen der Miniaturisierung
  • 29. Personalized Genomics – Sinn und Unsinn

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