Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Untitled Prezi

No description
by

Raluca Rain

on 9 April 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Untitled Prezi

Abstract Introducere Eliberare de principii active
-terapie genica – crestere neuronala si regenerare
-substante de contrast
-tratament Alzheimer – complecsi chelati metalici-nanoparticule


* lipozomi: nanosfere alcatuite din suprafata bilipidica + PEG

*polimer biodegradabil - poli(acid lactic-co-glicolic) sau PLGA prin incorporare de liganzi specifici/inglobare de hidrogeluri

*fulerene si metalo-fulerene – imagistica medicala, neuroprotectie

*ghidarea neuronalã: self-assembly scaffolds – peptide ionice complementare + peptide amfifile

Înlocuirea neuronilor ca urmare a implantãrii electrozilor neuronali cu astrocite si celule gliale poate fi combatutã stimulând cresterea neuronalã înspre electrozi.


Nanobiomateriale si Implanturi
in Neurologie Neurogeneza * Majoritatea neuronilor se dezvoltã intrauterin;

* precursori neurali – celule stem neurale: diferite tipuri de neuroni si celule gliale;

* Diferenţierea: diviziunea celulei stem celula progenitoare timpurie(CPT) < celula stem

* CPT: astrocite, neuroni sau oligodendrocite. Migrare * Dupa nastere neuronii migreaza in locatia lor specifica unde isi vor desfasura activitatea

* Doar 1/3 ajung la destinatie

* Diferentierea in ultima etapa depinde de alte celule * Multi neuroni mor in timpul migrarii si diferentierii sau datorita unor patologii: Parkinson, boala Huntington, Alzheimer;

*Noi neuroni in creierul adult: zona subventricularã si zona subgranularã.

* noi neuroni: creierul adult vs embrionar Moarte si Renastere * nanostructurile pot satisface cerinţele pentru transport ale interfeţelor electrice;
*integrare in tesuturile neuronale pe termen lung
*potentialul pentru stimulare neuronala
*dezvoltarea unor interfete celulare
*nanomateriale ce pot fi folosite in neurologie
*nanoparticule
* nanofire
*CNT
*nanocoloizi
*nanoelectrozi etc.
*Boli tratabile prin stimularea sistemului nervos:
*pierderea auzului
*durere cronicã
*diabet
*paralizia
*degenerarea retinei
*incontinenţã
*obezitate
*tumori -SPION :nanoparticule super paramagnetice folosind oxizi de fier Electrozi neuronali

* Egiptenii şi grecii foloseau şocuri electrice livrate de cãtre ţipari pentru ameliorarea durerii, tratarea hemoroizilor, îmbunãtãţirea circulaţiei sangvine.
*În 1939, Hexley şi Hodgkin foloseau electrozii neurali pentru a studia activitatea electricã din fibre neuronale individuale
*Pânã în anul 2005, conform datelor FDA, 100.000 proteze cohleare au fost implantate pentru a corecta auzul oamenilor din toatã lumea.
*diagnosticare şi tratarea problemelor neurologice prin tehnicile de înregistrare a undelor cerebrale şi pe stimularea electricã.
Aplicatii:
*implanturi cohleare
*DBS (stimulare profunda a creierului)
*corectarea disfunctiilor motorii - implanturi SNC
*traducerea proceselor constiente in actiuni ale unor sisteme externe electronice sau mecanice
*ameliorarea simptomelor bolnavilor de Parkinson si Alzheimer
*implanturi SNP - reducerea durerii, controlul contractiilor musculare, activitatii anumitor organe
*control motoriu al bolnavilor de paralizie si scleroza amiotrofica laterala
*vechile traiecte neurale pot fi inlocuite cu acesti electrozi



