Budúcnosť nanotechnológie v medicíne a stomatologii

The future of nanotechnology in medicine and stomatology

Nanotechnology, or nanoscience, is a progressive multidisciplinary field, which refers to the research and development of applied science at the atomic, molecular, or macromolecular level. The prefix “nano” is derived from the Greek word for dwarf and is defined as a unit of measurement in which the characteristic dimension is one billionth of a unit. Nanomedicine is the application of nanotechnology in monitoring, diagnosing, preventing, repairing or curing diseases and damaged tissues and of preserving and improving human health through the use of nanoscale-structured materials, nanorobots, biotechnology and genetic engineering. Many medical nanotechnology applications are still in their infancy. Relevant applications are reported in surgery, cancer diagnosis and therapy, biodetection of disease markers, molecular imaging, implant technology, tissue engineering, and devices for drug, protein, gene and radionuclide delivery. An increasing number of nanoproducts are currently under clinical investigation and some products are already commercially available. Recently, new toothpastes, containing bioactive particles of nano-sized hydroxyapatite, which are intended for the repair of initial carious lesions without the requirement for mechanical preparation, are also investigated. The purpose of this article is to present an overview of nanotechnology applications in medicine and dentistry and simultaneously illustrate their potentially far-reaching impacts on clinical practice.

Keywords:
nanotechnology, nanomedicine, nanodentistry, nanomaterials, nanorobots, nanoparticles

Autori: J. Kováč
Pôsobisko autorov: Prednosta: doc. MUDr. Peter Stanko, PhD. ; Klinika stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie LFUK a OÚSA, Bratislava
Vyšlo v časopise: Prakt. Lék. 2012; 92(6): 334-338
Kategória: Of different specialties

Súhrn

Nanotechnológia, alebo nanoveda, je progresívny multidisciplinárny odbor, ktorý sa vzťahuje na výskum a vývoj aplikovanej vedy na atómovej, molekulovej alebo makromolekulovej úrovni. Predpona „nano“ je odvodená z gréckeho slova škriatok a je definovaná ako merná jednotka, ktorá rozmerovo predstavuje jednu miliardtinu jednotky. Nanomedicína je aplikáciou nanotechnológie pri monitorovaní, diagnostike, prevencii, oprave, alebo liečení chorôb a poškodených tkanív. Snaží sa o zachovanie a zlepšenie ľudského zdravia pomocou nanometricky štruktúrovaných materiálov, nanorobotov, biotechnológie a genetického inžinierstva. Mnohé aplikácie nanotechnológie v medicíne sú stále v počiatočnom štádiu vývoja. Relevantné aplikácie sa uvádzajú v chirurgii, diagnostike a terapii rakoviny, detekcii chorobných markerov, molekulárnom zobrazovaní, technológii implantátov, tkanivovom inžinierstve a v zariadeniach pre distribúciu liečiv, proteínov, génov a rádionuklidov v organizme. Čoraz viac nanovýrobkov je v súčasnosti predmetom klinického skúmania a niektoré z nich sú aj komerčne dostupné. V ostatnom čase sa skúmajú aj nové zubné pasty s obsahom bioaktívnych nanočastíc hydroxyapatitu, ktoré sú určené na opravu iniciálnych kariéznych lézií bez potreby mechanickej preparácie. Cieľom tohto článku je poskytnúť prehľad o aplikáciách nanotechnológií v medicíne a zubnom lekárstve a zároveň ilustrovať ich potenciálne ďalekosiahle dopady na klinickú prax.

Kľúčové slová:
nanotechnológia, nanomedicína, nanostomatológia, nanomateriály, nanoroboty, nanočastice

Úvod

Nanotechnológia, alebo nanoveda, sa venuje výskumu a rozvoju aplikovanej vedy na atómovej, molekulovej alebo makromolekulovej úrovni, t.j. molekulovému inžinierstvu a výrobe. Termín nanotechnológia navrhol prof. Kerie E. Drexler, prednášateľ a výskumný pracovník v tejto oblasti. Predpona „nano“ je odvodená z gréckeho slova škriatok a znamená 10–9 alebo jednu miliardtinu jednotky. Hoci je nanomierka malá z hľadiska veľkosti, jej potenciál je rozsiahly. Je 1000-krát menšia než mikromierka, ktorá pre porovnanie predstavuje približne 1/80000 priemeru ľudského vlasu (22).

