La nanomedicina, nota anche con il quasi-sinonimo nanoterapeutica, è l'applicazione medica delle possibilità derivanti dalle nanotecnologie, per cui si può anche indicare come una delle applicazioni pratiche delle nanoscienze. La nanomedicina si occupa quindi di tutte quelle conoscenze e quelle tecnologie che abbiano un utilizzo medico nell'ordine di grandezza dei nanometri (1-100 nm).
Una sua specializzazione è la nanoneuroscienza, cioè l'applicazione delle nanotecnologia al sistema nervoso, per cui la nanoneuroscienza è il punto di incontro tra la nanomedicina e le neuroscienze. Un'altra sua specializzazione è la nanoteranostica, dunque l'uso delle nanotech per diagnosticare le malattie.
Lavorando a tali dimensioni, la nanotecnologia altera la tradizionale distinzione tra biologia, chimica e fisica.
Applicazioni Le applicazioni della nanotecnologia vanno dall'uso medico dei nanomateriali, la formulazione di nuovi sistemi per la somministrazione dei farmaci (ad esempio attraverso i liposomi), ai biosensori nanotecnologici, al possibile utilizzo futuro della nanotecnologia molecolare.
Un altro attivo campo di ricerca sono le interfacce neuro-elettroniche.
La nanomedicina mira a fornire un insieme di strumenti di ricerca e di dispositivi clinicamente utili nel prossimo futuro.. Nel campo del futuribile, la nanotecnologia molecolare speculativa crede che le macchine riparatrici di cellule, potranno rivoluzionare la medicina. In questa ottica l'applicazione tecnologica delle nanotecnologie in medicina, rappresenta un metodo di applicazione delle molecole scoperte con la genomica e con la proteomica.
Attualmente un importante problema della nanomedicina riguarda la comprensione della tossicità e dell'impatto ambientale dei nanomateriali (vedi anche Tossicità nanomateriali).
Mercato La nanomedicina è una grande industria, il cui fatturato è arrivato a 6,8 miliardi di dollari nel 2004, con oltre 200 compagnie e 38 prodotti nel mondo.
Nell'aprile 2006, la rivista Nature Materials stimava che fossero stati sviluppati nel mondo circa 130 tra farmaci basati sulla nanotecnologia e sistemi di distribuzione di farmaci.
Un minimo di 3,8 miliardi di dollari viene investito per lo sviluppo e la ricerca ogni anno. In considerazione della crescita dell'industria della nanotecnologia, ci si aspetta un impatto significativo nell'economia.
Il National Nanotechnology Initiative, un programma di ricerca statunitense nel campo delle nanoscienze, si aspetta nuove applicazioni commerciali di tali tecnologie commerciali nel campo dell'industria farmaceutica che potranno includere sistemi avanzati di erogazione di farmaci, nuove terapie, ed avanzamenti nella diagnostica per immagini.
Nanopori I nanopori sono un substrato perforato con fori di dimensioni nanometriche. Questi pori permettono il passaggio di molecole piccole, quali ossigeno, glucosio e insulina, ma bloccano invece molecole più grosse come ad esempio le immunoglobuline. Tutto ciò potrebbe essere utile per impiantare cellule pancreatiche animali che secernono insulina, circondate da una pellicola con nanopori, per cui non verrebbero a contatto con le immunoglobuline ed il corpo non le riconoscerebbe come corpi estranei.
È possibile modificare di dimensioni i nanopori, attraverso l'utilizzo di correnti elettriche che ne modifichino la permeabilità.
Martin ha studiato una membrana composta da nanotubi in oro con un diametro interno di 1,6 nm e, come altri autori, ha modificato la permeabilità con l'applicazione di tensioni elettriche. Attualmente Martin sta studiando la possibilità di legare, all'interno dei nanotubuli, agenti capaci di riconoscere molecole quali ad esempio gli enzimi, gli anticorpi, od altre molecole come il DNA, in modo da agire come nanosensori attivi e permettere la separazione delle molecole in base alla struttura.
I nanopori sono anche dotati di una straordinaria sensibilità e velocità.Harvard University - The Harvard Nanopore Group
Utilizzo in farmacologia Le nanoparticelle hanno proprietà non usuali che possono essere sfruttate per modificare la cinetica di un farmaco.