Electrostimularea neuralã "Astazi, Maine" "Ieri" a.Electrodul Michigan - penetrant
b.Componentã implantabilã dintr-un model mai vechi
c.Model de electrod Michigan implantat în creierul unui şsoarece de laborator [6],
d. Electrod manşsetã
e.Electrod mansşetã implantat în nervul sciatic al unei pisici
f.Schema unui implant tipic de electrod manşetã în nervul vag [10]
g.Electrod array Utah
h.Schema unui prototip de protezã de bratţ ce foloseşste electrozi Utah[34]
*interfete neurale: miscarea sarcinilor electrice intre cele doua medii
*stimulare:
*sarcini electrice livrate electrodului
*modificarea potentialului de membrana
*înregistrare: modificãrile potentialului de membranã induc curentului o micare de du-te-vino dinspre si înspre electrod.
*REDOX
*criterii biocompatibilitate: Au, Ti, TiN, Pt, IrOx, otel inoxidabil, silicon, polimeri ce conduc curentul electric, etc.
2.Procese electrice ce au loc în timpul electrostimulãrii si înregistrãrii
*Reducerea dimensiunii – excitarea si inregistrarea unui singur neuron
*Reducerea inflamãrii şi a cicatrizãrii ţesutului.
*Rezistenta mecanica – penetrarea arahnoidei si (micro)miscari (delaminare)
Probleme curente ale electrozilor neurali
A)imagine SEM pentru o reţea neural ce foloseste insule de polilisina
B)Manunchiuri de cellule
C)DAPI, cell nuclei.
D)NFM, the bundle connecting them is composed of axons and dendrites.
E)E) MAP2, neurons.
F)F) red, axons; green, dendrites; blue, cell body.
G)Retea neuronala Neuronal network compusa din 76 neuroni si o matrice de 64 electrozi
Copyright 1994, Academic Press.


*bariera creier-sange (ex:bulb olfactiv)
*Nanocoloizii precum nanoparticulele si nanotuburile de carbon sunt cele mai controversate.
*Nanoparticule de metal sau oxizi metalici
*Nanoparticule semiconductoare – specii de oxigen reactive; acoperire cu silan/PEG
*Nanoparticule organice – lipozomii si polimeri biodegradabili
*Nanotuburile de carbon – forma libera (floating CNT) – anevrisme
Biocompatibilitatea nanomaterialelor Acoperirea suprafetelor *Acoperirea suprafeţelor electrozilor permite îmbunãtãţirea rãspunsului ţesutului din zona de implantare şi a performanţelor electrozilor.
*Dexametazon, un hormon glucocorticoid sintetic reduce cicatrizarea ţesutului glial şi pierderea neuronalã.
* controlul grosimii stratului la nanoscalã. Astfel, se obţine calibrarea finã a eliberãrii de principii active şi se reduce inflamarea. De exemplu, acoperirea cu un strat nanometric de lamininã pe un implant din silicon a produs îmbunãtãţirea adeziunii celulare şi a diferenţierii celulelor corticale.
Ex: Prin depunerea electrochimicã a unor polimeri organici precum PEDOT ( poli 3, 4 etilendioxitiofan) a fost permisã controlarea grosimii stratului rezultând o interfaţã adaptabilã cu ţesutul neuronal, mult mai bunã decât cea cu electrozii metalici neacoperiţi.
Imagine SEM pentru electrozi neural acoperiti cu polimeri conducitvi
Mai mult, aceste straturi de polimer pot fi dopate cu agenţi biologici precum NGF şi proteine din matricea extracelularã ce reduc reacţia tisularã şi promoveazã creşterea neuronalã şi adeziunea. Nanotuburi de carbon Rezistenţa, duritatea, conductivitatea electricã fac din nanotuburile de carbon candidaţi excelenţi pentru interfeţele neurale.


*scaffolds pentru cresterea neuronala – control al ariei de dezvoltare+tipare de dezvoltare neuronala

*proprietati usor de modificat - functionalizare

* SWNT: o singurã „foaie” de grafena este rulatã şi închisã la fiecare capãt de o hemisferã fulerenã.

*Nanotuburile de carbon multistratificate(MWNT) sunt formate din numeroşi cilindri de grafenã dipuşi concentric.

*Nanotuburile orientate sub formã de „foi” sau de „ghem” -mediu mai bun ce promoveazã adeziunea celularã, diferenţierea şi creşterea.

