UPORABA NANOMATERIALOV ZA NEVROPROTEKTIVNOST · Krklec D. Uporaba nanomaterialov za nevroprotektivnost. Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij

II

UNIVERZA V LJUBLJANI

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ŠTUDIJ BIOTEHNOLOGIJE

Daniel KRKLEC

UPORABA NANOMATERIALOV ZA

NEVROPROTEKTIVNOST

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij - 1. stopnja

Ljubljana, 2019

III

UNIVERZA V LJUBLJANI

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ŠTUDIJ BIOTEHNOLOGIJE

Daniel KRKLEC

UPORABA NANOMATERIALOV ZA NEVROPROTEKTIVNOST

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij - 1. stopnja

THE USE OF NANOMATERIALS FOR NEUROPROTECTIVITY

B. SC. THESIS

Academic Study Programmes

Ljubljana, 2019

Krklec D. Uporaba nanomaterialov za nevroprotektivnost.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, 2019

II

Diplomsko delo je zaključek Univerzitetnega študijskega programa prve stopnje

Biotehnologija.

Študijska komisija 1. in 2. stopnje študija biotehnologije je za mentorja diplomskega dela

imenovala prof. dr. Damjana Drobne.

Komisija za oceno in predstavitev:

Predsednik: prof. dr. Polona JAMNIK

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo

Član: prof. dr. Damjana DROBNE

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo

Član: prof. dr. Jana MUROVEC

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo

Datum predstavitve: 11.9.2019



III

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Du1

DK UDK 606:61:620.3(043.2)

KG nanodelci, nevrodegenerativne bolezni, terapija, nanomedicina, cerijev oksid

AV KRKLEC, Daniel

SA DROBNE, Damjana (mentor)

KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, Univerzitetni

študijski program prve stopnje Biotehnologija

LI 2019

IN UPORABA NANOMATERIALOV ZA NEVROPROTEKTIVNOST

TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja)

OP VI, 18 str., 3 sl., 66 vir.

IJ sl

JI sl/en

AI S staranjem prebivalstva postajajo nevrodegenerativne bolezni vse pogostejši pojav v

moderni družbi, saj je pogostost pojava bolezni veliko večja pri starejših. Trenutno še

ne poznamo ustreznih metod zdravljenja, saj ne moremo priti z zdravili v možgane.

Predvidevajo, da bi v naslednjem stoletju, če ne najdemo zdravila lahko

nevrodegenerativne bolezni dohitele rak po številu smrti starostnikov. Eden od

kandidatov za zdravila so zaradi svoje majhnosti nanodelci. Lahko bi jih uporabili za

prečkanje krvno-možganske pregrade ali pa jih uporabili kot nosilce in bi z njihovo

pomočjo prenesli zdravila v prizadete dele. Nanomateriali predstavljajo širok spekter

različnih snovi. Zaradi tega je tudi njihovo delovanje možno na več načinov. Lahko

delujejo kot antioksidanti, kot zaviralci nadaljnjega razvoja bolezni ali pa kot snovi, ki

bolezensko stanje pozdravijo. Kot pomemben antioksidant je izpostavljen cerijev

oksid, ki zaradi svojih regenerativnih sposobnosti zahteva le eno doziranje.

Raziskovalci so že dobili številne pozitivne rezultate s testiranji na modelnih

organizmih in tkivnih kulturah. Trenutno pa so nadaljnje raziskave na ljudeh omejene,

saj še ne poznamo najbolje možnih strupenih učinkov nanodelcev na človeško telo.

Vseeno pa ob ustreznih doziranjih še ni bilo opaženih akutnih strupenih učinkov in

zato nanodelci predstavljajo velik up, da postanejo prve zdravilne učinkovine, ki bi

delovale proti nevrodegenerativnim boleznim.



IV

KEY WORDS DOCUMENTATION

ND Du1

DC UDC 606:61:620.3(043.2)

CX nanoparticles, neurodegenerative diseases, therapy, nanomedicine, cherium oxide

AU KRKLEC, Daniel

AA DROBNE, Damjana (supervisor)

PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Academic Study Programme in

Biotechnology

PY 2019

TI THE USE OF NANOMATERIALS FOR NEUROPROTECTIVITY

DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes)

NO VI, 18 p., 3 fig., 66 ref.

LA sl

AL sl/en

AB The human population is geting older on average and because of this the prevalence of

neurodegenerative diseases is getting higher. Currently there is no known available for

this type of disase. This is mainly caused by the fact that we can not enter the brain

with potential therapeutics. Both facts lead to predictions that neurodegenerative

diseases might overtake cancer as the leading reason of elderly death. Nanoparticles

are a candidate to become the cure for this because of their small size. We could use

them to cross the blood brain barrier themselves or to carry other therapeutics across.

Nanomaterials represent a big specter of different substances so their potential usage is

different. They can be used as antioxidants, as disease inhibitors or as a cure for the

disease. Cherium oxide is highlighted as the most important nanoparticle antioxidant

so far because it only requires one dosage as the particles possess the ability of

regeneration. Researchers have already aquired numerous positive results with tests on

model organisms and tissue cultures. Currently there are no researches taking place on

humans as there is still a lot unknown about the potential toxic effect on the particles

on human bodies. Nonetheless there are no known records of acute toxicity if the right

dose of nanoparticles is being used so they represent a big hope of becoming the first

therapeutics for neurodegenerative diseases.



V

KAZALO VSEBINE

Str.

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA III

KEY WORDS DOCUMENTATION IV

KAZALO VSEBINE V

KAZALO SLIK VI

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI VI

1 UVOD 1

1.1 NAMEN IN POVOD DELA 1

2 UPORABA NANOMATERIALOV ZA NAMENE

NEVROPROTEKTIVNOSTI

1

2.1 NANOTEHNOLOGIJA 2

2.2 ALZHEIMERJEVA BOLEZEN 3

2.2.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni 4

2.3 PARKINSONOVA BOLEZEN 4

2.3.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje Parkinsonove bolezni 5

2.4 PRIONSKE BOLEZNI 5

2.4.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje prionskih bolezni 6

2.5 AMIOTROFIČNA LATERALNA SKLEROZA 6

2.5.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje amiotrofične lateralne

skleroze

6

2.6 KRVNO-MOŽGANSKA PREGRADA 7

2.6.1 Prehajanje skozi krvno-možgansko pregrado 7

2.6.2 Absorpcijska transcitoza 8

2.6.3 Receptorska transcitoza 8

2.7 STRUPENOST NANODELCEV 9

2.8 UPORABA NANODELCEV PROTI TVORJENJU REAKTIVNIH

KISIKOVIH SPOJIN

10

2.8.1 Cerijev oksid 10

2.8.2 Oksidativni stres 11

2.8.3 Biološki učinki nanodelcev cerijevega oksida 11

3 ZAKLJUČEK 13

4 VIRI 14



VI

KAZALO SLIK

Str.

Slika 1: različni tipi nanodelcev namenjenih za medicinsko uporabo. Predstavljena je

morfologija tistih, ki so največkrat uporabljeni za namene terapije in diagnosticiranja

nevrodegenerativnih bolezni

2

Slika 2: možne poti prehoda skozi krvno-možgansko pregrado 8

Slika 3: človeška izpostavljenost nanodelcem, njihovi glavni antropogeni viri, izpusti

ter potencialna nevarnost izpostavljenosti glede na način vstopa nanodelcev v telo

10

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

ND nanodelci

NM nanomateriali

CŽS centralni živčni sistem

NB nevrodegenerativne bolezni

AB Alzheimerjeva bolezen

PB Parkinsonova bolezen

KMP krvno-možganska pregrada

β beta

APP amiloidni prekurzorski protein

NL nanoliposomi

Pr B prionske bolezni

PP prionski protein

ALS amiotrofična lateralna skleroza



1

1 UVOD

1.1 NAMEN IN POVOD DELA

Nanotehnologija zajema raziskave in tehnologijo razvoja materialov, katerih velikost ne

presega nivoja stotih nanometrov. Nanodelci (ND) so po definiciji delci, ki imajo dolžino 1-

100 nanometrov v dveh ali treh dimenzijah (ASTM 2456-06, 2006). Poznamo pa tudi

nanomateriale (NM). Mednarodna organizacija za standardizacijo (angl. International

Organisation for Standardisation) definira NM kot material z vsaj eno zunanjo dimenzijo

nanovelikosti (1–100 nm) ali z notranjo ali površinsko strukturo nanovelikosti (SIST-TS CEN

ISO/TS 80004-1, 2016). Poznamo takšne, ki so že sami po sebi prisotni v naravi in umetno

izdelane. Zaradi tega, ker so tako majhni, imajo veliko raznolikost v svojih lastnostih. Ena

od potencialnih uporab pa je tista v medicini. Ključni lastnosti, ki imata potencial v reševanju

medicinskih problemov, sta majhnost in zaradi tega sposobnost prodiranja skozi določene

prepreka ter velika aktivna površina (Singh in sod., 2007).