I vantaggi teorici sono: un'elevata solubilità una maggiore durata di esposizione al farmaco l'esposizione del farmaco, intrappolato nella nanoparticella, nel sito bersaglio un maggiore indice terapeutico la potenzialità di sviluppare minor resistenza nell'uso cronico.
Sono stati sviluppati sistemi complessi di distribuzione dei farmaci, tra cui la possibilità di far attraversare la membrana cellulare e il citoplasma.
Si stanno studiando sistemi impiantabili di distribuzione farmacologica che, evitando picchi e code a basso dosaggio ematico, dovrebbero ridurre gli effetti collaterali.
Le nanoparticelle hanno dimostrato di essere in grado di passare la barriera emato-encefalica senza difficoltà e quindi di fungere da carrier per farmaci (drugcarrier) sia idrofobici che idrofili. In questi casi sono chiamati nanocarrier, poiché si tratta di particelle nella scala dei nanometri in grado di svolgere la funzione di carrier. La forza di un sistema di assorbimento o distribuzione di farmaci è la sua capacità di alterare la farmacocinetica dei farmaci.
Vantaggi dell'utilizzo della nanotecnologia nella farmacologia Migliorare la distribuzione farmacocinetica Si potrebbe forzare la distribuzione a tessuti mirati (target), diminuendola anche negli altri.
I potenziali nanofarmaci potrebbero lavorare con elevata specificità. Due sono i metodi possibili per aumentare la specificità: metodo passivo, da utilizzarsi nel caso di tumori: in seguito alla maggior vascolarizzazione delle masse tumorali, si avrebbe una maggior presenza su tessuti bersaglio metodo attivi: utilizzo di sonde cui sono legate le molecole dei farmaci
Uno dei principali impatti della nanotecnologia e delle nano-scienze potrebbe essere la guida dello sviluppo di nuove molecole con un miglior comportamento e minori effetti collaterali.
Risposta comandata Altra importante caratteristica/ipotesi è la risposta comandata (in inglese triggered response). I farmaci vengono posizionati all'interno dell'organismo ed agiscono solo alla comparsa di un certo segnale, che funge da attivatore. Ad esempio sono state progettate nanoparticelle in grado di scaldarsi se poste in un campo magnetico ed attaccate a molecole attive come i farmaci. Si inietta questo complesso e quando le nanoparticelle hanno raggiunto l'organo bersaglio, viene attivato un campo magnetico selettivo. In questo modo si ottiene un rilascio locale del farmaco. Altri esempi riguardano i sistemi a controllo endogeno, dove i farmaci sono rilasciati o attivati per differenza di pH o concentrazione di molecole come il glutatione.
Uno studio del Policlinico Sant'Orsola-Malpighi è riuscito a trasformare dei comuni virus innocui per l'uomo in nanobioparticelle tutte uguali, che possono essere usate in medicina, ad esempio per colpire in modo preciso cellule e tessuti tumorali.
Esempi di metodiche per modificare la biodisponibilità + Metodiche per modificare la biodispinibilità: esempiLiposomi o nanosomiConvenzionali (non stabilizzati)StabilizzatiNon pegilatiOptisomaTMNon-OptisomaTMPegilatiMicrosfereNanoparticelleConiugati e polimeriTipo nanosfereTipo nanocapsuleDendrimeriSMEDDSMEMS
Liposomi o Nanosomi I liposomi sono vescicole composte da uno o più strati di un doppio strato lipidico. I farmaci incapsulati in tale doppio strato potrebbero essere protetti dalla degradazione.. Inoltre con l'incapsulamento il volume di distribuzione può essere significativamente ridotto, con aumento dell'effetto terapeutico e diminuzione degli effetti collaterali. Infatti, ad esempio nel caso dei tumori, la discontinuità della superficie endoteliale (tipica delle neoplasie), porta ad un maggior passaggio extravasale dei liposomi.Daryl C. Drummond, Olivier Meyer, Keelung Hong, Dmitri B. Kirpotin and Demetrios Papahadjopoulos, Optimizing Liposomes for Delivery of Chemotherapeutic Agents to Solid Tumors, Pharmacological reviews Vol. 51, Issue 4, 691-744, December 1999
Liposomi non stabilizzati (convenzionali) (CL)
Normalmente sono composti da diversi tipi di grassi, anche se solitamente sono molto ricchi di fosfatidilcolina, oppure di colesterolo.
