Samenvatting Biologische interacties theorievak blok 2 minor bio-nanotechnologie
51 views 0 purchase
Course
Minor bio-nanotechnologie
Institution
Hogeschool Arnhem En Nijmegen (HAN)
Complete samenvatting van het vak biologische interacties tijdens de minor bio-nanotechnologie, studie jaar 3-4. De samenvatting is per week geschreven en is dus gebaseerd op de stof die behandeld is per les. De samenvatting is volledig en bevat alle stof die men dient de leren voor het analyse ged...
Biologische interacties van nanomaterialen
Aantekeningen les week 1
Biodegradable. Het nanodeeltje kan in een biologisch systeem/natuurlijke omgeving
afgebroken worden naar natuurlijk voorkomende bouwstoffen en de reactanten zijn niet-
toxisch (dus de afbraak is zonder schade aan te richten).
Biocampatible. Dit is da het nanodeeltje in het lichaam kan werken en geen andere
processen in het lichaam verstoort. In relatie me biodegradable heeft dit minder eisen (hierbij
moet hij dus niet toxisch en schadelijk zijn). Biocompatible is dat hij niet toxisch is maar hij
kan zich wel ophopen en dus schade aanrichten. Je gaat dus niet dood van de stof, maar het
kan wel accumuleren.
Polymeren (bouwblokken) voor klinisch gebruik. Deze moeten biodegradable zijn of op
zijn minst biocompatible. Er moeten ook overwegingen worden gemaakt over de vorm en
lading (pH). Dit hangt allemaal af van het te bereiken doel.
Non specific protein adsorption. Eiwitten kunnen aggregaten vormen met een nanodeeltje
(met je polymeer). Wanneer dit gebeurt zal het nanodeeltje sneller uit het systeem worden
verwijderd door bijvoorbeeld het RES (fagocytose). Het hechten van niet-specifieke eiwitten
aan je nanodeeltje wil je voorkomen door middel van PEG. PEG vergroot de circulatie en
stealth eigenschappen.
Opsonins/opsonisatie. Dit is een proces dat fagocytose vergemakkelijkt
en versnelt. Moleculen binden aan het nanodeeltje waardoor de
fagocytose versnelt. Opsonins is een molecuul wat fagocystose verbeterd
door een antigeen te markeren voor een immuunrespons of ze markeren
dode cellen voor recycling. Opsonisatie is het moleculaire mechanisme
waarbij moleculen, microbes of apoptotische cellen chemisch
gemodificeerd worden zodat ze een sterkere aantrekking krijgen tot het
celoppervlak receptoren van fagocyten en NK cellen.
Stealth behavior. Dit is de eigenschap dat het nanodeeltje niet door het immuunsysteem
wordt opgemerkt. PEG is een belangrijke toepassing om dit op te lossen. Hierdoor wordt non
specific protein adsorption vermeden. Dit is dus het verlengen van de bloedcirculatie. PEG
blokkeert dus de niet-specifieke bindingen.
Effect van polymeer glas transitie. De glas transitietemperatuur (Tg) is het punt dat een
hard bros materiaal overgaat naar een viskeuze rubberachtige stof. Deze temperatuur is
belangrijk voor vorm en grootte regeling.
,Tg laag = flexibel/viskeus, hierdoor kan je nanodeeltje makkelijk door nauwe ruimtes en
daardoor dus makkelijker door poriën heen. Ook is hij makkelijker te vormen.
Tg hoog = hare bol.
Effect van pKa of polymer sidegroups. De pKa is de waarde hoe zuur of basisch de
zijgroepen van het polymeer zijn. Bij welke pH neemt het een H+ op (+ geladen) en wanneer
geeft het een H+ af (- geladen). Bij PICsomen is dit extra interessant, want je kan je
polymeren zo stellen dat ze in de circulatie tegengesteld geladen zijn en in een lysosoom
een andere lading hebben waardoor de PICsoom uiteenvalt (als je polymeer kiest met pKa
waarde dat de positieve lading komt te vervallen met pH 6, dan weet je dat hij in de
bloedbaan netjes een polyoncomplex blijft (pH bloed is ongeveer 7,4), maar in een
endosoom (pH veel lager), dan valt het polyioncomplex uit elkaar). De pKa waarde bepaalt
dus eigenlijk hoe makkelijk of moeilijk iets
deprotoneerd (hoe lager de pKa, hoe makkelijker hij
protoneerd en hoe hoger de pKa, hoe makkelijker hij
deprotoneerd). pKa betekent hoe zuur of basisch een
bepaalde groep is. Als je deze waarde kent weet je bij
welke pH hij een H+ opneemt of afstaat. Dus als je
speelt met de pKa van de zijgroepen van je polymeer,
kan je finetunen op welke plek in het lichaam je
nanodeeltje vrijkomt (medicijn afgifte).
Peptosoom. Dit is een vorm van een bio-(hybride) polymeer. Er kan van een reeks
hydrofobe peptide een α-helix worden opgezet. Vervolgens kan dit geconjugeerd worden met
PEG. Hieruit ontstaat een bouwblok vorm een vesicle-achtige aggregaat. In de meeste
toepassingen is de peptide hydrofiel en bevindt het zich in de periferie van de vesicle. Het is
een block-co polymeer, wat voor een deel uit een polymeer en voor een deel uit een
peptide bestaat.