Nanomedicína je náuka o diagnostike, liečbe a prevencii chorôb a traumatických zranení s cieľom zmierniť bolesť, zachovať a zlepšiť zdravie človeka, a to pomocou nanomateriálov, biotechnológie a genetického inžinierstva, prípadne prostredníctvom komplikovaných molekulových strojových systémov a nanorobotov (20). Nanomedicína sa zakladá na troch vzájomne prepojených a postupne výkonnejších molekulových technológiách (14):

nanometricky štruktúrovaných materiáloch a zariadeniach, ktoré sú prísľubom pre vývoj pokrokových diagnostických biosenzorov, cielený transport liečiv a inteligentných liekov,
výhodách molekulovej medicíny pomocou genómovo, proteómovo a umelo vytvorených mikroorganizmov,
molekulových strojových systémoch, ako sú nanoroboty, ktoré umožnia okamžitú diagnostiku s odstránením patologickej príčiny, chromozómovú substitúciu, špecifické bunkové operácie in vivo, efektívne rozšírenie a zlepšenie prirodzených fyziologických funkcií.

Štúdium nanomedicínskych materiálov a zariadení sa môže stať stredobodom záujmu interdisciplinárneho výskumu v oblasti fyzikálnych, technických a prírodných vied (25).

Hlavnou ideou nanotechnológie v užšom zmysle slova, je využiť jednotlivé atómy a molekuly na zostrojenie funkčných nanoštruktúr. Kým nanotechnológia expanduje v rôznych technických oblastiach, lekári, výskumní pracovníci a výrobcovia pracujú na tom, aby našli jej uplatnenie a podporu aj v biomedicínskych vedách. Spoločne hľadajú spôsoby, ako použiť mikroskopické zariadenia na plnenie úloh, ktoré sa v súčasnosti vykonávajú ručne alebo pomocou makroprístrojov (11).

Nanomedicína

V medicíne má nanotechnológia široké možnosti uplatnenia. Programovateľné nanorobotické zariadenia umožnia lekárom vykonávať presné zásahy na bunkovej až molekulovej úrovni (7).

Jedným z cieľov nanomedicíny je predĺženie dĺžky života človeka. To vyžaduje, aby sa zabránilo vzniku choroby, resp. aby sa včas zistila a liečila, a prípadné poškodenie organizmu sa odstránilo. Nanomateriály a nanobiosenzory môžu prispieť k rozvoju preventívnej medicíny, včasnej diagnostiky, terapie a regeneratívnej medicíny.

Medzi nanomedicínske zariadenia patria senzory, motory, mechanizmy, stroje, alebo prevodníky, ktoré vykonávajú prácu a merania alebo kontrolujú stav biologických, resp. mechanických systémov. Konštrukcia nanomedicínskych zariadení môže predstavovať technologicky najsofistikovanejšiu konštrukčnú činnosť ľudstva, o akú sa kedy pokúsilo (25).

Nedávny rozvoj poznatkov v oblasti nanotechnológie viedol k vývoju optických nanosenzorových systémov, ktorých rozmery sú vhodné pre vnútrobunkové merania. Potenciál pre monitorovanie in vivo biologických procesov v rámci jednotlivých živých buniek by mohol značne rozšíriť naše chápanie bunkových pochodov, a tak spôsobiť revolúciu v bunkovej biológii. Výhodou opticko-vláknových senzorov je malá veľkosť ich optických vlákien, ktoré umožnia vnútrobunkové snímanie fyziologických a biologických parametrov v nanoprostredí. Biosenzory, ktoré obsahujú biologické sondy pripojené k prevodníku, sa vyvinuli v priebehu posledných dvoch desaťročí pre uplatnenie v environmentálnej, priemyslovej a biomedicínskej diagnostike. Vo-Dinh a kol. preukázali možnosť vykonávať biologicky významné merania vo vnútri jednotlivých živých buniek. Vyvinuli optické nanobiosenzory, ktorými úspešne pozorovali apoptózu v živých bunkách meraním kaspázovej aktivity. Optické nanobiosenzory sú tak nádejou pre minimálne invazívne dynamické analýzy biochemických pochodov vo vnútri jednotlivých živých buniek (29).