Liposomi stabilizzati (SSL)
Normalmente la stabilizzazione della membrane avviene con la presenza all'esterno del doppio strato di polimeri che normalmente sono o glicol polietilenico (Pegilati), oppure ganglioside GM1. Questi tipi di liposomi normalmente posseggono un maggior tempo di permanenza in circolo
Liposomi stabilizzati non pegilati optisoma TM Ad esempio Optisoma TM ovvero nanoparticelle di sfingomielina. Trattasi di prodotti costituiti da nanoparticelle costituite da sfingomielina e colesterolo, che incapsulano lo specifico chemioterapico. Hanno approssimativamente un diametro di 100 nm. In virtù delle loro dimensioni, sono troppo grandi per attraversare la parete vascolare di vasi normali, mentre possono passare tramite le più permeabili pareti vascolari dei tumori. Attualmente i liposomi Optisoma TM si utilizzano come carrier per la vincristina, vinorelbine e topotecan. In aggiunta gli optisomi possono prevenire la clearance del farmaco da parte del sistema immunitario.
Liposomi stabilizzati non pegilati, non optisoma TM La Azaya ha prodotto il Protein Stabilized Liposome (PLS TM). ATI-1123 è la formulazione del taxotere con PSLTM.Sempre la Azaya sta studiando un altro liposoma stabilizzato che trasporta il farmaco campotecina, chiamato ATI-1150.
Liposomi stabilizzati pegilati: nanoparticelle (o microsfere) Ad esempio la nanoparticelle TocosolTM, ovvero emulsione basata sulla vitamina E.
AbraxaneTM (paclitaxel protein-bound particles). ovvero paclitaxel, legato ad albumine che forma nanoparticelle di circa 130 nm di diametro
Coniugati e polimeri I liposomi non sono l'unico mezzo per modificare la distribuzione dei farmaci. Un sistema è quello di legare a gruppi PEG, oppure coniugare il farmaco che si vuole utilizzare con polimero. È il caso del N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide (HPMA) che risulta non immunogenico. Altra caratteristica è quello di aumentare la idrosulubilità (importante se il farmaco legato non è idrosolubile)Vicent MJ, Manzanaro S, de la Fuente JA, Duncan R., HPMA copolymer-1,5-diazaanthraquinone conjugates as novel anticancer therapeutics,J Drug Target. 2004;12(8):503-15
Le particelle polimeriche possono essere divise in Nanosfere e Nanocapsule
Farmaci coniugati con polimeri tipo Nanosfere Trattasi di una matrice polimerica a guisa di spugna, costituita da uno strato polimerico che racchiude all'interno il farmaco da veicolare.
Farmaci coniugati con polimeri tipo Nanocapsule Trattasi di uno strato formato da polimeri che racchiude al suo interno i farmaci (sul modello dei liposomi).
Dendrimeri Vedi la voce dendrimero, ed anche all'interno dei paragrafi nanoshell ed imprinting molecolare. Per quanto concerne comunque l'utilizzo in chemioterapia sono stati generati dei complessi G5 dendrimeri che usano l'acido folico come agente target (in quanto facilita l'entrata nella cellula tumorale) ed il methotrexate (MTX) come chemioterapico.Myc A, Douce TB, Ahuja N, Kotlyar A, Kukowska-Latallo J, Thomas TP, Baker JR Jr., Preclinical antitumor efficacy evaluation of dendrimer-based methotrexate conjugates, Anticancer Drugs. 2008 Feb;19(2):143-9
SMEDDS Acronimo di self-microemulsifying drug delivery systems. Trattasi quindi di una mistura di olio, surfattante, e cosurafattanti che sono emulsionati in un mezzo acquoso, grazie alla morbida agitazione eseguita spontaneamente dal tratto gastroenterico.Bok Ki Kang a, Jin Soo Lee a, Se Kang Chon a, Sang Young Jeong c, Soon Hong Yuk b, Gilson Khang a, Hai Bang Lee c and Sun Hang Cho, Development of self-microemulsifying drug delivery systems (SMEDDS) for oral bioavailability enhancement of simvastatin in beagle dogs, International Journal of Pharmaceutics Volume 274, Issues 1-2, 15 April 2004, Pages 65-73