Reticulo Endothelial System (RES). Dit wordt ook wel het mononucleaire fagocyt systeem
genoemd. Het zijn fagocyten die zich bevinden in retuculair bindweefsel. Voornamelijk zijn dit
de monocyten/macrofagen in de lever en de milt die belangrijk zijn. Dit zijn immuun cellen die
in de lever en de mild zitten, die gevaarlijke stoffen op kunnen nemen en onschadelijk
kunnen maken.
Use of lower critical solution temperature. Kritische oplossingstemperatuur (critical
solution temperature).
> Critical solution temperature; er vormen spontaan polymerosomen, het slaat neer.
< Critical solution temperature; polymerosomen lossen op.
Bepaalde polymeren kunnen neerslaan wanneer de temperatuur wordt verhoogd. Dit zijn
vaak polymeren met een ~OH groep in de zijketen. Deze eigenschap komt niet vaak voor.
Het is erg handig om je deeltjes bij een ontsteking of een actieve cel te laten neerslaan (het
medicijn hoopt zich op) waar de temperatuur net iets hoger is. Je kan dus polymeren maken
die minder goed oplosbaar worden naarmate je de temperatuur verhoogt, dit is precies
omgekeerd gedrag wat je zou verwachten, bijvoorbeeld Elestine; is een eiwit gepasseerd
systeem die bij een hoge temperatuur neerslaat. Het zijn dus meer uitzonderingen. Het effect
heet dus de lower critical solution temperatuur.
Blood half life of polymersomes v.s. liposomes. De half-life is de tijd dat 50% van de
deeltjes zijn afgebroken of uit het systeem is gewerkt. Liposomen; 15 uur. Polymerosomen;
meerdere dagen. Het grote verschil in half-life wordt veroorzaakt doordat je bij liposomen
maximaal 10% van de fosfolipiden kan PEGyleren. Bij een
hoger percentage wordt de kritische verpakkingsparameter
(Cpp) dusdanig verandert dat er geen liposoom meer
ontstaat (of je hebt teveel PEG dat alles gaat oplossen, of je
krijgt juist micelvorming). Polymeren kan je tot wel 100%
, PEGyleren omdat je simpel het ontwerp van een polymeer kan veranderen. Dus op al je
polymeren kan je PEG zetten.
Alternatives for PEG to induce stealth behaviour. Stealth behaviour is dus eigenlijk onder
de radar gaan. Er zijn alternatieven voor PEG om stealth behavior te verkrijgen, namelijk de
grootte en de vorm beïnvloedt stealth behavior. PMPC is een zwitterionisch polymeer (deze
heeft geen lading) dat adsorptie van opsonisatie vermindert (dus hierdoor minder
geabsorbeerd door opsonins). pHPMA, dit zijn korte suiker ketens, hierdoor heb je minder
clearance. Ook heb je oligosachariden. Tot slot heb je poly(oxazoline) conjugaten, deze
worden echter bijna nooit gekozen (ondanks dat ze het heel goed doen wat betreft het
afschermen van niet-specifieke interacties met eiwitten). Dit is na PEG de beste manier,
maar toch kiest men liever voor oligosachariden. Dit komt omdat poly(oxazoline) niet FDA
goedgekeurd is en oligosachariden wel.
Daarom is dit voor een farmaceut ongunstig.
How does size matter. De grootte is erg
belangrijk voor klaring en het bereiken van het
gewenste weefsel. Junctions zijn 2-6 nm wat te
klein is om door te dringen. De lever en de nier
hebben een gefenestreerd epitheel met poriën
van 40-60nm en zelfs tot 150nm. Dit leidt tot
klaring. Tumoren hebben een discontinu
vasculair systeem. Dit zijn leaky vessels met
poriën van 100nm.
De grootte bepaalt bij welke plek hij erin gaat.
De lever, nieren en mild hebben een porie size
van 40-50 tot maximaal 150 nm. En een tumor
cel is 100 nm. Dus afhankelijk van de grootte
van de poriën weet je waar je nanodeeltje in je
lichaam gaat zitten. Tevens wordt de grootte van je nanodeeltje bepaald door de ratio tussen
de twee block-co polymeren die je gebruikt voor je nanodeeltje.
Enhanced permeability effect. Dit is het gevolg van leaky vessels rond een tumor. Deze
vessels hebben poriën van 100nm zodat nanodeeltjes passief op de tumor kan worden
getarget. Het nanodeeltje zal zich dus meer ophopen in het tumorweefsel dan in normaal
weefsel (omdat het nanodeeltje makkelijk door die poriën naar binnen kan).
Shape effect van worm-achtige michelles v.s. sferische deeltjes.
Worm-achtige michelles hebben een langere circulatietijd in vergelijking met sferische
deeltjes. Deze michelles hebben ook een waterig lumen en daardoor hydrofoob cargo.
De reden dat worm-achtige michelles een langere circulatietijd hebben komt omdat:
1. Deze staafvormige deeltjes meer in het centrum van de parabolische bloedstroom zitten.
Hier stroomt het bloed het snelst. Op deze plek komen ze niet in aanraking met macrofagen
die aan de traag stromende randen zitten. Als je naar een bloedvat kijkt en je kijkt naar de
stroming, dan is de snelheid in het midden van het bloedvat het hoogst. Een naaldvorm zal
zich in het midden van het bloedvat centreren. Al je elementen van RES systeem zitten aan
de randen, dus de kans dat hij een macrofaag tegen komt is heel klein. Een bolletje verdeelt
zich meer radom, dus die heeft meer kans om opgegeten te worden.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller DorianvanKuijk. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $4.81. You're not tied to anything after your purchase.