S povečevanjem povprečne življenjske dobe in predvidenimi spremembami v demografiji

prebivalstva, pričakujemo v 21. stoletju povečan pojav bolezni centralnega živčnega sistema

(CŽS). Največji izziv med temi pa so nevrodegenerativne bolezni (NB), ki povzročijo z leti

postopno znižano nevronsko funkcijo, pogosto pa je epilog tudi propad nevronskih celic. Med

bolj znane sodijo Alzheimerjeva (AB), Parkinsonova (PB) in Huntingtonova bolezen. Čeprav

so mehanizmi teh bolezni precej dobro poznani, pa je zdravljenje zaenkrat še nerešljiva

uganka (Fernandes in sod., 2009).

Stvar, ki najbolj otežuje zdravljenje, je prisotnost krvno možganske pregrade (KMP), katera

preprečuje prehod večini potencialnih zdravilnih učinkovin (Abbott in sod., 1999). ND,

predvsem zanimivi so umetno sintetizirani, saj lahko pri njih kontroliramo želene lastnosti,

kažejo sposobnost prečkanja te pregrade ali pa s svojimi lastnostmi omogočijo prehod drugim

zdravilnim učinkovinam. S tem bi bil omogočen prehod zdravilnih učinkovin do tarčnih

nevronskih celic in te bi tako lahko potencialno omogočale zdravljenje ali pa celo

regeneracijo celic (Gabathuler, 2009).

Namen diplomskega dela je pregled obstoječe literature, ki opisuje metode za vnos in način

delovanja, s katerim bi ND lahko bili uporabljeni za terapijo prizadetih nevronskih celic, ter

opis potencialnih zdravljenj različnih vrst NB.

2 UPORABA NANOMATERIALOV ZA NAMENE NEVROPROTEKTIVNOSTI

2.1 NANOTEHNOLOGIJA

Nanotehnologija zajema procese izdelovanja in manipuliranja delcev, katerih dimenzije se

gibljejo na nanometrski ravni. Takšni delci imajo tudi veliko aktivno površino in katalitično

aktivnost. Če k temu dodamo tudi njihovo izredno majhnost, ne preseneča dejstvo, da je bilo z



2

njihovo pomočjo revolucionirano veliko komercialnih produktov in procesov. Z njihovim

delovanjem se je izboljšala marsikatera lastnost npr. fotoreaktivnost, sprememba strukture

materiala, povečan efekt katalize itd. Predvideva se, da bi lahko te uporabne lastnosti ND

prenesli tudi na nivo celic, tkiv in organizmov, saj uporaba v tem področju zaostaja za

drugimi komercialnimi aplikacijami. Velik pomen imajo tukaj umetno sintetizirani ND, saj bi

lahko z njimi načrtno uravnavali ustrezno velikost in katalitično aktivnost. Takšni produkti

imajo potencial postati zdravilne učinkovine, ugotavljajo Singh in sod. (2007).

Slika 1: različni tipi nanodelcev namenjenih za medicinsko uporabo. Predstavljena je morfologija tistih, ki

so največkrat uporabljeni za namene terapije in diagnosticiranja nevrodegenerativnih bolezni (prirejeno

po Re in sod., 2012)

NB naj bi zaradi posledic staranja prebivalstva do leta 2040 prehitele rak in postale najbolj

pogost vzrok smrti med starejšimi, predvidevata Lilienfeld in Perl (1993). Gre za bolezenske

pojave, ki predstavljajo veliko nevarnost človeškemu zdravju. NB so raznovrstne v svojem

delovanju, nekatere povzročajo spominske in kognitivne oslabitve, druge pa vplivajo na

sposobnost premikanja, govorjenja in dihanja. Gitler in sod. (2017) ugotavljajo, da bodo

efektivna zdravljenja, ki so zelo potrebna, prišla le z globljim razumevanjem vzrokov in

mehanizmov delovanja vsake bolezni. Kot enega izmed načinov kako spoznati način

delovanja bolezni izpostavljajo vzpostavitve modelnih sistemov, s katerimi bi spoznali

ključne karakteristike bolezni. Do zdaj so npr. prišli do pomembnih spoznanj s spremljanjem



3

vpliva na miših, vinskih mušicah, nematodah in kvasovkah. Z moderno tehnologijo pa Han in

sod. (2011) poročajo tudi o možnosti tvorjenja induciranih pluripotentnih matičnih celic, ki bi

jih pridobili iz diferenciranih človeških celic in s katerimi bi lahko oblikovali specifične

celične linije za vsakega pacienta, kar bi tvorilo človeške modele za človeško bolezen.

2.2 ALZHEIMERJEVA BOLEZEN

AB je vrsta NB, za katero je značilna postopna izguba spomina in ostalih kognitivnih funkcij.

Končni rezultat AB je demenca (Gotz in sod., 2009). Pri AB sta v možganih prisotna Aβ

peptid in z mikrotubuli povezan interferon tau, pri katerih pride do sprememb v terciarni

strukturi. To vodi do spremenjene vezave in odlaganja (Selkoe, 1997). Aβ izhaja iz

amiloidnega prekurzorskega proteina (APP) in je pomembna sestavina β amiloidnega plaka.

Hiperfosfoliran tau pa je pomemben gradnik nevrofibrilarnih zapletov (Avila, 2006). Majhni

agregati Aβ peptida so trenutno obravnavani kot glavni krivci za sinaptične poškodbe in

postopno slabšanje spomina (Ittner in Gotz, 2011). Za večino primerov, kjer se AB deduje je

bila identificirana mutacija v genu za APP in v genih, ki kodirajo APP proteaze. Mutacije v

genu tau pa so značilne za frontotemporalno demenco, ki je druga najpogostejša oblika

demence (Lee in sod., 2001).

AB je najpogostejša oblika NB. Kot ugotavljata Selkoe in Lansbury (1999), ima, glede na

izsledke raziskav, v Združenih državah Amerike (ZDA) 2,5 % ljudi, starih med 65 in 74, let

diagnosticirano senilno demenco, ki je ključni simptom AB. V starostnem obdobju med 75 in

79 let naraste število obolelih na 4 %, v starostnem obdobju med 80 in 84 let je obolelih 11 %

in starostnem obdobju med 85 in 93 let kar 24 %. Od vseh teh pacientov so AB dokazali pri

55 %, pri ostalih pa še ni prišla do tako napredne stopnje, da bi lahko bila diagnosticirana.

Avtorja predvidevata, da ima vsaj blago obliko stopnje AB samo v ZDA kar od 3 do 4

milijone ljudi.

2.2.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni

Trenutno so strategije uporabe ND za zdravljenje AB večinoma osredotočene na to, da delci

interferirajo z Aβ agregacijo ali pa da sekvestrira peptid, ne le v CŽS ampak tudi v krvi. S tem

bi želeli zmanjšati nivo bolezni povzročajočih proteinov v možganih (Matsuoka in sod.,

2003). Nanoliposomi (NL), ki so funkcionalizirani z dodatkom fosfatne kisline ali s

kardiolipinom in bi lahko znižali nivo Aβ, so bili razviti s strani Gobbija in sodelavcev

(2010). Kasneje so dokazali, da imajo NL visoko afiniteto za Aβ in znižajo njihovo strupenost

in vitro (Bereczki in sod., 2011). Podobno so Canovi in sod. (2011) sintetizirali NL z

vključenim anti-Aβ monoklonalnim protitelesom. Ta je kazal visoko afiniteto za vezavo s Aβ

tako in vitro kot ex vivo na posmrtnih možganskih analizah. Mourtas in sodelavci (2011) so

razvili NL z dodanim derivatom kurkuminom, ki je vezal Aβ z visoko afiniteto in preprečil

njihovo agregacijo in vitro.