Nanorobot možno definovať ako umelo vyrobené zariadenie s priemerom okolo 0,5 až 3 μm, schopné voľne sa pohybovať v ľudskom organizme a na molekulovej úrovni pôsobiť na špecifickú bunku. Nanotechnológia má za cieľ riadiť a nasmerovať takéto zariadenie na vytvorenie nových štruktúr s unikátnymi vlastnosťami, ktoré budú prísľubom významného pokroku v medicíne, ako aj v zubnom lekárstve (10). Nanoroboty sa v medicíne môžu uplatniť s cieľom zachovať a podporiť ľudské zdravie. Hlavným stavebným prvkom nanorobota by bol uhlík v tvare aký má diamant, kvôli jeho vysokej pevnosti a chemickej inertnosti. Vonkajší inertný diamantový obal nanorobota poskytne hladký, bezchybný povrch, ktorý minimalizuje výskyt imunitných reakcií organizmu. Nanoroboty by mohli získavať energiu lokálne metabolizáciou glukózy a kyslíka a externe dodávanou akustickou energiou. Na základe kontroly povrchových antigénov budú schopné rozlišovať rôzne druhy buniek (26).

Preto prvou užitočnou aplikáciou nanotechnológie v medicíne môže byť identifikácia rakovinových buniek a ich likvidácia. Veľký potenciál má táto technológia napr. pri detekcii včasných štádií karcinómu ovária. Nanotechnológia umožní rozšíriť nielen počet biomarkerov, ale uľahčí a skráti aj ich validáciu (15). Nanoroboty sa môžu aplikovať v chemoterapii, v boji s rakovinou prostredníctvom presného dávkovania a podávania istých chemických látok. Podobný prístup by mohol byť prijatý s cieľom, aby nanoroboty dodávali anti-HIV lieky (26).

Medicínske nanoroboty sa ďalej navrhujú využívať v gerontológii, farmaceutickom výskume, klinickej diagnostike a v zubnom lekárstve. Ďalšie aplikácie zahŕňajú liečbu aterosklerózy, zlepšenie respiračnej kapacity, umožnenie takmer okamžitej hemostázy, doplnenie imunitného systému, prepis alebo nahradenie sekvencií DNA v bunkách, opravu mozgového poškodenia a riešenie bunkových poškodení, spôsobených buď ireverzibilnými procesmi alebo kryogénnym uskladnením biologických tkanív (7).

Už dlhý čas sa lekári snažia nájsť spôsoby, ako dosiahnuť hemostázu, od jednoduchej aplikácie tlaku až po kauterizáciu, ligáciu a klinicky indukovanú vazokonstrikciu, avšak až nanotechnológia priniesla v tejto oblasti nové možnosti. Najnovšia metóda, akou možno zastaviť krvácanie, je využitie nanomateriálov, ktoré sa pri aplikácii do rany samočinne skompletizujú, vytvoria nanovláknovú bariéru a inkorporujú sa do okolitého tkaniva v podobe extracelulárnej matrix. Prvé pokusy s novou skupinou hemostatických látok na zvieratách, s tzv. nanohemostatikami nasvedčujú, že uvedená technológia umožní zastaviť krvácanie v rozličných tkanivách, ako aj v množstve rôznych rán za menej ako 15 sekúnd (3, 4).

Významným problémom farmakologickej liečby ochorení je správna distribúcia liekov a ďalších terapeutických látok v rámci organizmu. Počas posledných dvoch desaťročí, výskumní pracovníci zaoberajúci sa vývojom nových liekov pochopili, že podstatnú časť problému predstavuje ich správny prísun, pričom navrhli široký okruh systémov s riadeným dodávaním liekov. V ideálnom prípade by všetky tieto systémy zlepšili stabilitu, absorpciu a terapeutickú koncentráciu liečiva v cieľovom tkanive, a tiež umožnili opakovateľné a dlhodobé uvoľňovanie liečiva v cieľovej lokalite (22). Na to, aby liečivá boli terapeuticky účinné, je ich potrebné počas cesty k cieľovému miestu v tele chrániť, pri súčasnom zachovaní ich biologických a chemických vlastností. Niektoré liečivá sú vysoko toxické, a v prípade, že sa rozložia počas transportu, spôsobujú drastické nežiadúce účinky a zníženie terapeutického účinku. Nanoroboty určené na transport liečiva doručia medikament priamo k cieľovej lokalite a stanú sa aktívnymi až po dosiahnutí cieľa. Ostatné časti organizmu tak nebudú ovplyvnené (26).

