心臓ナノテクノロジー

Heart_nanotechnology
心臓ナノテクノロジーは、「分子スケールでの機能システムのエンジニアリング」（「ナノテクノロジー研究」）です。

コンテンツ
1 ナノテクノロジー
2 ナノメディシン
2.1 例
3 手術の代替手段
3.1 心臓の修復 3.2 組織再生
4 心臓の修復の難しさ
4.1 ハートパッチ 4.2 組織の足場 4.3 ナノ粒子
4.3.1 構成
4.3.2 リサーチ
4.4 ポリケタールナノ粒子
4.4.1 構成
4.4.2 心筋梗塞での使用
5 参考文献
6 追加の読み物

ナノテクノロジー
ナノテクノロジーは、長さが約1〜100ナノメートルの構造と材料を扱います。この微視的なレベルでは、量子力学が行われ、効果があり、人間が肉眼で見るもの（通常の物質）と比較して非常に奇妙に見える行動をもたらします。ナノテクノロジーは、エネルギーから電子工学、医学に至るまで、さまざまな技術分野で使用されています。。医学の分野では、ナノテクノロジーはまだ比較的新しく、この分野ではまだ広く採用されナノテクノロジーは医学の新たな進歩であり、最終的には人間が直面する多くの健康問題の解決策と治療法になる可能性がナノテクノロジーは、風邪、病気、癌などの病気の治療につながる可能性がそれはすでにいくつかの深刻な健康問題の治療法として使用され始めています。より具体的には、心臓や癌の治療に使用されています。

ナノメディシン
医学の分野におけるナノテクノロジーは、より一般的にはナノメディシンと呼ばれています。心臓を助けることを扱うナノメディシンは、ナノメディシンが現在提供しなければならない他のほとんどの分野と比較して、実際に離陸し、人気を博し始めています。ナノテクノロジーが近い将来、心臓病の治療に効果的であるという有望な証拠を持っているいくつかの心臓の問題が

例
うまくいけば、欠陥のある心臓弁を治療できるはずです。心臓の動脈プラークを検出して治療します（「ナノテクノロジーが明確になりました」）。ナノメディシンは、すでに心臓病や心臓発作の犠牲になっている人々の心臓を癒すのに役立つはずです。一方で、心臓病のリスクが高い人を見つける上でも重要な役割を果たし、そもそも心臓発作の予防に役立つでしょう。心臓のナノテクノロジーは、手術で扱われる比較的大きな組織と比較して、すべてが体内でごくわずかなレベルで発生しているため、手術よりもはるかに侵襲性が低くなります。今日の私たちの技術では、心臓発作によって損傷した心臓組織を治療するために心臓手術が行われます。これは、回復するのに通常数ヶ月かかる主要な手術です（「WebMD-より良い情報。より良い健康」）。この期間中、患者は自分たちができる活動が非常に限られています。この長い回復プロセスは患者にとって不便であり、医学の成長とともに、心臓発作の患者を治療するためのより効率的な方法が開発され、使用されるまで、それほど長くはかからないでしょう。主要な心臓手術に取って代わる最有力候補である方法は、ナノテクノロジーの使用です。ナノテクノロジーが将来提供できる可能性のある心臓手術には、いくつかの代替方法が

手術の代替手段
心臓病を患っている人や心臓発作を起こした人は、心臓が損傷したり弱くなったりすることがよく心不全のよりマイナーな形態は手術を必要とせず、しばしば薬で治療されます（「WebMD-より良い情報。より良い健康」）。損傷した心臓の治療にナノテクノロジーを使用することで、これらの軽度の心臓の問題に取って代わることはできませんが、現在手術や心臓移植を必要とするより深刻な心臓の問題に取って代わることはできません。

心臓の修復
MITとボストン小児病院のエンジニア、医師、材料科学者のグループが協力して、弱体化した心臓組織を強化するためにナノテクノロジーを使用する方法を見つける動きを始めています（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。最初の方法は、組織工学と組み合わせたナノテクノロジーを使用し、金のナノワイヤーを心臓の損傷した部分に配置して織り込み、機能していない組織や死んだ組織を本質的に置き換えます。

組織再生
もう1つのアプローチは、体内を移動して死にかけている心臓組織を見つける微小なナノ粒子を使用する可能性がナノ粒子は、「幹細胞、成長因子、薬物、その他の治療化合物」などの物体を運びます。次に、ナノ粒子は化合物を放出し、損傷した心臓組織に注入します。これは理論的には組織の再生につながります。