4

Drugačen pristop uporabe ND pa je osredotočen na zdravljenje simptomov, tako da so

nevronske celice zaščitene pred oksidativnim stresom. Uporaba metalnih kelatorjev za zaščito

je omejena, ker so strupeni. Predvsem problematična je strupenost, ki prizadene organizem,

ker omejuje pravilno delovanje jetrnih in nevronskih celic (Liu in sod., 2009). Liu in sod.

(2009) pa so pripravili polistirenske NM konjugirane z železovim kelatorjem 2-metil-N-

2'aminoetil-3-hidroksil-4-piridinon in demonstrirali njihovo zmožnost zaščite nevronskih

celic pred Aβ negativnimi efekti strupenih delcev ter inhibirati njihovo agregacijo in vitro. To

jim je uspelo doseči brez stranskih učinkov na celično rast in proliferacijo. Pri drugem

pristopu so uporabljeni ND s prevleko iz polisorbat 80 poli(n-butilcianoakrilat) za dostavo

takrinov v možgane. To so inhibitorji acetilholinskih esteraz s katerimi upajo, da bodo

izboljšali ostanek kognitivne funkcije pri živalskih modelih z AB (Wilson in sod., 2008).

2.3 PARKINSONOVA BOLEZEN

Leta 1817 je James Parkinson prvič opisal bolezensko stanje, ki je imenovano po njem. Gre

za NB neznanega vzroka, ki je prisotna pri več kot milijonu bolnikov v ZDA, v svetovni ravni

pa se predvideva, da je prisotna pri 1– 2 % ljudeh starejših od 65 let (Bennet in sod., 1996).

Edini zanesljiv rizični faktor je starost. Zaradi splošnega pojava povišane povprečne starosti

prebivalstva, se predvideva, da se bo pogostost bolezni v prihodnosti zviševala. Bolnik, s

(PB), ima kar 2 do 5-krat višjo verjetnost za smrt v primerjavi s prebivalstvom, ki ni zbolelo

za PB (Bennet in sod., 1996).

PB je progresivno bolezensko stanje, ki se praviloma pojavlja pri starejšem prebivalstvu. Pri

bolezni pride do izgube dopaminergističnih nevronov, imenovanih substantia nigra, v predelu

možganov, kar povzroča težave pri nadzorovanju premikanja delov telesa. Eden od glavnih

znakov bolezni pa je pojav citoplazmatskih vključkov imenovanih Lewy-jeva telesca v

možganih obolelih. Gre za delce sestavljene iz 50–700 nm dolgih filamentov proteina α-

sinukleina (Spillantini in sod., 1997). Predvideva se, da so v nevronsko smrt pri PB vključeni

številni faktorji kot so stres v endoplazmatskem retikulumu in nepravilno delovanje

proteosomov ter mitohondrijev (Cole in Murphy, 2002).

2.3.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje Parkinsonove bolezni

Za zdravljenje PB se lahko uporablja dostava in sproščanje dopamina v možganih, za kar so

pogosto uporabljeni ND (Modi in sod., 2010). Trapani in sod. (2011) so pripravili hitozanske

ND z dopaminom adsorbiranim na zunanjo površino. In vivo eksperimenti s podganami so

pokazali, da je dopamin vezan na ND manj strupen za organizem, doseže možgane, njegova

koncentracija v tarčnem območju možganov pa se zviša za več, kot če dopamin, ki ni vezan

na ND. ND so bili uporabljeni tudi kot transfekcijska orodja za gensko zdravljenje proti PB.

Uporabljeni so bili kot alternativa virusom, da se je zmanjšalo tveganje za obsežen imunski



5

odziv ter mutagenezo. Huang in sod. (2010) so uporabili z laktoferinom obdelane ND, ki so

enkapsulirali možganski nevrotrofični faktor. Dobili so znatne izboljšave pri motorični

aktivnosti, zmanjšali so nevronsko izgubo in povišali raven dopamina v možganih miši s PB.

2.4 PRIONSKE BOLEZNI

Prionske bolezni (Pr B) so ena izmed NB, ki so prenosljive.. Gre za letalno obliko bolezni,

prisotno pri ljudeh in živalih. Vzrok za pojav so infektivne patogene oblike proteinov

imenovanih prioni. So edinstvena oblika infektivnih proteinskih patogenov, ki povzročijo

letalne oblike NB s povsem novih mehanizmom delovanja (Prusiner, 1998). V istem

znanstvenem delu navajajo, da lahko Pr B povzročijo genetske, infektivne ali sporadične

motnje, pri vseh pa je prisotna modifikacija prionskega proteina (PP). Med prvotno raziskane

in bolj znane sodi Creutzfield-Jakobova bolezen. Za to bolezen je značilna dolga inkubacijska

doba, ki lahko traja tudi do 40 let. Ko se pojavijo simptomi, ki so posledica propadanja

možganskih celic, obolela oseba navadno umre v obdobju enega leta. Ta oblika bolezni se

pojavlja le pri ljudeh. Pri živalih sta poznani dve obliki prionske bolezni: bovinska

spongiformska encelopatija, prisotna pri govedu in praskavec pri ovcah. Pr B rezultirajo v

akumulaciji napačno zloženih izoformnih oblik PP (Norrby, 2011). Prusiner (1998) navaja, da

so prioni prenosljivi delci, ki ne vsebujejo nukleinskih kislin in so sestavljeni zgolj iz

modificiranih proteinov. Normalni PP so pretvorjeni v modificirane skozi posttranslacijske

procese. Gre za bolezenska stanja, za katera trenutno še ni široko dostopne učinkovite

terapije, zaradi splošnega staranja prebivalstva pa se pogostost bolezni viša.

2.4.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje prionskih bolezni

In vitro študije nakazujejo, da so različni poliaminski dendrimeri zmožni odstraniti patogene

prionske izoforme iz okuženih celic na način, da jih prisilijo v lizosomalno razgradnjo. Glede

na predvidevanja, da je vpliv poliaminskih dendrimerov odvisen od pozitivnih nabojev so

Lim in sod. (2010) pripravili trajno pozitivno nabite poliamine, ki so se izkazali za manj

strupene. Ai Tram in sod. (2010) so razvili delce zlata z večplastno polielektrolitsko prevleko

z dvema terapevtsko pomembnima skupinama na površini. Gre za sulfonate in primarne

amine, ki so zmožni obdržati koncentracijo patogenih PP v nevroblastomskih celicah na zelo

nizkem nivoju. Sousa in sod. pa so ugotovili, da lahko ND iz zlata, kateri vsebujejo

površinsko prisotne enake skupine kot zgoraj omenjene, prečkajo mišjo KMP in vstopijo v

definirane nevronske strukture blizu področij, v katerih se vrši agregacija PP. Ta pristop bi

lahko bil uporabljen tudi v diagnostiki Pr B.

2.5 AMIOTROFIČNA LATERALNA SKLEROZA

Amiotrofična lateralna skleroza (ALS) je idiopatska, letalna NB, ki prizadane človekov

gibalni oz. motorični sistem. Prvič je bolezen pred približno 150 leti opisal Jean Martin

Charcot, samo razumevanje bolezni pa se je povečalo v devetdesetih letih prejšnega stoletja.



6

Trenutno za bolezen še ni znane terapije, čeprav se je v zadnjem času povečalo poznavanje

genetskih faktorjev, ki povzročajo bolezen, kar je spodbudilo upanje v iskanju ustrezne rešitve

(Kiernan in sod., 2013). ALS prizadane 1– 2 osebi na 100,000 oseb vsako leto. Kiernan in

sod. (2013) poročajo tudi, da je značilni znak bolezni selektivna smrt motoričnih nevronov v

možganih in hrbtenjači, kar vodi v paralizo mišic, ki so pod našim zavednim nadzorom.