Využitie nanorobotov v chirurgii by poskytlo ďalšie možnosti tvorby a kontroly veľmi presných prístrojov pre chirurgov zamerané na minimálne invazívnu chirurgiu v cieľovom mieste. Chirurgovia by namiesto manipulácie s chirurgickými nástrojmi joystickom ovládali ruky robota, obsahujúce miniatúrne nástroje na ovládanie nanozásahov na bunkovej úrovni.

Nanoroboty by ďalej mohli pomáhať pri stanovovaní diagnózy a biopsii. Pri pátraní po zdrojoch infekcií, poškodených orgánoch, tumoroch, blokovaných krvných cievach alebo rakovinových bunkách, precestujú nanoroboty celým telom cez krvné riečisko alebo cez tkanivá. V prípade, že lokalizujú napr. poškodený orgán, prijmú opatrenia na jeho opravu (26).

Zaujímavým využitím nanorobotov môže byť ich pripojenie na migrujúce zápalové bunky, alebo biele krvinky, s ktorými dosiahnu postihnuté zápalové tkanivá a budú participovať na liečivom procese. Takéto medicínske nanoroboty obohatia imunitný systém, hľadaním a deaktivovaním nežiadúcich baktérií a vírusov a ochranou organizmu proti škodlivým patogénom (26). Reguláciou koncentrácie živín v ľudskom tele, vrátane hladiny glukózy v krvi, by ďalej mohli monitorovať stav diabetických pacientov (obr. 1) (2).

Obr. 1. Monitorovanie pacienta s diabetes. Na detekciu hladín glukózy v krvnom riečisku sa použijú vložené nanobiosenzory. Získané údaje sa môžu preniesť do mobilného telefónu ako praktický spôsob prepojenia a komunikácie s nanorobotmi. Prevzaté s láskavým dovolením od Dr. Cavalcantiho (2)

Veľmi prospešné a prínosné bude využitie nanorobotov v angiológii. Medzi najrozšírenejšie, najzávažnejšie nielen zdravotnícke, ale aj ekonomické a sociálne problémy súčasnosti patria cievne choroby. Zapríčiňujú vysokú morbiditu a asi polovicu zo všetkých úmrtí populácie (8). Medzi klinicky najvýznamnejšie cievne choroby spôsobujúce nedokrvenosť – ischémiu, patria stenotizujúce (obštrukčné, obliterujúce) choroby tepien a malých ciev (mikrocirkulácie) (9). Nanoroboty umožnia rozšíriť stenotické krvné cievy, a to „obhrýzaním“ (nanoangioplastika) aterosklerotických vrstiev na stenách ciev pri pohybe v krvnom riečisku, čím zabránia napr. vzniku infarktu myokardu. Využité môžu byť tiež pri vyhľadávaní a rozbíjaní obličkových kameňov. Krémy s ich obsahom by bolo možné použiť pri liečbe kožných ochorení, pričom by umožňovali odstrániť nevyhnutné množstvo odumretej kože, prebytočný maz, doplniť potrebné množstvo mastiacich a prirodzene zvlhčujúcich látok.

Keď bude poslanie použitých nanorobotov splnené, môžu byť opätovne získané vylúčením prostredníctvom zvyčajných vylučovacích systémov (26).

Ako nanomateriály sa definujú materiály, ktorých základné stavebné štruktúrne prvky majú rozmery v rozsahu 100 nm a menej (25).

Jeden z najvýznamnejších amerických fyzikov 20. storočia, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku, Richard P. Feynman, už v roku 1959 vo svojom slávnom prejave na výročnom zasadnutí americkej fyzikálnej spoločnosti uvažoval o potenciáli nanozariadení. Navrhol, aby sa prístroje a nástroje, ktoré vyrábajú menšie stroje, použili na výrobu ešte menších prístrojov a nástrojov, ideálne až na molekulovej úrovni. Odporučil, aby sa takéto nanostroje, nanoroboty a nanozariadenia použili na vývoj širokého okruhu mikroskopických prístrojov a výrobných nástrojov s atómovou presnosťou (11).