心臓の修復の難しさ
心臓発作や心臓病で損傷した心臓組織を修復できることはそれほど単純ではなく、組織工学の分野（「人気のある科学」）における今日の主要な課題の1つです。これは、心臓細胞がラボで作成するのが最も簡単なオブジェクトではないためです。細胞が互いに同期して拍動するように細胞を発達させるには、多大な特別な注意と作業が必要です（「ポピュラーサイエンス」）。心臓細胞が最終的に作られた後でも、細胞を心臓の手術不能な部分に挿入し、それらをまだ適切に機能している組織と調和させて機能させることも大きな仕事です（「ポピュラーサイエンス」）。

ハートパッチ
「デューク大学の研究者によって開発された幹細胞ベースの心臓パッチ」（「ポピュラーサイエンス」）を使用したこの成功例はいくつかパッチを構成する生体材料は、通常、アルギン酸塩などの生物学的ポリマーまたはポリ乳酸などの合成ポリマー（「ネイチャーナノテクノロジー」）のいずれかでできています。これらの材料は、細胞を機能する組織に組織化するのに優れています。しかし、それらは絶縁体として機能し、電気の伝導性が低く、これは特に心臓で大きな問題になります（「ネイチャーナノテクノロジー」）。カルシウムイオン間で送信される電気信号は、心臓の心筋細胞が収縮して心臓を鼓動させるタイミングを制御するものであるため、幹細胞心臓パッチはあまり効率的ではなく、医師が望むほど効果的ではありません（ “ポピュラーサイエンス」）。パッチがあまり導電性でない結果は、細胞が幹細胞を含む組織全体にわたって滑らかで連続的な拍動を達成することができないということです。その結果、心臓が適切に機能しなくなり、幹細胞の移植により心臓の問題がさらに発生する可能性が

組織の足場
最近ナノテクノロジーの分野では、伝導性の低い幹細胞ベースのパッチ（「ネイチャーナノテクノロジー」）よりも効率的ないくつかの新しい開発がありました。科学者や研究者は、これらの幹細胞パッチ（組織足場としても知られている）が導電性であり、したがって指数関数的により効果的になる方法を発見しました（「ネイチャーナノテクノロジー」）。彼らは、金ナノワイヤーをパッチ内およびパッチを通して成長させることにより、電気伝導率を大幅に向上させることができることを発見しました。ナノワイヤーは元の足場よりも太く、細胞もよりよく組織化されています。筋肉のカルシウム結合と収縮に必要なタンパク質の産生も増加しています。金のナノワイヤーは、幹細胞の足場材料を突き抜けており、周囲の心臓細胞間の電気的通信を強化しています。ナノワイヤーがないと、幹細胞パッチは微小な電流を生成し、細胞は刺激の起点で小さなクラスターでのみ拍動します。ナノワイヤーを使用すると、刺激源から遠く離れてクラスター化されている場合でも、細胞は一緒に収縮しているように見えます。幹細胞の心臓パッチに金ナノワイヤーを使用することはまだ比較的新しい概念であり、人間に使用されるまでにはおそらくしばらく時間がかかるでしょう。ナノワイヤは、近い将来、生きている動物でテストされることが期待されています。

ナノ粒子
損傷した心臓組織の修復を助けるためにナノテクノロジーが潜在的に使用される別の方法は、誘導されたナノ粒子「ミサイル」の使用によるものです。これらのナノ粒子は、動脈壁に付着して付着し、遅い速度で薬を分泌する可能性があります（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。粒子は、特定のタンパク質に付​​着して標的とする小さなタンパク質フラグメントでコーティングされているため、ナノバリとして知られています。ナノバリは、それらに付着している薬物を数日間にわたって放出させることができます（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。それらは、特定の損傷した組織を見つけ、それに付着し、それに付着した薬物ペイロードを放出することができるため、通常の薬物と比較して独特です（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。何が起こるかというと、ナノバリは基底膜として知られる特定の構造を標的としています。この膜は動脈壁を覆い、その領域が損傷している場合にのみ存在します。ナノバリは、心臓の治療に効果的な薬を運ぶことができ、損傷した心臓組織の再生を助ける幹細胞を運ぶ可能性もあります（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。