Poročajo tudi, da bi naj okoli 20 % primerov ALS, ki se dedujejo, povzročilo mutacijo v

SOD1 genu, ki kodira encim superoksid dismutazo. Gre za pomemben encim, ki katalizira

razpad superoksidnega aniona na vodikov peroksid, kar je pomembno predvsem pri obrambi

celice pred oksidativnim stresom. Posledično mutiran SOD1 gen proizvaja strupene proste

radikale. Mutacija tvori tudi intracelularne tvorbe, ki inhibirajo šaperone in preteosomsko

aktivnost, kar vodi v kasnejšo napačno zvitje in nezadostno razgradnjo številnih proteinov.

2.5.1 Uporaba nanotehnologije za zdravljenje amiotrofične lateralne skleroze

Trenutno ni znano veliko metod, s katerimi bi bil omogočen napredek v zdravljenju ALS.

Bondi in sod. (2010) so pripravili trdne lipidne ND, ki so vsebovali zdravilo riluzol, s katerim

se borijo proti ALS. Po informacijah, ki so jih pridobili Miller in sod. (2002), naj bi dnevna

doza 100mg ribuzola podaljšala življenjsko dobo pacientov za 2 do 3 mesece. Z uživanjem

zdravila naj bi bila traheostomija ali mehanska ventilacija, ki bolniku pomaga pri dihanju,

potrebna kasneje. ND, ki so jih pripravili Bondi in sod. (2010) so pokazali visoko zmožnost

nalaganja zdravila, večjo učinkovitost in višjo sposobnost prenosa zdravilnih učinkovin v

možgane kot, pri vnosu zdravila, ki ni vezano na ND. Gre za trenutno najbolj perspektivno

metodo, s katero se trudijo najti ustrezno terapijo.

2.6 KRVNO-MOŽGANSKA PREGRADA

Žile so glavni prinašalci kisika in ostalih hranil v vsa tkiva ter organe v našem telesu. KMP so

žile, ki obkrožajo CŽS in vsebujejo unikatne lastnosti. Tem žilam je omogočena čvrsta

regulacija prehajanja ionov, molekul in celic med krvjo in možgani. Natančno kontroliranje

homeostaze v KMP omogoča normalno nevronsko funkcijo in ščiti nevronsko tkivo pred

negativnimi efekti strupenih delcev in patogeni, pregrada pa ima tudi pomembno funkcijo v

patologiji in napredovanju različnih nevronskih bolezni (Daneman in Prat, 2015). Avtorja

omenjata tudi, da je fiziološka pregrada opremljena s številnimi fiziološkimi, transportnimi in

metabolnimi lastnostmi, ki jih omogočajo endotelijske celice, katere tvorijo stene žil.

Poudarjata, da je razumevanje usklajevanja različnih tipov celic in njihovih interakcij zelo

pomembno pri poznavanju delovanja možganov v normalnih razmerah in v bolezenskem

stanju.

Ta velika restriktivna kapaciteta omogoča endotelijskim celicam KMP tesno regulacijo

homeostaze v okolju, ki obdaja CŽS. Funkcionalna kompleksnost je pripisana predvsem

endotelijskim celicam, ki omejujejo trans-celularni prehod in s tem zmanjšajo paracelularni

fluks. Omejenost KMP omogoča oviro pri prenosu zdravil v CŽS, zato se mnogo raziskav

osredotoča na ustvarjanje metod, s katerimi bi prišli preko pregrade ali pa bi jo zaobšli in s



7

tem dostavili zdravila na ustrezna mesta (Larsen in sod., 2014). Bolezenska stanja, ki

prizadenejo CŽS kot so možganska kap, multipla skleroza, možganske travme in NB pa

povzročijo izgubo omejenosti KMP in s tem preprečujejo njihovo zmožnost ustvarjanja

homeostaze. To je pri teh stanjih velik razlog za napredovanje samih bolezni. (Zlokovic,

2008). Isti avtor opozarja tudi, da lahko nepravilno delovanje KMP vodi v nepravilno

regulacijo ionov, spremenjeno signaliziranje homeostaze kot tudi vstop imunskih celic in

molekul v CŽS. Zaradi tega lahko pride do nepravilnega delovanja nevronov in njihovo

degeneracije.

2.6.1 Prehajanje skozi krvno-možgansko pregrado

Za obhod KMP so uporabili številne pristope, med katerimi so invazivne tehnike, kemijske

modifikacije zdravil in in silico tehnike, s katerimi so želeli molekulam povečati prehodnost.

(Patel in sod., 2009). V tem članku so navedli tudi poskus s t.i. pristopom »Trojanskega

konja«, s katerim bi substanco, ki ne prehaja skozi KMP, združili s takšnimi, ki ima to

sposobnost. Poskusili so tudi z alternativnimi potmi vnosa npr. intranazalno skozi nosno

votlino, vendar tovrstni pristopi niso imeli želenega učinka.

Trenutno najbolj je obetaven pristop z uporabo ND, ki so oblikovani na način, da sprožijo

interakcijo s celicami KMP na molekularnem nivoju. S tem so izkoriščeni obstoječi fiziološki

mehanizmi transporta, brez vpliva na normalno delovanje pregrade. Receptorsko in

absorptivno posredovana transcitoza sta najbolj spodbudna mehanizma za potencialno

uporabo transcelularnega transporta ND iz krvi v možgane (Bhaskar in sod., 2010). V članku

Bhaskar in sod. (2010) opozarjajo tudi na to, da je potrebno pozornost posvetiti tudi številnim

potencialnim težavam. ND morajo nositi vsaj funkcionalne skupine namenjene ciljanju in

prečkanju KMP. Biti morajo tudi obstojni v krvi, da se njihova koncentracija pri prehodu ne

zmanjša preveč. ND morajo biti tudi nestrupeni, biorazgradljivi ter biokompatibilni in ne bi

smeli izzvati vnetnega ter imunskega odziva.



8

Slika 2: možne poti prehoda skozi krvno-možgansko pregrado (prirejeno po Abbott in sod., 2006)

2.6.2 Absorpcijska transcitoza

Absorpcijska transcitoza temelji na elektrostatični interakciji liganda z naboji izraženimi na

luminalni površini endotelijskih celic. Peptidi, ki penetrirajo v celice in kationski proteini so

pogosto prisotni na površini ND in omogočajo prehod skozi KMP (Bhaskar in sod., 2010).

2.6.3 Receptorska transcitoza

Receptorska transcitoza je fiziološki mehanizem, ki je bolj podrobno raziskan od absorpcijske

transcitoze in temelji na prisotnosti receptorjev, ki so visoko izraženi na celicah KMP. Ti

receptorji selektivno vodijo funkcionalizirane ND skozi endotelij KMP. Inzulin, transferin,

apoliprotein E in α2- makroglobulin so neki od proteinov, ki dosežejo možgane z receptorsko

transcitozo (Gabathuler, 2009). Te proteine lahko uporabimo tudi za funkcionalizacijo

površine ND, da bi povečali njihove možnosti za prehod KMP (Kim in sod., 2007).

Tudi nekatera monoklonska protitelesa, ki so usmerjena na receptorje na KMP, so podvržena

receptorski transcitozi. Npr. OX26, 8D3 in R17217 protitelesa se vežejo na transferinske

receptorje, zraven se izognejo tekmovanju z endogenim transferinom v krvi, ker prepoznajo

različne epitope (Ulbrich in sod., 2009). Pri sintezi zdravil z omogočenim prehodom skozi

KMP, lahko uporabijo tudi protitelesa, ki so usmerjena na inzulinske receptorje (Boado,

2008.)



9

2.7 STRUPENOST NANODELCEV

ND so na biomedicinskem področju vedno pogosteje uporabljeni. Težavo predstavlja dejstvo,

da je malo znanega o njihovi potencialni nevarnosti za človeško zdravje, posebej o njihovih

učinkih na CŽS (Kim in sod., 2007). Znanih je več kot tisoč različnih ND, smernice, s

pomočjo katerih bi ocenjevali njihovo potencialno strupenost, pa še niso dobro zastavljene.