CNT cresc activitatea sinapticã şi excitabilitatea neuronilor. Neuronii crescuţi pe un astfel de substrat dau dovada de:
a) curenţi postsinaptici spontani
b) rata de descãrcare comparabilã cu cea a neuronilor ce nu au intrat în contact cu astfel de substraturi


*Se cautã obţinerea unor scaffolds din CNT care sã poata ghida regenerarea nervilor dupã accidentare.


Efectele nanotuburilor asupra dezvoltãrii neuronilor:

(a) Manipulating the charge carried by functionalized MWNTs can be used to control the outgrowth and branching pattern of neuronal processes.
(b) Water-soluble SWNT-PABS ...

Pentru regenerarea neuritelor dupã accidentare, anumite cerinţe trebuie sã fie îndeplinite: *substratul trebuie sã fie o structurã de sine stãtãtoare,
* nanotuburile trebuie sã fie dispuse dupã tipare specifice
*sa permita dispersia in apa
* materialele folosite sã fie tolerate de celule.
Progresele în aceastã direcţie sunt:
*cilindrii de SWNT de sine stãtãtori formaţi din rularea pe poly(N-cetyl-4-vinylpyridinium bromide-co-N-ethyl-4-vinylpyridinium bromide-co-4-vinylpyridine);
* insule de nanotuburi de carbon incluse în micropatterned array au fost generate pentru a studia organizarea reţelelor neural
Nanostructuri fotoactive
pentru interfeţe neurale *Stimularea optica – interfete optoelectronice cu tesuturile neurale – retina artficiala
*acoperiri de semiconductori fotoactivi de natura organicã sau anorganicã de grosime nanometrica destinate folosirii ca retine artificiale.
*Ca material organic se remarcã bacteriorhodopsina, iar cele anorganice sunt din silicon sau alţi semiconductori.

În mare, aceste dispozitive se comportã ca nişte celule solare.

Caracteristicile necesare:
* flexibilitate
*proprietãţile mecanice asemãnãtoare cu cele ale retinei
*analizare sensibilitate neuronalã
*imitare sinapse
*descifrare tipare şi circuite neurale




Se pot creea pasaje ionice cu “întrerupãtoare” fotoactivate în neuroni. Asemenea neuroni generati în drosophila duc la comportamente complexe specifice regiunii cerebrale unde au fost implantaţi precum sãrituri sau zbor prin “aprindere” şi "stingerea" întrerupãtorului”[57] Figure 14. A) Schematics of the photoinduced stimulation of neurons by the layer of NPs.
B) Atomic force microscopy image of the NP layers before adhesion of neurons.
C) Kinetics of the photoinduced current in the NP layer.
D) Optical microscopy of the patch clamp contacting the neuron under investigation.
E) Train of the transmembrane potential signals of neuron adhering
to the NP film excited by the train of light pulses. Lower curve: the same signals after addition of tetrodoxine (TTX).

Adapted with permission from [207]. Copyright 2007, ACS.