構成
粒子は3つの異なる層で構成され、直径60ナノメートルです（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。外層はPEGと呼ばれるポリマーのコーティングであり、その役割は、薬物が崩壊するのを防ぐことです。体の中を移動します。中間層は脂肪性物質で構成され、内側のコアには実際の薬物とポリマー鎖が含まれています。ポリマー鎖は、薬物が放出されるまでにかかる時間を制御します（「MIT-マサチューセッツ工科大学」）。

リサーチ
ラットで行われた研究では、ナノ粒子はラットの尾に直接注入され、非標的ナノ粒子（「MIT-」の2倍の量の速度で目的の標的（左頸動脈）に到達することができました。マサチューセッツ工科大学”）。粒子は長期間にわたって薬物を送達でき、静脈内注射できるため、患者は複数回の注射や心臓への侵襲的手術を行う必要がなく、はるかに便利です。これの唯一の欠点は、既存の送達アプローチが侵襲的であり、心臓への直接注射、カテーテル処置、または外科的インプラントのいずれかを必要とすることです。しかし、心臓の修復と心臓病/攻撃の予防の将来には、何らかの形でナノテクノロジーの使用が確実に含まれることは間違いありません。
ポリケタールナノ粒子編集

構成
ポリケタールナノ粒子は、ポリ（1-4-フェニレンアセトンジメチレンケタール）から配合されたpH感受性の疎水性ナノ粒子です。これらは、腫瘍、ファゴソーム、および炎症組織の環境を標的とするために特別に設計された、酸に敏感な薬物送達媒体です。このような酸性環境では、これらのナノ粒子は加速された加水分解を受けて低分子量の親水性化合物になり、その結果、治療内容物をより速い速度で放出します。ポリエステルベースのナノ粒子とは異なり、ポリケタールナノ粒子は加水分解後に酸性分解生成物を生成しません

心筋梗塞での使用
心筋梗塞後、炎症性白血球が心筋に侵入します。白血球には、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）とNox2が大量に含まれています。 Nox2とNADPHオキシダーゼが組み合わさって、心臓のスーパーオキシド産生の主要な供給源として機能し、過剰になると、筋細胞の肥大、アポトーシス、線維症、およびマトリックスメタロプロテアーゼ-2の発現の増加につながる可能性が Somasuntharamらによるマウスモデル研究において。2013年、ポリケタールナノ粒子は、梗塞を起こした心臓のNox2を標的にして阻害するsiRNAの送達媒体として使用されました。 in vivoでの心筋内注射後、Nox2-siRNAナノ粒子はNox2-NADPHオキシダーゼのアップレギュレーションを防ぎ、短縮率を改善しました。 MIに続いて心筋のマクロファージに取り込まれると、ナノ粒子はエンドソーム/ファゴソームの酸性環境で分解し、 Nox2特異的siRNAを細胞質に放出します。
ポリケタールナノ粒子は、梗塞を起こしたマウスの心臓にも使用されており、虚血（活性酸素種（ROS）によって引き起こされる再灌流傷害）を防ぎます。有害なROSを除去する抗酸化剤Cu/Zn-スーパーオキシドジスムターゼ（SOD1）のレベルは、 MIに続いて減少します。 SOD1でカプセル化されたポリケタールナノ粒子は、再灌流傷害によって誘発されたROSを除去することができます。さらに、この治療は分数短縮を改善し、ポリケタールによる標的化送達の利点を示唆している。ポリケタール使用の重要な利点の1つは、治療限界を超える濃度で投与された場合でも、炎症反応を悪化させないことです。一般的に使用されるポリ（乳酸-co-グリコール酸）（PLGA）ナノ粒子とは対照的に、マウスへのポリケタールナノ粒子の投与は炎症細胞の動員をほとんど引き起こしません。さらに、ラットの脚へのポリケタールの筋肉内注射は、 IL-6、IL-1β、TNF-α、IL-12などの炎症性サイトカインの有意な増加を示し

参考文献
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追加の読み物
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「フォーサイトインスティテュート»ブログアーカイブ»心臓修復の進歩のためのナノテクノロジー」。ナノテクノロジー-フォーサイトインスティテュート。
「ハートオブゴールド-MITニュースオフィス」。MIT-マサチューセッツ工科大学。
「金で作られた心臓パッチは、心臓組織がそれ自体を再構築するのを助けます」。ポピュラーサイエンス。
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「国立心肺血液研究所でのナノテクノロジー研究支援」。循環研究。
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「心臓手術後の回復」。WebMD 。
「ナノテクノロジーとは？」。ナノテクノロジー研究。