Način vnosa ND skupaj z njihovimi lastnostmi kot so kemijska sestava, velikost, oblika ali

morfologija, naboj in površina, lahko vplivajo na njihovo biološko aktivnost in učinke.

Majhna velikost ND omogoča prehode v telo skozi različne pregrade, da se prebijejo do krvi

in limfnega sistema, od koder lahko dosežejo organe in tkiva, kjer pa lahko interagirajo z

biološkimimi strukturami in poškodujejo njihove normalne funkcije na različne načine

(Zoroddu in sod., 2014). Avtorji opozarjajo tudi na sposobnost delcev, da preidejo v telo na

različne načine ter možnost, da se v telesu kopičijo. Glavni načini s katerimi ND preidejo v

človeško telo so z inhalacijo preko respiratornega trakta, s pronicanjem skozi kožo in z

zaužitjem skozi prebavni trakt.

Velikost ND, ki vpliva na aktivno površino, je predvsem pomembna pri določanju

reaktivnosti delcev. Velikost lahko vpliva na področja v telesu, ki so nato podvržena

strupenim učinkom. Manjši kot so delci, večje je razmerje med površino in volumnom, zaradi

česar se poveča reaktivnost. Znana je na primer raziskava o porazdelitvi zlatih ND po telesu

glede na njihovo velikost. Delci, ki so merili do 10 nm so bili najdeni v organih po celem

telesu, medtem ko so večji delci dimenzij od 50 do 250 nm bili najdeni le v jetrih, vranici in

krvi. Raziskava je potekala na miših, vnos je bil intravenozen (De Jong in sod., 2008).

Pri ND pa je velika skrb tudi njihova potencialna rakotvornost. Raziskana je bila rakotvornost

nikljevih delcev. Rezultati raziskave so pokazali, da je rakotvorna aktivnost odvisna predvsem

od velikosti delcev in njihove topnosti v vodi. V epitelne celice so preko endocitoze sposobni

priti zgolj delci manjši od 200 nm, medtem ko večje ponavadi fagocitirajo makrofagi. Vpliv

ima tudi naboj delcev. Pozitivno nabiti delci ne vstopajo v celice, nasprotno pa velja za

negativno nabite delce , ki vstopijo s fagocitozo (Heck in Costa, 1983). Po vstopu v celico se

lahko delci raztopijo v kislem pH območju v vakuolah. Na ta način se sprošča kontinuiran vir

Ni2+

ionov, ki lahko dosežejo jedrne komponente celic in tam sprožijo različne negativne

vplive s pomočjo direktnih in indirektnih mehanizmov (Zoroddu in sod., 2002). Ti vključujejo

epigenetske vplive na kromatin, posebej vplivajo na acetilacijo in metilacijo histonov, začetek

tvorjenja mutagenov, nepravilno delovanje DNK popravnih mehanizmov … Na vse te načine

so lahko nikljevi ND odgovorni za rakotvorno aktivnost (Broday in sod., 2000).



10

Slika 3: človeška izpostavljenost nanodelcem, njihovi glavni antropogeni viri, izpusti ter potencialna

nevarnost izpostavljenosti glede na način vstopa nanodelcev v telo (prirejeno po Zoroddu in sod., 2014)

2.8 UPORABA NANODELCEV PROTI TVORJENJU REAKTIVNIH KISIKOVIH SPOJIN

Nanotehnologija je skozi čas ponudila že nekaj možnosti, s katerimi je možno učinkovito

zmanjšati poškodbe celic, do katerih pride zaradi tvorjenja prostih radikalov pri oksidativnem

stresu. Kljub temu je trenutno njihova uporaba v medicini na zanemarljivem nivoju. Povečan

oksidativni stres in posledično nastanek prostih radikalov je povezan z nevrodegenerativnimi

stanji kot so na primer staranje, travma možganov, AB in PB (Singh in sod., 2007). Avtorji

kot potencialno rešitev predstavijo ND cerijevega oksida. Cilj tovrstnih študij je predvsem ta,

da bi nanotehnologija prinesla nove pristope k zdravljenju nevrodegenerativnih sprememb in

da bi bilo na trgu prisotnih več zdravil, ki vsebujejo ND.

2.8.1 Cerijev oksid

Cerij je redka zemeljska kovina, ki spada v skupino lantanoidov. Njegovi oksidi imajo

značilno rešetkasto strukturo (Trovarelli, 2002). V obliki oksidovih ND lahko cerijev atom

obstaja v +3

(polno reducirani) in +4

(polno oksidirani) obliki, ter lahko med njima prehaja

(Zhang in sod., 2004). Cerijev oksid vsebuje tudi kisikova prosta mesta oz. napake v svoji

strukturi, ki so posledica izgube kisika in/ali njegovih elektronov. Med reakcijami s cerijem se

ustvarjajo in izginjajo ta prosta kisikova mesta, kar še dodatno poveča njegovo redoks



11

kapaciteto (Davis, 2002). S pomočjo tovrstnih raziskav je bilo ugotovljeno, da so lastnosti

cerijevega oksida podobne tistemu, kar bi biologi imenovali zbiralec prostih radikalov ali

antioksidant.

Na nanometrskem nivoju so zbirateljske lastnosti prostih radikalov še dodatno povečane.

Tako je zaradi dramatične povečave aktivne površine oz. njenega razmerja v primerjavi z

volumnom. Na manjšem nivoju se tudi povečajo zmožnosti tvorjenja kisikovih prostih mest

(Conesa, 1995). Dodatno se ob zmanjšanju velikosti delcev poveča tudi težnja za pojav Ce3+

oblik, ki še dodatno poveča redukcijsko moč. S tovrstnimi spremembami na nanometrskem

nivoju se povečajo tudi zbirateljske lastnosti za lovljenje prostih radikalov (Spanier in sod.,

2004).

2.8.2 Oksidativni stres

Redoks reakcije in antioksidativne lastnosti so si v biološkem smislu zelo podobne z

odstranjevanjem onesnažil iz izpušnih plinov. V obeh primerih gre za nastajanje zelo

reaktivnih prostih radikalov, katerim primanjkuje elektronov potrebnih za molekulsko

stabilnost. Takšne spojine so npr. superoksid (O2-

), hidroksil (OH-) in dušikov oksid (NO).

Prosti radikali so nevarni v celicah, ker lahko odvzamejo elektrone biološkim molekulam s

pomembnimi funkcijami, na primer proteinom in lipidom. S tem spremenijo njihovo

delovanje in povzročijo škodo celičnim organelom (Harman, 2004).

Celice imajo notranje mehanizme, s katerimi je nadomeščeno nastajanje prostih radikalov.

Kljub temu pa se s starostjo in raznimi bolezenskimi stanji lahko zmanjša učinkovitost

celic,kar privede do pojava oksidativnega stresa. To je stanje, ko nastajanje prostih radikalov

preseže antioksidativno sposobnost celic. Ker so možgani organ, ki potrebuje največ kisika za

delovanje, se največ prostih radikalov tvori v njih in v CŽS (Warner in sod., 2004). Večina

NB kot so AB, PB in Huntingtonova bolezen ter možganska travma in staranje so povezani s

pretiranim oksidativnim stresom. Do danes je uporaba antioksidantov v zmanjšanju tega

bolezenskega pojava prisotna le z omejeno uspešnostjo. Tradicionalne terapije zahtevajo

večkratno (lahko tudi dnevno) doziranje, zaradi tega ker je zbirateljska sposobnost

antioksidantov večinoma omejena le na en prosti radikal. Tudi distribucija antioksidantov je

pogosto omejena na specifična mesta v telesu, ki niso vedno v skladu z mestom, kjer se

tvorijo prosti radikali (Halliwell, 2006).

2.8.3 Biološki učinki nanodelcev cerijevega oksida

ND cerijevega oksida bi lahko v prihodnje omogočali novo možnost zdravljenja bolezenskih

stanj, ki so povezane z oksidativnim stres. V in vitro študijah, kjer so uporabljali mešane

kulture mišjih kortikalnih možganskih celic, ki so obsegale nevronske in glia celice, so

ugotovili, da ostane ta kultura zdrava in viabilna v povprečju okoli 21 dni. Ko pa so celicam

dodali enkratno dozo 10 nM raztopine, ki je vsebovala ND cerijevega oksida, s povprečno



12

velikostjo 10 nm, pa se je lahko viabilna doba kar za 6-krat povečala (Rzigalinski, 2005).