•tratamentul unor boli prin stimulare electricã a SNC sau a nervilor periferici.
•Straturi de acoperire mai bune: reducerea inflamarii si lezarii esutului neural, cresterea adeziunii si viabilitãtii celulare pentru a face cuplarea neuron-dispozitiv mai bunã.
•Cresterea capacitatii electrice si reducerea impedantei la interfata
•Un design de tip “frunzã” al electrodului
•Din ce în ce mai muli electrozi vor avea incorporate substante fotosensibile pentru interfete ce rãspund la luminã
•Nanotuburile de carbon sunt sensibile la infrarosu, însã acest lucru nu înseamnã neapãrat un dezavantaj. Aceastã caracteristicã ar putea fi exploatatã în crearea de retine artificiale.
•Un subiect de interes în neurologie sunt celulele stem. Este foarte posibil ca o combinatie între nanomateriale si aceste celule sã fie utilã nu numai în interfete neurale sau neurologie în general.
Perspective în domeniu Bibliografie [1] D. F. Emerich, C. Halberstadt, C. Thanos, J. Biomed. Nanotechnol. 2007, 3, 235.
[2] K. K. Jain, Clin. Chem. 2007, 53, 2002.
[3] K. K. Jain, Neurodegener. Dis. 2007, 4, 287.
[4] R. S. Kane, A. D. Stroock, Biotechnol. Prog. 2007, 23, 316.
[5] K. Najafi, Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, SPIE-International Society for Optical Engine, Chicago 1997, p. 517.
[6] K. D. Wise, IEEE Eng. Med. Biol. Magazine 2005, 24, 22.
[7] J. M. Koziara, P. R. Lockman, D. D. Allen, R. Mumper, J. Pharm. Res. 2003, 20, 1772.
[8] J. E. Jensen, R. R. Conn, G. Hazelrigg, J. E. Hewett, Am. J. Sports Med. 1985, 13, 27.
[9] K. Bradley, Pain Med. 2006, 7, S27.
[10] F. A. Spelman, Audiol. Neurootol. 2006, 11, 77.
[11] D. Harnack, C. Winter,W.Meissner, T. Reum, A. Kupsch, R. Morgenstern, J. Neurosci. Meth. 2004, 138, 207.
[12] D. R. Merrill, M. Bikson, J. G. R. Jefferys, J. Neurosci. Meth. 2005, 141, 171.
[13] T. Stieglitz, J.-U. Meyer, Microsystems 2007, 16, 41.
[14] J. Gimsa, B. Habel, U. Schreiber, U. V. Rienen, U. Strauss, U. Gimsa, J. Neurosci. Meth. 2005, 142, 251.
[15] L. C. R. Wim, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2002, 4, 407.
[16] M. HajjHassan, V. Chodavarapu, S. Musallam, Sensors 2008, 8, 6704.
[17] J. N. Turner, W. Shain, D. H. Szarowski, M. Andersen, S. Martins, M. Isaacson, H. Craighead, Exp. Neurol. 1999, 156, 33.
[19] Y.-T. Kim, R. W. Hitchcock, M. J. Bridge, P. A. Tresco, Biomaterials 2004, 25, 2229.
[20] M. A. Dobrovolskaia, S. E. McNeil, Nat. Nano 2007, 2, 469.
[21] S. Dokka, D. Toledo, X. G. Shi, V. Castranova, Y. Rojanasakul, Pharm. Res. 2000, 17, 521.
[22] H. L. Wong, A.M. Rauth, R. Bendayan, J. L. Manias, M. Ramaswamy, Z. S. Liu, S. Z. Erhan, X. Y. Wu, Pharm. Res. 2006, 23, 1574.
[23] R. FernandezUrrusuno, E. Fattal, J. M. Rodrigues, J. Feger, P. Bedossa, P. Couvreur, J. Biomed. Mater. Res. 1996, 31, 401.
[24] B. Heurtault, P. Saulnier, B. Pech, J. E. Proust, J. P. Benoit, Biomaterials 2003, 24, 4283.
[25] G. Oberdorster, E. Oberdorster, J. Oberdorster, Environ. Health Perspect. 2005, 113, 823.
[26] A. Hoshino, K. Fujioka, T. Oku, M. Suga, Y. F. Sasaki, T. Ohta, M. Yasuhara, K. Suzuki, K. Yamamoto, Nano Lett. 2004, 4, 2163.
[27] A. Hoshino, N. Manabe, K. Fujioka, K. Suzuki, M. Yasuhara, K. Yamamoto, J. Artif. Organs 2007, 10, 149.
[28] J. A. Rojas-Chapana, M. Giersig, J. Nanosci. Nanotechnol. 2006, 6, 316.