Nanotechnológia pri liečbe zubného kazu

Podstatou využitia nanotechnológie v zubnom lekárstve je aplikácia nanočastíc ako súčasti rôznych materiálov, ktorými sa zlepšujú ich mechanické, chemické a fyzikálne vlastnosti. Nejde teda o nanotechnológiu v pravom slova zmysle. V praxi to znamená zvýšenú odolnosť voči abrázii, prirodzenejšiu estetiku – viac sa podobajú sklovine, kvalitnejší okrajový uzáver výplne, lepšiu leštiteľnosť, dlhodobé uvoľňovanie fluoridov a účinnejšiu remineralizáciu, napr. pri čistení zubov fluoridovanou zubnou pastou (16).

Konvenčná liečba zubného kazu zahŕňa mechanické odstránenie postihnutej časti tvrdého zubného tkaniva a vyplnenie vzniknutého otvoru výplňou. Táto metóda však nie je vhodná v prípade malých kavít vo včasnom štádiu vzniku kazu, pretože pri ošetrovaní sa odstráni neprimerané množstvo zdravého zubného tkaniva.

Pri ošetrení kariéznych lézií zubov sa čoraz častejšie používajú estetické výplňové materiály – kompozity. Kompozitné materiály sú zložené z organickej živice (pojivo) a anorganického plniva. Plnivo materiálu dodáva pevnosť a tvrdosť, znižuje polymerizačnú kontrakciu pri tuhnutí, prispieva k jeho prirodzenému vzhľadu a zabezpečuje mu dostatočnú translucenciu, opacitu a RTG kontrastnosť. Dôležitou súčasťou je tiež silán, ktorý spája pojivo a plnivo. Podľa veľkosti častíc plniva sa kompozitné materiály delia na makroplnivové (10–100 μm), midiplnivové (1 až 10 mm), miniplnivové (0,1–1 μm), mikroplnivové (0,01–0,1 μm), nanoplnivové (0,001–0,01 μm) a hybridné (23).

Medzi podstatné výhody nanokompozitov patria (10):

vysoký obsah plniva vo výplni,
výhodné manipulačné vlastnosti,
lepšie fyzikálne vlastnosti, ako je modul elasticity, ohybová pevnosť a i.,
zachovanie vysokého lesku vďaka nanoplnivu, ktoré aj napriek zubnej abrázii spôsobenej kefkou pri odstraňovaní zubného povlaku zanechá povrch s defektmi, ktoré sú menšie ako vlnová dĺžka svetla (t.j. pri vypadnutí nanočastice plniva nenastáva zmena odrazu svetla, čím sa zachováva lesk a farebný odtieň výplne),
vyššia translucencia podporujúca realistickejší vzhľad,
polovičné zmenšenie kontrakcie pri vytvrdzovaní materiálu.

Vonkajšia vrstva pokrývajúca povrch korunky zuba sa nazýva sklovina. Ide o 1 až 1,5 mm hrubú štruktúru zloženú z hydroxyapatitových kryštálov. Zubná sklovina, na rozdiel od pokožky alebo kostí, sa pri poškodení sama neregeneruje. Včasné štádium zubného kazu zahŕňa mikroskopické poškodenia skloviny (otvory hlboké < 50 μm) spôsobené kyselinotvornými baktériami, ktoré nemožno opraviť pomocou jednoduchých výplní, pretože rozdielne chemické zloženie a štruktúra týchto materiálov neumožňuje ich dokonalú adhéziu na sklovinu. Novým prístupom v riešení tejto problematiky sa zdá byť využitie nanotechnológie v zubných pastách, ktoré by umožnili rast hydroxyapatitových kryštálov v postihnutom mieste skloviny, a to v priebehu krátkeho časového intervalu. Ide o postup, pri ktorom sa v prípade iniciálnej sklovinovej lézie aplikáciou syntetického nanokryštalického hydroxyapatitového materiálu dosiahne obnova poškodenej štruktúry zubnej skloviny bez nevyhnutnosti mechanickej preparácie a aplikácie výplne zubným lekárom.

Vedci z FAP Dental Institute (Tokio, Japonsko) vytvorili zubnú pastu zo syntetickej skloviny, ktorá nanokryštalickým rastom hydroxyapatitových kryštálov rýchlo (v priebehu 15 minút) a hladko opraví včasné kariézne lézie s minimálnou stratou prirodzenej skloviny. Výskumní pracovníci pomocou transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) a RTG preukázali, že rozhranie medzi sklovinou zuba a opravenou vrstvou nevykazuje zreteľnú štrbinu, v porovnaní napr. s alternatívnou metódou využívajúcou kyslý fosfátový fluorid. Opravená vrstva obsahuje predĺžené kryštály (100–400 nm dlhé a 20 až 80 nm široké), pravidelne orientované k zubnému povrchu a rastúce naprieč rozhraním, čo preukazuje, že uvedená zubná pasta sa silno viaže na zubnú sklovinu. Japonskí vedci pri opravenej vrstve skloviny ďalej preukázali jej vysokú životnosť a odolnosť voči pôsobeniu kyselín. Pomocou atómovej silovej mikroskopie (metódy na zobrazovanie povrchov materiálov s atomárnou rozlišovacou schopnosťou) demonštrovali, že apatitové kryštály pôvodnej zubnej skloviny sú aplikáciou pasty nepatrne rozpustené, avšak následne pod jej vplyvom znova rýchlo rastú. Pasta v tomto prípade slúži ako zdroj minerálov. Toto rozpúšťanie a znova narastanie sa deje v dôsledku silnej acidity pasty (pH < 2). Acidita pasty prispieva k rýchlemu rastu kryštálov rozkladom klasterov fosforečnanu vápenatého, rastovej jednotky hydroxyapatitu, a uvoľnením vápnikových a fosforečnanových iónov. Výsledkom je neprerušované usporiadanie nových kryštálov siahajúcich z pôvodnej skloviny k opravenej vrstve. Tvorcovia pasty však upozorňujú, že pasta by pri aplikácii v ústach pacienta, vzhľadom na spomínanú nízku hodnotu pH a vysokú koncentráciu peroxidu vodíka, nemala prísť do kontaktu s mäkkými tkanivami, napr. s ďasnami (30).

Nové možnosti terapie založené na nanobiotechnológii môžu prispieť k detekcii miesta výskytu zubného kazu, ktoré predchádza vzniku kavity a jej oprave. Ďalším prínosom sú vylepšené nanomateriály pre opravu zubnej skloviny a nepretržitá podpora ústneho zdravia pomocou dentálnych nanorobotov (14). V prevencii zubného kazu a ochorení parodontu sa ideálne bude využívať nanorobotické čistenie zubov. Ústne vody a zubné pasty budú schopné kontrolovať supra- i subgingiválny povrch zubov, metabolizovať škodlivé organické látky na neškodné a nepáchnuce plyny, likvidovať povlak a zubný kameň (16).

Obavy spojené s využitím nanotechnológie

Základom nanomateriálov sú väčšinou bežné priemyslové látky, ktoré boli cielene pripravené, alebo vyrobené vo forme nanočastíc (18). Štúdie skúmajúce toxické účinky nanočastíc v rýchlo sa rozvíjajúcich priemyslových aplikáciách preukázali, že nanočastice oxidov rôznych kovov (Zn, Ti, Ce, Zr, Cu), znamenajú nové toxické riziká (1, 12).

Neistota spojená s nanotechnológiou a hlavne nedostatok dostupných informácií sa týka predovšetkým vplyvu nanočastíc na zdravie ľudského organizmu. Kým mnoho typov vyrábaných nanomateriálov rýchlo preniká do moderných technológií a odtiaľ do bežného života, experimentálne toxikologické štúdie poskytujú množstvo príkladov škodlivého pôsobenia týchto materiálov na organizmus. Predpokladá sa, že nepriaznivé zdravotné účinky by mohli nastať aj v prípade ľudí, zvlášť pri výrobe alebo spracovaní nanomateriálov (18). V súčasnej dobe je preto výzvou nielen zapojenie sa do medzinárodných epidemiologických štúdií nádorových ochorení vo vzťahu k práci, ale najnovšie aj do výskumu v oblasti pôsobenia a hodnotenia expozície nanočasticiam (5).

Toxicitu nanočastíc ovplyvňuje množstvo faktorov, ako je ich veľkosť a tvar, chemické zloženie, či povrchové špecifiká ako náboj, reaktivita, plocha a druh obalu (19). Rozličné druhy nanočastíc s rovnakým chemickým zložením môžu mať úplne odlišnú toxicitu. Obavy sa často zvyšujú s neposkytovaním priemyslových informácií (know-how) zainteresovaných výrobcov. Bez povinného označovania a evidencie nanoproduktov, nikto – dokonca ani vlády štátov, nebudú vedieť, ktoré výrobky obsahujú nanočastice. Prieskumy ukazujú, že mnoho spoločností nevedie evidenciu hodnotenia rizika. Existuje tiež veľká neistota týkajúca sa sociálnych, ekonomických a právnych otázok, vrátane zodpovednosti, duševného vlastníctva, práva krajín odmietnuť nanoaplikácie, spôsobilosti kontrolovať riziká súvisiace s nanotechnológiou atď. (13). Treba mať na zreteli aj právo ochrany každého občana pred zdravotníckymi výkonmi, zariadeniami a liekmi, ktoré by mohli poškodiť jeho zdravie (6).