Celicam se je pri desetih dneh v medij dodalo zgoraj omenjeno raztopino, kateri so bile

izpostavljene 48 ur, nato se je medij normalno menjal naprej. V tem obdobju so v celice prišli

ND cerijevega oksida, kar je bilo vidno z elektronskim mikroskopom. Na ta način je bila

dokazana uspešna integracija ND v celice, v kateri so povzročili pozitivne učinke (Rzigalinski

in sod., 2006).

Glede na lastnosti cerijevih ND kot zbirateljev prostih radikalov, je bilo to moč opaziti tudi v

celicah, kjer so se vedli podobno in ohranili vlogo antioksidantov. ND so tudi zaščitili

nevrone pred umetno sproženim tvorjenju prostih radikalov z izpostavljenostjo UV svetlobi,

vodikovemu peroksidu ter obsevanju (Rzigalinski in sod., 2006). Takšne lastnosti so po

podatkih avtorjev v in vitro pogojih bile prisotne vsaj 2 meseca. V primerjavi s kontrolnim

vzorcem, ki ni bil tretiran, so imele te kulture tudi višjo prisotnost katalaz in reducirano

stopnjo glutationa, kar nakazuje, da so ND ali ohranili ali pa še dodali nekaj k že prisotnim

mehanizmom odstranjevanja prostih radikalov. V članku (Rzigalinski, 2005) je avtor tudi

izpostavil, da ND cerijevega oksida niso in vitro proizvajali prostih radikalov in so se obnašali

kot zelo dobri zbiratelji tako superoksidov kot hidroksilnih radikalov.

Rzigalinski in sod. (2006) so preizkusili tudi vnos različnih koncentracij ND in prišli do

odkritja, da so prav tiste med 10 in 100 nM omogočale optimalno zbiranje prostih radikalov.

Kot zanimivost pa so odkrili, da so doze pod 1nM in nad 1μM delovale škodljivo na

viabilnost celic. Pri nobeni od vnesenih koncentracijah pa niso zaznali strupenih lastnosti

samih delcev. Ti rezultati so v skladu z že prej izvedeno raziskavo (Rosado in sod., 2006) v

kateri so izpostavili, da je neka osnovna produkcija prostih radikalov potrebna za normalno

signalizacijo v celicah. To pomeni, da pri preveč zbirateljev prostih radikalov, premalo teh

ostane za namen normalnega celičnega delovanja. Zaradi tega lahko predvidevamo, da imajo

večkratna ali pa prevelika doziranja ND cerijevega oksida lahko negativne učinke na celice.

Na in vivo nivoju so biološki efekti ND bili testirani na vinski mušici (lat.,Drosophila

melanogaster). Dodatek 10 nM ND v hrano med celotnim življenjskim obdobjem mušice je

povečal njeno življenjsko dobo za približno 20 % (Rzigalinski in sod., 2006). Tudi tukaj pa je

bilo moč zaznati, da so odmerki pod 1 nM in nad 1 μM bile skrajšali življenjsko dobo vinskih

mušic. To je v skladu s hipotezo, da je za normalno celično delovanje potrebna osnovna

produkcija prostih radikalov. V istem eksperimentu so preverjali tudi fizične sposobnosti

vinske mušice. Za njih velja, da s staranjem izgubljajo sposobnost plezanja po stenah ob

dražljaju, ko so pomaknjene na dno preučevane posode. Pri mušicah v katere so vnesli

odmerek s koncentracijo ND 10 nM, se je ta sposobnost pojavljala dlje časa, kar je

najverjetneje povezano s podaljšano življenjsko dobo.

Rezultati nakazujejo na dejstvo, da so ND cerijevega oksida zelo učinkoviti pri nevtraliziranju

prostih radikalov. Avtorji zgoraj naštetih raziskav predvidevajo, da je cerijev oksid zbiratelj



13

prostih radikalov, ki se je sposoben regenerirati. Na to zadnjo sposobnost kaže predvsem

podatek, da je en odmerek ustrezne koncentracije ND dovolj za daljše časovno obdobje ob

večkratnem stimuliranju proizvodnje prostih radikalov. V skladu teh mehanizmov so tudi

podatki raziskave (Rzigalinski in sod., 2006), v kateri so spremljali spremembe

spektrofotometričnih lastnosti cerijevih delcev med stimulirano produkcijo prostih radikalov z

vodikovim peroksidom. Visoko hitrostna fluorescenčna mikroskopija je pokazala, da imajo

cerijevi ND eksitacijski vrh pri 451 nm s sekundarnim vrhom na približno 355 nm. Po

dodatku vodikovega peroksida se je zmanjšal vrh pri 451 nm in povečal tisti pri 355 nm,

kateremu je sledilo počasno vračanje v prvotno stanje. Ti podatki nakazujejo na to, da je ob

povečani produkciji prostih radikalov prisotna oksidacija Ce3+

delcev v Ce4+

, čemur pa sledi

počasnejša regeneracija Ce3+

delcev za dokončanje redoks cikla (Patsalas in sod., 2003). Tudi

ti rezultati nakazujejo na to, da so ND cerijevega oksida antioksidanti s sposobnostjo

regeneracije.

3 ZAKLJUČEK

ND so v moderni tehnologiji uporabljeni za različne namene in eden od njihovih potencialov

bi lahko bila tudi uporaba za namen nevroprotekcije. S sodobnimi načini izdelave lahko že

kar dobro načrtujemo in izvedemo procese proizvodnje ND. Od ostalih delcev se razlikujejo

predvsem po svoji »majhnosti« in večjem razmerju med aktivno površino in volumnom, ki

jim dajeta unikatne lastnosti. S pomočjo njih bi lahko prečkali KMP, ki predstavlja zaenkrat

največjo omejitev, saj onemogoča transportne mehanizme, s katerimi bi potencialno zdravilne

učinkovine prešle v CŽS, ker so enostavno prevelike, da bi prečkale pregrado. Tudi med

samimi ND obstaja širok spekter različnih delcev, kar jim omogoča tudi več možnih področij

uporabe. V številnih raziskavah so že predstavili rezultate, ko so na različne načine

pripravljeni ND pokazali rezultate zaradi katerih jih lahko štejemo med potencialno

nevroprotektivne snovi. Prav zaradi tega, ker se na tem področju še išče pionirska zdravila, je

takšen potencial za raziskovalce zanimiv in dobro financiran. Poznamo več različnih

potencialnih načinov delovanja ND na posamezna nevrodegenerativna bolezenska stanja.

Lahko delujejo kot antioksidanti, lahko preprečijo sintezo oz. transformacijo škodljivih

delcev, velikokrat pa so uporabljeni tudi kot sredstvo s katerim lahko uporabimo ND kot

nosilec, s katerim bi prenesli zdravilno učinkovino preko KMP v CŽS.

Menim, da se upravičeno ocenjuje ND kot potencialne nevroprotektante. Sami delci kažejo

nedvomno unikatne lastnosti pri prehajanju skozi ali pa pri samem zdravljenju bolezenskih

stanj. Čeprav je večina raziskav potekala na in vitro nivoju ali pa na živalskih modelih, so bili

rezultati precej spodbudni. Obstaja pa težava, saj primanjkuje rezultatov iz kliničnih testiranj,

ki pa so za potrditev potencialnih zdravil ključnega pomena. Prav tako je problem tudi

trenutno še ne dovolj raziskan predel strupenosti ND. Menim pa, da se bo to s časom

izboljšalo, saj je težko oceniti dolgotrajnejše učinke nekih snovi pri relativno modernih

metodah, ker je za takšne rezultate potreben čas. Pogrešal sem tudi več raziskav na vpliv



14

različnih oblik samih delcev na rezultate, saj je na tako majhnem nivoju velikosti delcev ta

lastnost precej pomembna. Trenutno pa tudi še ne poznamo dovolj dobrih načinov izdelave,

da bi garantirali z vsako serijo nedvomno enake lastnosti in s tem tudi učinkovine

proizvedenih ND, a je to trenutno, dokler se ne odobri teh delcev kot nevroprotektantov,

manjšega pomena. Lahko izpostavim še upanje, da se bo v bližnji prihodnosti pojavilo več

študij, s katerimi bi lahko bolje razumeli potencialne nevarnosti vnosa ND. Več previdnosti in

pozornosti je potrebne pri uporabi in proizvajanju vseh vrst ND. Potrebno je vzeti v obzir vse

aspekte materialov, katerih velikost je na nano-ravni, saj lahko interagirajo z biološkimi

materiali na različne načine. Želja je, da bi skozi čas in raziskave prišli do ustrezne ocene

tveganja za ND.