[29] M. L. Schipper, N. Nakayama-Ratchford, C. R. Davis, N. W. S. Kam, P.
Chu, Z. Liu, X. Sun, H. Dai, S. S. Gambhir, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 216.
[30] W. Yang, P. Thordarson, J. J. Gooding, S. P. Ringer, F. Braet, Nanotechnology 2007, 18, 412001/1.
[31] G. Angelini, S. Boncompagni, P. De Maria, M. De Nardi, A. Fontana, C. Gasbarri, E. Menna, Carbon 2007, 45, 2479.
[32] M. Prato, K. Kostarelos, A. Bianco, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 60.
[33] J. C. Carrero-Sanchez, A. L. Elias, R. Mancilla, G. Arrellin, H. Terrones, J. P. Laclette, M. Terrones, Nano Lett. 2006, 6, 1609.
[34] J. Kreuter, Adv. Drug Deliv. Rev. 2001, 47, 65.
[35] D. A. Eavarone, X. J. Yu, R. V. Bellamkonda, J. Biomed. Mater. Res. 2000, 51, 10.
[36] J. M. Saul, A. Annapragada, J. V. Natarajan, R. V. Bellamkonda, J. Control. Release 2003, 92, 49.
[37] J. M. Saul, A. V. Annapragada, R. V. Bellamkonda, J. Control. Release 2006, 114, 277.
[38] J. Kreuter, D. Shamenkov, V. Petrov, P. Ramge, K. Cychutek, C. Koch- Brandt, R. Alyautdin, J. Drug Target 2002, 10, 317.
[39] W. Sun, C. Xie, H. Wang, Y. Hu, Biomaterials 2004, 25, 3065.
[40] N. Tagmatarchis, H. Shinohara, Mini Rev. Med. Chem. 2001, 1, 339.
[41] E. To´th, R. D. Bolskar, A. Borel, G. Gonza´lez, L. Helm, A. E. Merbach, B. Sitharaman, L. J. Wilson, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 799.
[42] T. C. Pappas, W. M. S. Wickramanyake, E. Jan, M. Motamedi, M. Brodwick, N. A. Kotov, Nano Lett. 2007, 7, 513.
[43] J. D. Hartgerink, E. Beniash, S. I. Stupp, Science 2001, 294, 1684.
[44] K. L. Niece, J. D. Hartgerink, J. J. Donners, S. I. Stupp, J. Am. Chem. Soc.
2003, 125, 7146.
[45] G. A. Silva, C. Czeisler, K. L. Niece, E. Beniash, D. A. Harrington, J. A.
Kessler, S. I. Stupp, Science 2004, 303, 1352.
[46] J. Kim, J. E. Lee, S. H. Lee, J. H. Yu, J. H. Lee, T. G. Park, T. Hyeon, Adv.
Mater. 2008, 20, 478.
[47] H. B. Na, J. H. Lee, K. An, Y. I. Park, M. Park, I. S. Lee, D.-H. Nam, S. T. Kim, S.-H. Kim, S.-W. Kim, K.-H. Lim, K.-S. Kim, S.-O. Kim, T. Hyeon, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5397
[48] E. H. Lo, T. Dalkara, M. A. Moskowitz, Nat. Rev. Neurosci. 2003, 4, 399.
[49] J. X. Wilson, A. W. Gelb, J. Neurosurg. Anesthesiol. 2002, 14, 66.
[50] R. Raghupathi, D. I. Graham, T. K. McIntosh, J. Neurotrauma 2000, 17, 927.
[51] A. Verma, J. Head. Trauma Rehabil. 2000, 15, 1149.
[52] Y. Zhong, R. V. Bellamkonda, Brain Res. 2007, 1148, 15.
[53] W. He, G. C. McConnell, R. V. Bellamkonda, J. Neural Eng. 2006, 3, 316.
[54] N. Gomez, J. O. Winter, F. Shieh, A. E. Saunders, B. A. Korgel, C. E. Schmidt, Talanta 2005, 67, 462.
[55] J.-M. Seo, S. J. Kim, H. Chung, E. T. Kim,H. G. Yu, Y. S. Yu, Mater. Sci. Eng. C 2004, C24, 185.
[56] E. M. Callaway, R. Yuste, Curr. Opin. Neurobiol. 2002, 12, 587.
[57] S. Q. Lima, G. Miesenboeck, Cell 2005, 121, 141.
[58] Y. Zhong, R. V. Bellamkonda, J. Control. Release 2005, 106, 309.
[59] W. He, G. C. McConnell, T. M. Schneider, R. V. Bellamkonda, Adv. Mater. 2007, 19, 3529.
[60]Antonietta Sucapane,1 Giada Cellot,1 Maurizio Prato,2 Michele Giugliano,3 Vladimir Parpura,4,* and Laura Ballerini1,*, Interactions Between Cultured Neurons and Carbon Nanotubes: A Nanoneuroscience Vignette
[61] NIH Publication No.11-3440d
Full transcript