Zmenu postoja k toxickým vlastnostiam látok spôsobilo zistenie, že dôležitou podmienkou karcinogénneho účinku azbestu je vláknitý tvar jeho častíc. Pri nanomateriáloch je vplyv veľkosti častíc na ich biologické účinky podstatný (18). Dve nezávislé štúdie uverejnené v roku 2008 zistili, že určité uhlíkové nanotrubice spôsobujú pri testovaných myšiach patogenitu podobnú azbestu a vytvárajú riziko tvorby mezoteliómu (21, 27). Na zvieratách sa ďalej experimentálne preukázalo, že nanočastice oxidu titaničitého spôsobujú zápal pľúc, hoci tá istá látka s časticami s mikrometrickými rozmermi sa v inhalačnej toxikológii používa ako inertný kontrolný materiál pre porovnanie s účinkami fibrogénnych prachov. Pokusy in vitro a na zvieratách dokazujú schopnosť nanomateriálov vyvolávať v bunkách oxidatívny stres. Nanočastice prenikajú bunkovou membránou a môžu sa dostať aj do mozgu pozdĺž čuchového nervu alebo prekonaním hematoencefalickej bariéry a kumulovať sa v mozgovom tkanive (17, 18). Ďalšia štúdia uvádza, že niektoré nanočastice (TiO₂) môžu pri pregnantných myšiach prechádzať placentou a predstavovať vo vyvíjajúcom sa potomstve významné riziko vzniku porúch genitálneho a nervového systému (28). Avšak, tak ako častokrát nie je možné presne odhadnúť fyzikálno-chemické vlastnosti nanomateriálov zo znalosti vlastností chemicky identických látok s časticami väčších rozmerov, táto neistota platí i pre odhad ich účinkov na organizmus (18).

Záver

Nanotechnológia v medicíne a zubnom lekárstve skrýva značný potenciál pre prevratné zmeny v diagnostike, terapii a prevencii ochorení. Nanoroboty zmenia zdravotnú starostlivosť a kvalitu ľudského života omnoho významnejšie než iné v minulosti vyvíjané technológie (24).

Nanotechnológia v zubnom lekárstve umožní pomocou nanomateriálov a biotechnológie, vrátane tkanivového inžinierstva a nanorobotiky, zachovať takmer dokonalé ústne zdravie (7). Aj keď je výskum v oblasti nanorobotov ešte stále v prípravnom štádiu, prísľub tejto technológie je nepopierateľný.

MUDr. Ján Kováč, PhD.

Klinika stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie LFUK a OÚSA

Heydukova 10

812 50 Bratislava

E-mail: mudr.jan.kovac@gmail.com

Zdroje

1. Brunner, T.J., Wick, P., Manser, P., et al. In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: Comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility. Environ Sci Technol 2006, 40, p. 4374–4381.

2. Cavalcanti, A., Shirinzadeh, B., Kretly, L.C. Medical nanorobotics for diabetes control. Nanomedicine 2008, 4(2), p. 127–138.

3. Ellis-Behnke, R. At the nanoscale: nanohemostat, a new class of hemostatic agent. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol 2011, 3(1), p. 70–78.

4. Ellis-Behnke, R.G., Liang, Y.X., Tay, D.K., et al. Nano hemostat solution: Immediate hemostasis at the nanoscale. Nanomedicine 2006, 2(4), p. 207–215.

5. Fabiánová, E. Výzvy pre preventívne pracovné lekárstvo a toxikológiu. Pracov. Lék. 2010, 62(2), s. 69–73.

6. Filip, K., Vondráček, L. Reforma zdravotnictví a vztahy mezi zdravotníky a pacienty. Prakt. lék. 2008, 88(3), s. 127–129.

7. Freitas Jr, R.A. Nanodentistry. J Am Dent Assoc 2000, 131(11), p. 1559-1565.

8. Gavorník, P. Končatinovocievne ischemické choroby. In: Gavorník, P., Hrubiško, M., Rozborilová, E (eds). Diferenciálna diagnostika kardio-vaskulárnych, respiračných a hematologických ochorení. I. 1. vyd. Bratislava: Dr. Josef Raabe, 2010. s. 1–92. ISBN 978-80-89182-46-6.

9. Gavorník, P. Všeobecná angiológia. Angiologická propedeutika. Cievne choroby. 2. rozšírené a doplnené vyd. Bratislava: Univerzita Komenského, 2001. 268 s. ISBN 80-223-1608–3.

10. Gorav, S., Kamlesh, V., Nidhi, P. Nanodentistry – The future ahead. BFUDJ 2010, 1(1), p. 43–45.

11. Gupta, J. Nanotechnology applications in medicine and dentistry. J Invest Clin Dent 2011, 2(2), p. 81–88.

12. Heinlaan, M., Ivask, A., Blinova, I., et al. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus. Chemosphere 2008, 71(7), p. 1308–1316.

13. Helland, A., Scheringer, M., Siegrist, M., et al. Risk assessment of engineered nanomaterials: A survey of industrial approaches. Environ Sci Technol 2008, 42(2), p. 640–646.

14. Jain, K.K. The Handbook of nanomedicine. Totowa: Humana Press, 2008, 403 p.

15. Kacerovský, M., Tambor, V., Lenčo, J., Tošner, J. Proteomika a biomarkery karcinomu ovaria. Čes. gynek. 2009, 74(3), s. 163–170

16. Kopecká, D., Šimůnek, A., Slezák, R. Nanomateriály ve stomatologii – přehled poznatků. Prakt. zub. lék. 2009, 57(4), s. 59–62.

17. Lasagna-Reeves, C., Gonzalez-Romero, D., Barria, M.A., et al. Bioaccumulation and toxicity of gold nanoparticles after repeated administration in mice. Biochem Biophys Res Commun 2010, 393(4), p. 649–655.

18. Mráz, J. Nanomateriály a ochrana zdraví na pracovištích. Prakt. lék. 2011, 91, 2, s. 96–99

19. Nel, A., Xia, T., Li, N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science 2006, 311, 5761, p. 622–627.

20. Pierstorff, E., Ho, D. Monitoring, diagnostic, and therapeutic technologies for nanoscale medicine. J Nanosci Nanotechnol 2007, 7(9), p. 2949–2968.

21. Poland, C.A., Duffin, R., Kinloch, I., et al. Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-like pathogenicity in a pilot study. Nat Nanotechnol 2008, 3(7), p. 423–428.

22. Sahoo, S.K., Parveen, S., Panda, J.J. The present and future of nanotechnology in human health care. Nanomedicine 2007, 3(1), p. 20–31.

23. Sherwood, I.A., Narayanan, L. L. Essentials of operative dentistry. St. Louis: Jaypee Brothers Medical Publishers, 2010, 528 p.

24. Schleyer, T.L. Nanodentistry. Fact or fiction? J Am Dent Assoc 2000, 131, 11, p. 1567–1568.

25. Schulz, M.J., Shanov, V.N., Yun, Y. Nanomedicine design of particles, sensors, motors, implants, robots, and devices. London: Artech House Publishers, 2009, 511 p.

26. Sujatha, V., Suresh, M., Mahalaxmi, S. Nanorobotics – A futuristic approach. Streamdent 2010, 1(1), p. 86–90. Dostupné z: http:// streamdent.in/REVIEW%20ARTICLE/2%20chap.pdf.

27. Takagi, A., Hirose, A., Nishimura, T., et al. Induction of mesothelioma in p53+/− mouse by intraperitoneal application of multi-wall carbon nanotube. J Toxicol Sci 2008, 33(1), p. 105–116.

28. Takeda, K., Suzuki, K., Ishihara, A., et al. Nanoparticles transferred from pregnant mice to their offspring can damage the genital and cranial nerve systems. J Health Sci 2009, 55(1), p. 95–102.

29. Vo-Dinh, T., Kasili, P., Wabuyele, M. Nanoprobes and nanobiosensors for monitoring and imaging individual living cells. Nanomedicine 2006, 2(1), p. 22–30.

30. Yamagishi, K., Onuma, K. Suzuki, T., et al. A synthetic enamel for rapid tooth repair. Nature 2005, 433, p. 819.