Obstaja kar nekaj dostopnih raziskav povezanih s to temo. Osebno sem pa mnenja, da bi

zaradi pomembnosti iskanja zdravil za tipe bolezni, katerih pojavnost se bo zaradi staranja

populacije zviševala iz leta v leto, morala biti ta tematika obravnavana še resneje, saj se

kažejo neki zametki najdbe potencialno zdravilnih učinkovin, številni izmed teh pa so ND.

Brez potrebnih rešitev bi lahko NB prevzele vodilno mesto v razlogu za smrt v naslednjem

stoletju. Dobro bi bilo, da bi se poizkusili poglobiti v samo tematiko proizvajanja ND, s

katero bi morda lahko proizvedli še več različnih vrst delcev ali pa bi bolje zagotovili enakost

produktov, da bi več denarja vložili v testiranja le-teh kot zdravilnih učinkovin ter da bi

skušali čim prej zadovoljiti vse potrebe za klinična testiranja, saj je prihod zdravilnih

učinkovin na trg možen le, ko so ta uspešno izvedena. Zdi se mi, da tudi iskanje prostovoljcev

za zdravljenje ne bi predstavljal prevelik problem, saj trenutno še ne poznamo ustreznih

zdravil za takšne bolezni in so le-te trenutno še kar veljavne kot smrtna obsodba.

4 VIRI

Abbott N. J., Chugani D. C., Zaharchuk G., Rosen B.R., Lo E. H. 1999. Delivery of imaging

agents into brain. Advanced Drug Delivery Reviews, 37: 253-277

Abbott N. J, Rönnbäck L., Hansson E. 2006. Astrocyte–endothelial interactions at the blood–

brain barrier. Nature Reviews Neuroscience, 7: 41-53

Ai Tran H. N., Sousa F., Moda F., Mandal S., Chanana M., Vimercati C., Morbin M., Krol S.,

Tagliavini F., Legname G. 2010. A novel class of potential prion drugs: preliminaryin

vitroandin vivodata formultilayer coated gold nanoparticles. Nanoscale, 2: 2724-2732

ASTM E 2456-06 “Terminology for Nanotechnology.”ASTM In-ternational,2006

Avila J. 2006. Tau phosphorylation and aggregaton in Alzheimer's disease pathology. FEBS

Letters, 580: 2922-2927

Bennett D. A., Beckett L. A., Murray A. M., Shannon K. M., Goetz C. G., Pilgrim D. M.,

Evans D. A. 1996. Prevalence of Parkinsonian Signs and Associated Mortality in a

Community Population of Older People. New England Journal of Medicine, 334: 71-76



15

Bereczki E., Re F., Masserini M.E., Winblad B., Jing Pei J. 2011. Liposomes functionalized

with acidic lipids rescue Aβ-induced toxicity in murine neuroblastoma cells.

Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 7: 560-571

Bhaskar S., Tian F., Stoeger T., Kreyling W., de la Fuente J. M., Grazu V., Borm P., Estrada

G., Ntziachristos V., Razansky D. 2010. Multifunctional Nanocarriers for diagnostics,

drugdelivery and targeted treatment acrossblood-brain barrier: perspectives on trackingand

neuroimaging. Particle and Fibre Toxicology, 7, 3, doi:10.1186/1743-8977-7-3: 25 str.

Boado R.J. 2008. A new generation of neurobiological drugs engineered to overcome the

challenges of brain drug delivery. Drug news & perspectives, 21: 489-503

Bondi M. L., Craparo E. F., Giamonna G., Drago F. 2010. Brain-targeted solid lipid

nanoparticles containing riluzole: preparation, characterization and biodistribution.

Nanomedicine, 5: 25-32

Broday L., Peng W., Kuo M. H., Salnikow K., Zoroddu M., Costa M. 2000. Nickel

compounds are novel inhibitors of histone H4 acetylation. Cancer Research, 60: 238-

241

Canovi M., Markoutsa E., Lazar A.N., Pamplakis G., Clemente C., Re F., Sesana S.,

Masserini M., Salmona M., Duyckaerts C., Flores O., Gobbi M., Antimisiaris S.G. 2011.

The binding affinity of anti-Aβ1-42 MAb-decorated nanoliposomes to Aβ1-42 peptides in

vitro and to amyloid deposits in post-mortem tissue. Biomaterials, 32: 5489-5497

Cole N. B., Murphy D. D. 2002. The Cell Biology of α-Synuclein. NeuroMolecular Medicine,

1: 95-110

Conesa J. C. 1995. Computer modeling of surfaces and defects on cerium oxide. Surface

Science, 339: 337-352

Daneman R., Prat A. 2015. The Blood-Brain Barrier. Harbor Perspectives in Biology, 7, doi:

10.1101/cshperspect.a020412: 24 str.

Davis V.T. 2002. Measurement of the electron affinity of cerium. Physical Review Letters,

88: 1-4

De Jong W. H., Hagens W. I., Krystek P., Burger M. C., Sips A. J. A. M., Geertsma R. E.

2008. Particle size-dependent organ distribution of gold nanoparticles afterintravenous

administration. Biomaterials, 29: 1912-1919

Fernandes C., Soni U., Patravale V. 2009. Nano-interventions for neurodegenerative

disorders. Pharmacological Research, 62: 166-178

Gabathuler R. 2009. Approaches to transport therapeutic drugs across the blood-brain barrier

to treat brain diseases. Neurobiology of Disease, 37: 48-57

Gitler A. D., Dhillon P., Shorter J. 2017. Neurodegenerative disease: models, mechanisms,

and a newhope. Disease Models & Mechanisms, 10: 499-502

Gobbi M., Re F., Canovi M., Beeg M., Gregori M., Sesana S., Sonnino S., Brogioli D.,

Musicanti C., Gasco P., Salmona M., Masserini M.E. 2010. Lipid-based nanoparticles with

high binding affinity for amyloid-β1-42 peptide. Biomaterials, 31: 6519-6529

Gotz J., Ittner L.M., Lim Y.A. 2009. Common features between diabetes mellitus and

Alzheimer's disease. Cellular and Molecular Life Sciences, 66: 1321-1325



16

Halliwell B. 2006. Oxidative stress in neurodegeneration: where are we now?. Journal of

neurochemistry, 97: 1634-1658

Han S. S. W., Williams L. A., Eggan K. C. 2011. Constructing and Deconstructing Stem Cell

Models of Neurological Disease. Neuron, 70: 626-644

Harman. D. 2004. The Free Radical Theory of Aging. Antioxidants & Redox Signaling, 5: 1-

5

Heck D., Costa M. 1983. Influence of surface charge and dissolution on the selective

phagocytosis of potentially carcinogenic particulate metal compounds. Cancer Research,

43: 5652-5656

Huang R., Ke W., Liu Y., Wu D., Feng L., Jiang C., Pei, Y. (2010). Gene therapy using

lactoferrin-modified nanoparticles in a rotenone-induced chronic Parkinson model. Journal

of the Neurological Sciences, 290: 123–130

Ittner L.M., Gotz J. 2011. Amyloid-β and tau-a toxic pas de deux in Alzheimer's disease.

Nature Reviews Neuroscience, 12: 67-72

Kiernan M. C., Vucic S., Cheah B. c., Turner M. R., Eisen A., Hardiman O., Burrell J. R.,

Zoing M. C. 2013. Amyotrophic lateral sclerosis. The Lancet, 237: 942-955

Kim H. R., Andrieux K., Gil S., Taverna M., Chacun H. Desmaele D., Taran F., Georgin D.,

Couvreur P. 2007. Translocation of Poly(ethyleneglycol-co-hexadecyl)cyanoacrylate

Nanoparticles into Rat Brain Endothelial Cells: Role of Apolipoproteins inReceptor-

Mediated Endocytosis. Biomacromolecules, 8: 793-799

Lang A. E., Lozano A. M. 1998. Parkinson's Disease. New England Journal of Medicine, 339:

1130-1134

Larsen J. M., Martin D. R., Byrne M. E. 2014. Recent advances indelivery through the blood

– brain barrier. Current topics in medical chemistry, 14: 1148-1160

Lee V.M., Goedert M., Trojanowski J.Q. 2001. Neurodegenerative tauopathies. Neuroscience

,24: 1121-1159

Lilienfeld D.E., Perl D.P. 1993. Projected Neurodegenerative Disease Mortality in the United

States, 1990–2040. Neuroepidemiology, 12: 219-228

Lim Y., Mays C. E., Kim Y., Titlow W. B., Ryou C. 2010. The inhibition of prions through

blocking prion conversion by permanently charged branched polyamines of low

cytotoxicity. Biomaterials, 31: 2025-2033

Liu G., Men P., Perry G., Smith M.A. 2009. Development of iron chelator–nanoparticle

conjugates as potential therapeutic agents for Alzheimer disease. Progress in Brain

Research, 180: 97-108

Liu G., Men P., Perry G., Smith M.A. 2009. Nanoparticle-Chelator Conjugates as Inhibitors

of Amyloid-β Aggregation and Neurotoxicity: A Novel Therapeutic Approach for

Alzheimer Disease. Neuroscience letters, 455: 187-190

Matsuoka Y., Saito M., LaFrancois J., Saito M., Gaynor K., Olm V., Wang L., Casey E., Lu

Y., Chiharu S., Lemere C., Duff K. 2003. Novel Therapeutic Approach for the Treatment

of Alzheimer’s Disease by Peripheral Administration of Agentswith an Affinity to β-

Amyloid. The Journal of Neuroscience, 23: 29-33



17

Mcneil S.E. 2005. Nanotechnology for the biologist. Journal of Leukocyte Biology, 78: 585-

594

Miller R., Mitchell J., Lyon M., Moore D. 2002. Riluzole for amyotrophic lateral sclerosis

(ALS)/motor neurondisease (MND). Cochrane Database of Systematic Reviews,

doi:10.1002/14651858.cd001447: 28 str.

Modi G., Pillay V., Choonara Y. E. 2009. Advances in the treatment of neurodegenerative

disorders employing nanotechnology. Annals of the New York Academy of Sciences,

1184: 154–172

Mourtas S., Canovi M., Zona C., Aurilio D, Niarakis A., La Ferla B., Salmona M., Nicotra F.,

Gobbi M., Antimisiaris S. G. 2011. Curcumin-decorated nanoliposomes with very high

affinity for amyloid-β1-42 peptide. Biomaterials, 32: 1635-1645

Norrby E. 2011. Prions and protein-folding diseases. Journal of Internal Medicine, 270: 1–14

Patel M. M., Goyal B. R., Bhadada S. V., Bhatt J. S., Amin A. F. 2009. Getting into the Brain.

CNS Drugs, 23: 35-58

Patsalas P., Logothetidis S., Sygellou L., Kennou S. 2003. Structure dependent electronic

properties of nanocrystalline cerium oxide films. Physical Review B, 68,

doi:10.1103/physrevb.68.035104: 13 str.

Prusiner S. B. 1998. Prions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United

States of America, 95: 13363-13383

Re F., Gregori M., Masserini M. 2012. Nanotechnology for neurodegenerative disorders.

Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, 8: 51-58

Rosado J. A., Redondo P. C., Salido G. M., Pariente J. A. 2006. Calcium signaling and

reactive oxygen species in non-excitable cells. Mini Reviews in Medicinal Chemistry, 6:

409-415

Rzigalinski B. A. 2005. Nanoparticles and Cell Longevity. Technology in Cancer Research &

Treatment, 4: 651-659

Rzigalinski B. A. Meehan K., Davis R. M., Xu Y., Miles W. C., Cohen C. A. 2006. Radical

Nanomedicine. Nanomedicine, 1: 399-412

Selkoe D.J. 1997. Alzheimer's disease: genotypes, phenotypes and treatments. Science, 275:

630-631

Selkoe D.J., Lansbury Jr. P.J. 1999. Alzheimer's Disease Is the Most Common

Neurodegenerative Disorder. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical

Aspects, 6: 101-102

Singh N., Cohen C.A., Rzigalinski B.A. 2007. Treatment of Neurodegenerative Disorders

with Radical Nanomedicine. New York Academy of Sciences, 1122: 219-230

SIST-TS CEN ISO/TS 80004-1. 2016. Nanotechnologies - Vocabulary - Part 1: Core terms

Sousa F., Mandal S., Garrovo C., Astolfo A., Bonifacio A., Latawiec D., Menk R. H., Arfelli

F., Huewel S., Legname G., Galla H. J., Krol S. 2010. Functionalized gold nanoparticles: a

detailedin vivomultimodal microscopicbrain distribution study. Nanoscale, 2: 2826-2834



18

Spanier J. E., Robinson R. D., Zheng F., Chan S. W., Herman I. P. 2004. Size-dependent

properties of CeO2-y nanoparticles as studied by Raman scattering. Physical Review, 64,

doi: 10.1103/PhysRevB.64.245407: 8 str.

Spillantini M. G., Schmidt M.L., Lee V. M. Y.,Trojanowski J. Q., Jakes R., Goedert M.1997.

α-Synuclein in Lewy bodies. Nature, 388: 839-840

Trapani A., De Giglio E., Cafagna D., Denora N., Agrimi G., Cassano T., Gaetani S., Cuomo

V., Trapani G., 2011. Characterization and evaluation of chitosan nanoparticles for

dopamine brain delivery. International Journal of Pharmaceutics, 419: 296-307

Trovarelli A. 2002. Catalysis by ceria and other related materials. Imperial College Press: 528

str.

Ulbrich K., Hekmatara T., Herbert E., Kreuter J. 2009. Transferrin- and transferrin-receptor-

antibody-modified nanoparticles enabledrug delivery across the blood–brain barrier

(BBB). European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 71: 251-256

Warner D. S., Sheng H., Batinić-Haberle I. 2004. Oxidants,antioxidantsand the ischemic

brain. Journal of Experimental Biology, 207: 3221-3231

Wilson B., Samanta M.K., Santhi K., Kumar K.P.S, Paramakrishnan N., Suresh B. 2008.

Targeted delivery of tacrine into the brain with polysorbate 80-coated poly(n-

butylcyanoacrylate) nanoparticles. European Journal of Pharmaceutics and

Biopharmaceutics, 70: 75-84

Zhang F., Wang P., Koberstein J., Khalid S., Chan S. W. 2004. Cerium oxidation state in

ceria nanoparticles studied with X-ray photoelectron spectroscopy and absorption near

edge spectroscopy. Surface Science, 563: 74-82

Zlokovic B. V. 2008. The Blood-Brain Barrier in Healthand Chronic Neurodegenerative

Disorders. Neuron, 57: 178-201

Zoroddu M. A., Kowalik-Jankowska T., Kozlowski H., Salnikow K., Costa M. 2002.

Molecular mechanisms in nickel carcinogenesis: modeling Ni (II) binding site in

histone H4. Environmental Health Perspectives, 110: 719-723

Zoroddu M. A., Medici S., Ledda A., Nurchi V. M., Lachowicz J. I., Peana M. 2014. Toxicity

of Nanoparticles. Current Medicinal Chemistry, 21: 3837-3853

Documents

UPORABA NANOMATERIALOV ZA NEVROPROTEKTIVNOST · Krklec D. Uporaba nanomaterialov za nevroprotektivnost. Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij