MAΪΟΣ 2014 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ ΝΤΟΥΒΑ ΑΘΗΝΑ

MAΪΟΣ 2014 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ ΝΤΟΥΒΑ ΑΘΗΝΑ

«ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ» ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΝΤΟΥΒΑ ΑΘΗΝΑ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΦΟΥΝΤΖΟΥΛΑ ΧΡΙΣΤΙΝΑ 1 ΑΘΗΝΑ 2014

2 «ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ»

3

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΚΑΡΚΙΝΟΣ.7 1.1 ΝΕΟΠΛΑΣΙΕΣ.. 7 1.2 ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ. 7 1.3 ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΟΣ...9 1.4 ΠΡΩΤΕΙΝΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΩΝ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ.9 1.5 ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ.....10 1.6 ΟΓΚΟΚΑΤΑΣΤΑΛΤΙΚΑ ΓΟΝΙΔΙΑ....10 1.7 ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΠΤΩΣΗ.10 1.8 ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ DNA...12 1.9 ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥΝ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ. 12 1.10 ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΚΛΙΜΑΚΩΤΗΣ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗΣ. 12 1.11 ΑΛΛΟΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΚΑΡΥΟΤΥΠΟ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ. 13 1.12 ΑΓΓΕΙΟΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟΝ ΟΓΚΟ..13 1.13 ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΑ ΤΩΝ ΟΓΚΩΝ 14 1.14 ΚΑΡΚΙΝΟΓΟΝΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ 14 1.15 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ.15 1.15.1 Ιστολογικές και κυτταρολογικές μέθοδοι...15 1.15.2 Αναρρόφηση με λεπτή βελόνα 15 1.15.3 Κυτταρολογικά επιχρίσματα (κατά Παπανικολάου)...15 1.15.4 Ανοσοκυτταροχημεία. 15 1.15.5 Ανάλυση με ανιχνευτές DNA...16 1.15.6 Κυτταρομετρία ροής..16 1.15.7 Καρκινικοί δείκτες. 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. 19 2.1. Εισαγωγή: Νανοτεχνολογία-Ορισμός...19 2.2. Ιστορική αναδρομή.19 2.3 Νανοτεχνολογία 20 2.4 Η νανοτεχνολογία στην Ελλάδα 20 4

2.4.1 Ιατρικές εφαρμογές..21 2.4.2 Τεχνολογίες της πληροφορίας..21 2.4.3 Η παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας..21 2.4.4 Η βιομηχανική παραγωγή 21 2.4.5 Εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στα τρόφιμα...22 2.4.6 Φωτοβολταϊκά στοιχεία... 23 2.4.7 Η ασφάλεια...23 2.5 Η νανοτεχνολογία στην Ιατρική.. 23 2.6 Η ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗ ΦΥΣΗ.. 24 2.6.1. Ανόργανες νανοδομές στη φύση..24 2.6.2. Οργανικά μόρια- Νανομηχανές..26 2.6.3. Νανουλικά σε οργανισμούς..27 2.7 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΝΑΝΟΥΛΙΚΩΝ....29 2.7.1. Υλικά με βάση των άνθρακα...30 2.7.2. Μεταλλικά νανουλικά.. 31 2.7.3. Δενδριμερή.. 33 2.7.4. Σύνθετα νανουλικά...34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ...36 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ. 36 3.2. ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ...36 3.2.1. Βιοαισθητήρες...36 3.2.2. Μοριακή απεικόνιση...37 3.3. ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ.. 37 3.4. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΝΑΝΟΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗ ΚΑΙ ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ...38 3.5. ΝΑΝΟΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗ.. 39 3.6. ΕΦΑΡΓΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΑΡΔΙΟΛΟΓΙΑ.. 40 3.7. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΝΑΔΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΙΣΤΩΝ......40 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ..42 4.1. Η ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ...42 4.2. ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΟΡΗΓΗΣΗΣ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΦΑΡΜΑΚΩΝ.. 45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΦΑΡΜΑΚΑ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ 47 5.1. Η ΤΕΧΝΗ ΤΟΥ ΚΑΜΟΥΦΛΑΖ.. 47 5.2. ΕΝΤΟΠΙΣΜΕΝΗ ΔΡΑΣΗ.......47 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...49 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΚΑΡΚΙΝΟΣ 1.1 ΝΕΟΠΛΑΣΙΕΣ Όγκος είναι μια ανώμαλη μάζα ιστού, η οποία προέρχεται από την αυτόνομη και ανεξέλεγκτη ανάπτυξη κυττάρων πέραν του φυσιολογικού. Κάθε όγκος διαθέτει δύο βασικά χαρακτηριστικά: 1. Τα νεοπλασματικά κύτταρα 2. Το υπόστρωμα,δηλαδή τα μη μεταμορφωμένα στοιχεία,αγγεία και συνδετικό ιστό. Τα νεοπλασματικά κύτταρα ή νεοπλάσματα μπορεί να είναι καλοήθη, δυνητικά κακοήθη, ή κακοήθη. Τα καλοήθη νεοπλάσματα περιλαμβάνουν ινομυώματα της μήτρας και μελαγχρωματικoί σπίλοι (κρεατοελιές). Είναι οριοθετημένα και εντοπισμένα και δεν μετατρέπονται σε καρκίνο. Τα δυνητικά κακοήθη νεοπλάσματα περιλαμβάνουν τα καρκινώματα in situ. Δεν εισβάλλουν ούτε καταστρέφουν, αλλά αν τους δοθεί χρόνος, μετατρέπονται σε καρκίνο. Τα κακοήθη νεοπλάσματα κοινώς αποκαλούνται καρκίνος. Εισβάλλουν και καταστρέφουν τους περιβάλλοντες ιστούς, μπορεί να κάνουν μεταστάσεις και τελικά σκοτώνουν τον ξενιστή. Το δευτερογενές νεόπλασμα αναφέρεται σε οποιοδήποτε είδος καρκινικού όγκου που αποτελεί είτε μεταστατικό παρακλάδι κυρίως όγκου, ή έναν άσχετο όγκο που αυξάνεται ως αποτέλεσμα συγκεκριμένων θεραπειών καρκίνου, όπως χημειοθεραπεία ή ραδιοθεραπεία. Η διάκριση μεταξύ των δύο αυτών κατηγοριών γίνεται βάσει τριών κριτηρίων: 1. Διαφοροποίηση και αναπλασία 2. Ρυθμός ανάπτυξης 3. Τοπική διήθηση Οι καλοήθεις όγκοι χαρακτηρίζονται κυρίως από βραδεία, επεκτατική αύξηση και μπορεί να οδηγήσει σε απώθηση και συμπίεση των παρακείμενων φυσιολογικών ιστών. Οι κακοήθεις όγκοι χαρακτηρίζονται από διεισδυτική και καταστροφική αύξηση καθώς και από την ικανότητα για παράσυρση και εμφύτευση νεοπλασματικών κυττάρων σε άλλους ιστούς (μεταστάσεις). 9 1.2 ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ Ο καρκίνος είναι μία γενετική νόσος. Η γενετική βλάβη μπορεί να προέλθει από την επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων στα κύτταρα ή να προέρχεται από τη σειρά των βλαστικών κυττάρων. Οι όγκοι είναι αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού προγονικών 7

κυττάρων, στα οποία έχει πραγματοποιηθεί μια βλάβη στον γενετικό κώδικα. Οι βλάβες αυτές πραγματοποιούνται στα ακόλουθα κύτταρα: Πρωτοογκογονίδια που προάγουν την ανάπτυξη (Γονίδια στα οποία κάποια μετάλλαξη προσδίδει μια νέα λειτουργία ή ενισχύει μια ήδη υπάρχουσα αναφέρονται σαν πρωτοογκογονίδια. Τα πρωτοογκογονίδια συνήθως κωδικοποιούν πρωτεΐνες που σχετίζονται με την αύξηση ή την διαίρεση του κυττάρου). Ογκοκατασταλτικά γονίδια που αναστέλλουν την ανάπτυξη (γονίδια που σχετίζονται με την απώλεια λειτουργικών μεταλλάξεων που σχετίζονται με την καρκινογένεση αναφέρονται σαν γονίδια κατασταλτικά του όγκου (tumor suppressor genes). Τα κατασταλτικά του όγκου γονίδια συνήθως κωδικοποιούν πρωτεΐνες που σχετίζονται με την αναστολή της αύξησης και του πολλαπλασιασμού. Οι μεταλλάξεις στα κατασταλτικά του όγκου γονίδια είναι υπολειπόμενες και δεν αρκούν από μόνες τους για να οδηγήσουν στην καρκινογένεση. Η καρκινογένεση προϋποθέτει μία επιπλέον μετάλλαξη στο υγιές αλλήλιο, γεγονός που περιγράφεται σαν απώλεια της ετεροζυγωτίας) Γονίδια που ρυθμίζουν την απόπτωση Γονίδια που ρυθμίζουν την επιδιόρθωση του DNA Η καρκινογένεση είναι μια διαδικασία πολλαπλών βημάτων που ονομάζεται εξέλιξη του όγκου. Σε γενετικό επίπεδο η καρκινογένεση είναι αποτέλεσμα άθροισης διαδοχικών μεταλλάξεων 9. «Εικόνα 1: Καρκινικό κύτταρο τη στιγμή της διαίρεσης του» 8

1.3 ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΟΣ Τα ογκογονίδια είναι γονίδια, τα προϊόντα των οποίων σχετίζονται με νεοπλασματική μεταμόρφωση. Τα πρωτοογκογονίδια είναι φυσιολογικά κυτταρικά γονίδια, τα οποία επηρεάζουν την ανάπτυξη και διαφοροποίηση 9. 1.4 ΠΡΩΤΕΙΝΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΩΝ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ Το ερέθισμα για τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των φυσιολογικών κυττάρων συχνά πυροδοτείται από αυξητικούς παράγοντες. Το σήμα μεταβιβάζεται από την μεμβράνη στο κυτταρόπλασμα και από κει στον πυρήνα μέσω δημιουργίας δεύτερων αγγελιοφόρων όπως είναι το Ca 2+. Τα σήματα αυτά ενεργοποιούν ρυθμιστικούς παράγοντες του πυρήνα, οι οποίοι προκαλούν την έναρξη της μεταγραφής του DNA και έτσι τα κύτταρα εισέρχονται στον κύκλο. Αυξητικοί παράγοντες: Μερικά πρωτοογκογονίδια (π.χ. c-sis) κωδικοποιούν αυξητικούς παράγοντες, όπως είναι ο αυξητικός παράγων που προέρχεται από τα αιμοπετάλια. Πολλοί όγκοι που παράγουν αυξητικούς παράγοντες απαντούν επίσης στη δράση που έχουν οι παράγοντες αυτοί ως προαγωγείς και με αυτό τον τρόπο υπόκεινται σε αυτοκρινή διέγερση. Υποδοχείς αυξητικών παραγόντων: Αρκετά ογκογονίδια κωδικοποιούν υποδοχείς αυξητικών παραγόντων. Έχει βρεθεί ότι, τόσο δομικές μεταβολές όσο και υπερέκφραση των γονιδίων των υποδοχέων, σχετίζονται με κακοήθη εξαλλαγή. Πρωτεϊνες μεταγωγείς σημάτων: Οι πρωτεϊνες είναι ετερογενείς, βιοχημικώς, και κατατάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: 1. Πρωτεϊνες που ενώνονται με τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP): Στην ομάδα αυτή ανήκει η οικογένεια των ras πρωτεϊνών και οι G- πρωτεϊνες. Περίπου το 10-20 % των όγκων στον άνθρωπο φέρουν μεταλλαγμένες ras πρωτεϊνες. 2. Κινάσες της τυροσίνης που δεν σχετίζονται με υποδοχείς: Ένα παράδειγμα αυτής της κατηγορίας είναι το γονίδιο c-abl, το οποίο στη φυσιολογική του μορφή ρυθμίζει την κινάση της τυροσίνης. Στη χρόνια μυελογενή λευχαιμία η διαμετάθεση του γονιδίου c-abl και η σύντηξή του στο γονίδιο brc δημιουργεί ένα γονίδιο-υβρίδιο με δυναμικό ανεξέλεγκτης δραστηριότητας κινάσης της τυροσίνης. 9 Πυρηνικές πρωτεϊνες μεταγραφής: Τα προϊόντα των ογκογονιδίων myc,jun,fos και myb είναι πυρηνικές πρωτεϊνες. Εκφράζονται με ένα τέλεια ρυθμιζόμενο τρόπο κατά τη διάρκεια του κυτταρικού πολλαπλασιασμού φυσιολογικών κυττάρων και πιστεύεται ότι ρυθμίζουν τη μεταγραφή των γονιδίων που σχετίζονται με την

αύξηση. Οι ογκογόνες τους ιδιότητες σχετίζονται με επιμένουσα έκφραση. Κυκλίνες και κυκλινοεξαρτόμενες κινάσες (CDKs) Ρυθμίζουν την εξέλιξη των κυττάρων, μέσω του κυτττταρικού κύκλου. Οι απενεργοποιημένες CDKs εκφράζονται σταθερά κατά τη διάρκεια του κύκλου και ενεργοποιούνται από κυκλίνες, που συντίθενται κατά τη διάρκεια των επιμέρους φάσεων του κυτταρικού κύκλου. Οι κυκλίνες τύπου D παρέχουν τη δυνατότητα μετάβασης από τη φάση G1 στη φάση S, ενεργοποιώντας τις CDK4 και CDK6. Οι δύο αυτές CDKs φωσφορυλιώνουν την πρωτεϊνη του ρετινοβλαστώματος(prb). Η φωσφορυλιωμένη prb απελευθερώνει E2F μεταγραφικούς παράγοντες, οι οποίοι στη συνέχεια επιτρέπουν τη σύνθεση γονιδίων της φάσης S. Η δραστηριότητα των CDKs αναστέλλεται από CDK αναστολείς, με αποτέλεσμα την αναστολή της κυτταρικής διαίρεσης. Η υπερέκφραση των κυκλινών D και CDK4 είναι κοινό εύρημα σε πολλούς τύπους καρκίνου 9. 1.5 ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ Τα πρωτοογκογονίδια μπορούν να μετατρέπονται σε ογκογονίδια με έναν από τους τρεις παρακάτω μηχανισμούς: 1. Σημειακές μεταλλάξεις 2. Ανασυνδυασμοί χρωμοσωμάτων 3. Γονιδιακή ενίσχυση 9 1.6 ΟΓΚΟΚΑΤΑΣΤΑΛΤΙΚΑ ΓΟΝΙΔΙΑ Ο καρκίνος μπορεί να αναπτύσσεται όχι μόνο από ενεργοποίηση γονιδίων, που προάγουν την ανάπτυξη αλλά και από την απενεργοποίηση γονιδίων, τα οποία φυσιολογικά καταστέλλουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. 9 Όταν τα ογκοκατασταλτικά γονίδια δε δουλεύουν επαρκώς, τότε τα κύτταρα μπορούν να αναπτυχθούν ανεξέλεγκτα, γεγονός που θα οδηγήσει σε καρκίνο. Περίπου 30 ογκοκατασταλτικά γονίδια έχουν αναγνωριστεί, όπως τα p53, BRCA1, BRCA2, APC, και RB1. Σημαντική διαφορά μεταξύ των ογκογονιδίων και των ογκοκατασταλτικών γονιδίων είναι ότι τα πρώτα προέρχονται από την ενεργοποίηση των πρωτοογκογονιδίων, ενώ τα δεύτερα προκαλούν καρκίνο όταν είναι απενεργοποιημένα. Άλλη σημαντική διαφορά είναι ότι ενώ η μεγάλη πλειοψηφία των ογκογονιδίων αναπτύσσεται από μεταλλάξεις φυσιολογικών κυτάρων (πρωτογκογονιδίων) κατά τη διάρκεια της ζωής ενός ατόμου (επίκτητες μεταλλάξεις), οι διαταραχές των ογκοκατασταλτικών γονιδίων μπορούν να κληρονομηθούν. 10,11,12,13 10 1.7. ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΠΤΩΣΗ Απόπτωση ονομάζουμε τη διαδικασία κυτταρικού θανάτου που διαθέτουν οι πολυκύτταροι οι οργανισμοί για την ανάπτυξη των διαφορετικών ιστών και την ομοιόσταση. Τον

μηχανισμό της απόπτωσης χρησιμοποιεί και η φύση για την καταστροφή κυττάρων με χρωμοσωμικές ανωμαλίες. Αντίθετα τα καρκινικά κύτταρα έχουν περιορισμένη λειτουργία των μηχανισμών απόπτωσης. 14 Το γονίδιο πρότυπο αυτής της ομάδας που ρυθμίζουν την απόπτωση είναι το bcl-2, το οποίο παρεμποδίζει την απόπτωση ή προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο. Η υπερέκφραση του bcl-2 υποτίθεται ότι επιμηκύνει την κυτταρική επιβίωση και αν τα κύτταρα έχουν υποστεί γονιδιακή βλάβη συνεχίζουν να υφίστανται επιπρόσθετες μεταλλάξεις σε ογκογονίδια ή ογκοκατασταλτικά γονίδια. Το πιο σημαντικό παράδειγμα της υπερέκφρασης του bcl-2, παρατηρείται σε Β-κυτταρικής αρχής λεμφώματα, αξώδους τύπου. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει μια t(14;18) διαμετάθεση μεταξύ του bcl-2 και του τόπου της μεταγραφικώς ενεργού ανοσοσφαιρίνης βαριάς αλυσίδας, με αποτέλεσμα την υπερέκφραση του bcl-2.4. Για τον λόγο αυτό έχει δοκιμαστεί η γονιδιακή θεραπεία με antisense ολιγονουκλεοτίδια που εμποδίζουν την μεταγραφή bcl-2 και η χορήγηση συγκεκριμένου προσδέτη TRAIL που επάγει την απόπτωση. 14 11 «Εικόνα 2: 2 α Συμπύκνωση της χρωματίνης, δημιουργία εγκολπώσεων, συρρίκνωση του κυττάρου. 2β Θραύση πυρήνα και αποπτωτικά σωμάτια.2γ Τα φαγοκύτταρα απομακρύνουν τα αποπτωτικά σωμάτια»

1.8.ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ DNA Τα γονίδια που ρυθμίζουν την αποκατάσταση του DNA δεν συμβάλλουν άμεσα στην κυτταρική αύξηση και πολλαπλασιασμό. Λειτουργούν έμμεσα, διορθώνοντας σφάλματα στο DNA, που συμβαίνουν αυτόματα κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης ή σφάλματα από την έκθεση σε μεταλαξιογόνες χημικές ουσίες ή σε ακτινοβολία. Ασθενείς με κληρονομικό καρκίνο παχέος που δεν σχετίζεται με πολυποδίαση γεννιούνται με ένα ελλειματικό αντίγραφο ενός από τα πολλά γονίδια επισκευής του DNA. Οι ασθενείς αυτοί αναπτύσουν καρκινώματα στο τυφλό ή το εγγύς κόλον χωρίς να προηγηθεί ένα προνεοπλασματικό στάδιο αδενωματώδους πολύποδος. Τα προσβεβλημένα γονίδια, συμπεριλαμβανομένων των Hmlh1, ενέχονται στην επισκευή των αταίριαστων ζευγών DNA. Όταν τα σφάλματα που αφορούν στα αταίριαστα ζεύγη DNA αθροιστούν στα πρωτοογκογονίδια και στα ογκοκατασταλτικά γονίδια, τότε αναπτύσσονται καρκινώματα 9. 1.9. ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥΝ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ Μερικά ογκοκατασταλτικά γονίδια βοηθούν τον έλεγχο της κυτταρικής αναπαραγωγής και ανάπτυξης. Το γονίδιο του ρετινοβλαστώματος (RBI) αποτελεί παράδειγμα ενός τέτοιου γονιδίου. Οι διαταραχές του RBI γονιδίου μπορούν να οδηγήσουν σε καρκίνο του οφθαλμού, αλλά και σε άλλους τύπους καρκίνου σε βρέφη. Όλα τα χρωμοσώματα βρίσκονται ανά ζεύγη, σε δύο αλληλόμορφα αλλήλια. Όταν η κληρονομούμενη μετάλλαξη του RBI γόνου αφορά στον ένα αλληλόμορφο γόνο, τότε δεν εμφανίζεται καρκίνος, και το άτομο που φέρει τη μετάλλαξη θεωρείται ετεροζυγώτης για τη νόσο. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του παιδιού, μια τυχαία μετάλλαξη μπορεί να συμβεί στο φυσιολογικό αντίγραφο του RBI γόνου και τότε θα εκδηλωθεί η νόσος του ρετινοβλαστώματος Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτή τη διαδικασία απώλειας της ετεροζυγωτίας και βρίσκει εφαρμογή στις περισσότερες διαταραχές των ογκοκατασταλτικών γονιδίων. 12,13,14,15 1.10.ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΚΛΙΜΑΚΩΤΗΣ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗΣ Καμία γενετική αλλαγή από μόνη της δεν είναι ικανή να επάγει καρκίνο in vivo. Για να εμφανιστεί καρκίνος θα πρέπει να υπάρξει απώλεια πολλαπλών ελέγχων που εφαρμόζουν και οι τρεις κατηγορίες γονιδίων ήτοι τα ογκογονίδια που ελέγχουν την απόπτωση. Το καλύτερο παράδειγμα αυτής της κατάστασης είναι η ακολουθία αδένωμα-καρκίνωμα στο παχύ έντερο. Στην ακολουθία αυτή, η εξέλιξη ενός αδενώματος σε καρκίνωμα χαρακτηρίζεται από την αυξημένη και προσθετική επίδραση μεταλλάξεων, που αφορά στα γονίδια ras, APC, p53 και άλλα μη ταυτοποιημένα γονίδια που βρίσκονται στο 18q. Η άθροιση των μεταλλάξεων, αποτέλεσμα πιθανόν γενετικής αστάθειας των καρκινικών κυττάρων, μπορεί να προάγεται από απώλεια p53, γονιδίων επισκευής του DNA ή και τα δύο. Τα γονίδια που ρυθμίζουν το κυτταρικό πολλαπλασιασμό, με ένα λίγο πολύ ειδικό για τον ιστό τρόπο, όπως τα APC, NF-1 και Rb, ονομάζονται γονίδια θυρωροί, ενώ εκείνα που ρυθμίζουν τη σταθερότητα του γονιδιώματος (γονίδια επισκευής του DNA) 12

ονομάζονται γονίδια επιστάτες. Αυτά τα τελευταία ρυθμίζουν την πιθανότητα μετάλλαξη των γονιδίων θυρωρών 9. 1.11 ΑΛΛΟΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΚΑΡΥΟΤΥΠΟ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ Πολλά νεοπλάσματα στον άνθρωπο σχετίζονται με τυχαίες χρωμοσωμικές ανωμαλίες, γεγονός που εισηγείται ότι ορισμένες κυτταρογενετικές ανωμαλίες μπορεί να είναι σημαντικά και πιθανόν αρχικά γεγονότα της νεοπλασματικής εξαλλαγής. Σε μερικές μάλιστα περιπτώσεις έχουν διαγνωστική και προγνωστική σημασία. Έχουν περιγραφεί τρεις τύποι μη τυχαίων χρωμοσωμικών ανωμαλιών: Διαμετάθεση Εξάληψη Ενίσχυση 9 1.12 ΑΓΓΕΙΟΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟΝ ΟΓΚΟ Τα νεοπλασματικά κύτταρα, όπως και τα φυσιολογικά χρειάζονται οξυγόνο για να επιβιώσουν. Έτσι η αγγείωση των όγκων από τα αιμοφόρα αγγεία έχει προφανή επίδραση στην αύξηση του όγκου. Η αγγείωση των όγκων εξασφαλίζεται από αγγειογενετικούς παράγοντες, που προέρχονται από κύτταρα του όγκου ή από κύτταρα φλεγμονής, τα οποία εισέρχονται στον όγκο. Η διαδικασία της αγγειογένεσης αποτελείται από πολλά, διαδοχικά και αλληλοεξαρτώμενα βήματα. Αρχίζει με την τοπική αποδιοργάνωση των βασικών μεμβρανών που περιβάλλουν τα τριχοειδή αγγεία, η οποία ακολουθείται από την διείσδυση των ενδοθηλιακών κυτάρων στο περιβάλλον στρώμα προς την κατεύθυνση του αγγειογενετικού ερεθίσματος. Η μετανάστευση των ενδοθηλιακών κυττάρων συνοδεύεται από τον πολλαπλασιασμό τους και την οργάνωσή τους σε τρισδιάστατες δομές που ενώνονται με άλλες παρόμοιες δομές για να διαμορφώσουν ένα δίκτυο νέων αιμοφόρων αγγείων. Αυτό αναφέρεται μερικές φορές ως αγγειογένεση "εκβλάστησης", η οποία είναι μια τοπική διαδικασία. Επιπλέον, τα ενδοθηλιακά κύτταρα μπορούν να παραχθούν όχι μόνο από την διαίρεση των προϋπαρχόντων διαφοροποιημένων ενδοθηλιακών κυττάρων αλλά και από την εισροή αρχέγονων ενδοθηλιακών κυττάρων. Η διαδικασία αυτή περιγράφεται μερικές φορές με τον όρο συστηματική αγγειογένεση. 14 Οι δύο πιο σημαντικοί αγγειογενετικοί παράγοντες είναι ο αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγων (VEGF- vascular endothelial growth factor) και ο βασικός αυξητικός παράγων των ινοβλαστών (bfgf-basic fibroblast growth factor). Με τον όρο VEGF περιγράφονται τουλάχιστον τέσσερα μόρια (VEGF 121, VEGF 165, VEGF 189, και VEGF 205 ) ανάλογα με τον αριθμό αμινοξέων που κάθε πρωτεΐνη περιέχει. Η αγγειακή διαπερατότητα που προκαλείται από τον VEGF είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακή. Η επαγωγή της διαπερατότητας από VEGF επιτρέπει τη διάχυση των πρωτεϊνών στον διάμεσο ιστό στον 13

οποίο τα ενδοθηλιακά κύτταρα μεταναστεύουν. Ενώ ο βασικός αυξητικός παράγων των ινοβλαστών εκτός από την συμβολή του στην αύξηση των ενδοθηλιακών κυττάρων,διαθέτει σημαντικό ρόλο και στην αύξηση κυττάρων άλλου τύπου.(μονοπατια καρκινογενεσης). 9 «Εικόνα 3: Το κρισιμότερο κλινικό στάδιο της νόσου είναι εκείνο που ξεκινά όταν καρκινικά κύτταρα βρίσκουν διάβαση προς την αιματική κυκλοφορία μετατρέποντας τη νόσο από τοπική σε συστηματική.» 1.13 ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΑ ΤΩΝ ΟΓΚΩΝ Εξέλιξη του όγκου είναι το φαινόμενο κατά το οποίο οι όγκοι γίνονται προοδευτικά περισσότερο επιθετικοί και αποκτούν μεγαλύτερο δυναμικό κακοήθειας. Η εξέλιξη έχει να κάνει με τη διαδοχική εμφάνιση στον όγκο κυττάρων, που διαφέρουν όσον αφορά στη διηθητικότητα, στο ρυθμό ανάπτυξης, στην ικανότητά τους να δίνουν μεταστάσεις, να διαφεύγουν της ανοσοεπιτήρησης και σε μερικές άλλες ιδιότητες. Ένας κλινικά ανιχνεύσιμος όγκος, αν και μονοκλωνικός, συνήθως αποτελείται από φαινοτυπικώς και γενετικώς ετερογενή πληθυσμό. Η ετερογένεια πιστεύεται ότι είναι αποτέλεσμα γενετικής αστάθειας των νεοπλασματικών κυττάρων, τα οποία υπόκεινται με υψηλότερο βαθμό σε τυχαίες μεταλλάξεις. Η ετερογένεια και η εξέλιξη των νεοπλασματικών κυττάρων αρχίζουν πολύ πριν γίνει κλινικά ανιχνεύσιμος ο όγκος (λανθάνουσα περίοδος) 9. 1.14 ΚΑΡΚΙΝΟΓΟΝΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ 14

Πολλοί είναι εκείνοι οι παράγοντες που έχουν κατηγορηθεί για καρκινογένεση. Κάποιοι από αυτούς είναι οι εξής: 1. Τα χημικά καρκινογόνα περιλαμβάνουν αλκυλιωτικούς παράγοντες, αρωματικούς υδρογονάνθρακες, αζωχρωστικές, καρκινογόνα της φύσης, νιτροζαμίνες και αμίδια, ο αμίαντος, μέταλλα όπως το νικέλιο και άλλα. 2. Υπεριώδεις ακτίνες του ηλίου. 3. DNA ιοί (HPV, Epstein-Barr, ιός της ηπατίτιδας Β και C) 4. RNA ιοί (ανθρώπινος Τ-κυτταρικός λεμφοτρόπος ιός τύπου 1 (HTLV-1)) 9 1.15 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ 1.15.1 Ιστολογικές και κυτταρολογικές μέθοδοι Η ιστολογική εξέταση είναι η σημαντικότερη διαγνωστική μέθοδος. Ιδιαίτερα χρήσιμα για τη σωστή ιστολογική διάγνωση είναι τα εξής: Η διαθεσιμότητα όλων των σχετικών κλινικών δεδομένων Η επαρκής μονιμοποίηση του παρασκευάσματος και η κατάλληλη δειγματοληψία Και σε μερικές περιπτώσεις, η ανίχνευση υποδοχέων κυτταρικής επιφανείας σε τομές ψυκτικού μικροτόμου. Επιπλέον της συνήθους μονιμοποίησης και έγκλεισης των ιστών σε παραφίνη, εφαρμόζεται και η μέθοδος της ταχείας βιοψίας, για μια γρήγορη διάγνωση, ενώ ακόμη ο ασθενής βρίσκεται υπό αναισθησία. 1.15.2 Αναρρόφηση με λεπτή βελόνα Η αναρρόφηση με λεπτή βελόνα αφορά σε αναρρόφηση κυττάρων ή υγρών από όγκους ή μάζες, από προσιτές στη ψηλάφηση περιοχές. Τα αναρροφούμενα κύτταρα επιστρώνονται σε αντικειμενοφόρους πλάκες, χρωματίζονται και εξετάζονται μικροσκοπικώς. 1.15.3 Κυτταρολογικά επιχρίσματα (κατά Παπανικολάου) Τα κυτταρολογικά επιχρίσματα αφορούν σε αποφωλιδούμενα νεοπλασματικά κύτταρα. Η αποφωλιδωτική κυτταρολογία χρησιμοποιείται πιο συχνά στη διάγνωση δυσπλασίας, καρκινώματος in situ και διηθητικού καρκίνου του τραχήλου της μήτρας, καθώς και στη διάγνωση των όγκων του στομάχου και της ουροδόχου κύστεως. Η διάγνωση βασίζεται κυρίως στις αλλοιώσεις που εμφανίζουν τα μεμονωμένα κύτταρα. Ψευδώς αρνητικά αποτελέσματα συμβαίνουν λόγω σφαλμάτων στη δειγματοληψία. Όταν είναι δυνατόν, η κυτταρολογική διάγνωση πρέπει να επιβεβαιώνεται με βιοψία. 1.15.4 Ανοσοκυτταροχημεία Η ανοσοκυτταροχημεία αφορά σε ανίχνευση των κυτταρικών προϊόντων ή των δεικτών επιφανείας με μονοκλωνικά αντισώματα. Η σύνδεση των αντισωμάτων με το αντιγόνο μπορεί να αναδειχτεί με ανοσοφθορισμό ή χημικές αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα 15

την παραγωγή ενός χρωσμένου προϊόντος. Η τεχνική αυτή είναι χρήσιμη στις παρακάτω κατηγορίες: Διάγνωση αδιαφοροποίητων όγκων με την ανίχνευση ειδικών για τον ιστό διάμεσων ινιδίων. Ταξινόμηση των λευχαιμιών και λεμφωμάτων με τη χρήση μονοκλωνικών αντισωμάτων, ειδικών για τα διάφορα λεμφοαιμοποιητικά κύτταρα. Προσδιορισμός πρωτοπαθούς εστίας επί μεταστάσεων, χρησιμοποιώντας αντιδραστήρια που ταυτοποιούν ειδικούς τύπους κυττάρων (π.χ. ειδικό προστατικό αντιγόνο για τον καρκίνο του προστάτη). Αναγνώριση μορίων, που έχουν προγνωστική ή θεραπευτική σημασία (π.χ. ανοσοϊστοχημική ανίχνευση ορμονικών υποδοχέων και προϊόντων πρωτοογκονιδίων, όπως το c-erbb2 στον καρκίνο του μαστού). 1.15.5 Ανάλυση με ανιχνευτές DNA Η ανάλυση με ανιχνευτές DNA αφορά στην αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης ή την ανάλυση FISH. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται τελευταίως πιο εκτενώς στη διάγνωση των νεοπλασμάτων του λεμφικού, διότι οι όγκοι αυτοί σχετίζονται με κλωνικό ανασυνδυασμό των γονιδίων του υποδοχέα αντιγόνων Τ και Β-κυττάρων. Η ανίχνευση ογκογονιδίων όπως το N-myc είναι επίσης χρήσιμη στην αξιολόγηση της πρόγνωσης ορισμένων όγκων. Η διάγνωση της χρόνιας μυελογενούς λευχαιμίας μπορεί να γίνει με την ανίχνευση προϊόντος σύντηξης του bcr-c-abl γονιδίου, ακόμη και επί απουσίας του χρωμοσώματος Ph1. Συγκεκριμένες αντιμεταθέσεις, που ανιχνεύονται με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης, μπορεί να βοηθήσουν τη διαφορική διάγνωση μεταξύ όγκων με παρόμοια ιστολογική εικόνα (π.χ. όγκοι της παιδικής ηλικίας, από μικρά στρογγυλά κυανόχρωμα κύτταρα). Η κληρονομική προδιάθεση για ορισμένους όγκους (π.χ. καρκίνωμα του μαστού και ενδοκρινικά νεοπλάσματα), μπορεί να ανιχνευθεί με ανάλυση των μεταλλάξεων των γονιδίων BRCA-1, BRCA-2 και RET. 1.15.6 Κυτταρομετρία ροής Η μέτρηση της περιεκτικότητας σε DNA των νεοπλασματικών κυττάρων, με κυτταρομετρία ροής, είναι χρήσιμη, διότι σε ορισμένους όγκους υπάρχει σχέση μεταξύ μη φυσιολογικής περιεκτικότητας και πρόγνωσης. Η ανίχνευση των αντιγόνων της κυτταρικής επιφανείας με κυτταρομετρία ροής, είναι χρήσιμη στη διάγνωση λευχαιμίας και λεμφωμάτων. 1.15.7 Καρκινικοί δείκτες Είναι μόρια που προέρχονται ή σχετίζονται με τον όγκο και μπορούν να ανιχνευθούν στο αίμα αλλά και σε άλλα υγρά. Αποτελούν βοηθητική μέθοδο διάγνωσης και προσφέρουν αξία ως παράγοντες πρόβλεψης της ανταπόκρισης στη θεραπεία. Παραδείγματα καρκινικών δεικτών είναι: 16 CEA, παράγεται φυσιολογικά στο έντερο, ήπαρ και πάγκρεας του εμβρύου, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί από καρκίνους του παχέος εντέρου, παγκρέατος, στομάχου και μαστού. Συχνά τα επίπεδα του CEA είναι αυξημένα σε μη νεοπλασματικές καταστάσεις. Η χρησιμότητά του βρίσκεται στον προσδιορισμό της έκτασης του όγκου, στον καρκίνο του

παχέος εντέρου, καθώς και στον έλεγχο υποτροπών μετά τη χειρουργική αφαίρεση του όγκου. Η α-εμβρυϊκή πρωτεϊνη, φυσιολογικά παράγεται από το λεκιθικό ασκό και το ήπαρ του εμβρύου. Ιδιαίτερα αυξημένα επίπεδα παρατηρούνται σε καρκίνο ήπατος και καρκίνωμα εκ βλαστικών κυττάρων του όρχεως. Μη νεοπλασματικές καταστάσεις όπως κίρρωση του ήπατος και ηπατίτιδα, επίσης σχετίζονται με αυξημένα επίπεδα α-εμβρυϊκής πρωτεϊνης, αλλά σε μικρότερο βαθμό. Η χρησιμότητά του προσδιορισμού των επιπέδων της α- εμβρυϊκής πρωτεϊνης έγκειται στο γεγονός ότι υποδεικνύουν την παρουσία καρκίνου ήπατος και όρχεων, την παρουσία υποτροπής του νεοπλάσματος, καθώς και στην ανταπόκριση στη θεραπεία. CA 125 είναι μια γλυκοπρωτεϊνη με μοριακό βάρος από 200 έως 1000 kda και αναγνωρίζεται από το αντίσωμα OC-125. Ανευρίσκεται αυξημένο στον επιθηλιακό καρκίνο των ωοθηκών αλλά και σε άλλους ενδοκοιλιακούς καρκίνους. Καλοήθεις καταστάσεις που σχετίζονται με αυξημένα επίπεδα CA-125 είναι η ενδομητρίωση, η οξεία παγκρεατίτιδα, η κίρρωση, η περιτονίτιδα, η φλεγμονώδης νόσος της πυέλου και ο ασκίτης. Επίσης μπορεί να αυξηθεί σε φυσιολογικές καταστάσεις όπως η έμμηνος ρύση και η εγκυμοσύνη (συνήθως όμως όχι περισσότερο από 100 Ku/L. H κύρια χρήση των επιπέδων του CA-125 είναι στην διάγνωση και παρακολούθηση των ασθενών με καρκίνο των ωοθηκών. Οι φυσιολογικές τιμές στον ορό είναι 0-35 KU/L. CA 15-3 είναι μια διαμεμβρανική πρωτεϊνη που σχετίζεται με προχωρημένο συνήθως στάδιο του καρκίνου του μαστού αλλά και σε άλλα αδενοκαρκινώματα. Αυξημένες τιμές μπορεί να ανιχνευτούν και σε καλοήθεις παθήσεις του μαστού καθώς και σε ηπατική νόσο. Χρησιμοποιείται κυρίως στην παρακολούθηση των γυναικών με καρκίνο μαστού και ειδικότερα στην προσυμπτωματική ανίχνευση της υποτροπής της νόσου, αλλά και σαν πρώιμος δείκτης ανταπόκρισης στην θεραπεία. Οι φυσιολογικές τιμές στον ορό είναι 0-25 U/L. Ανθρώπινη χοριακή γοναδοτροπίνη (HCG) παράγεται από τον πλακούντα και η φυσιολογική της λειτουργία είναι η διέγερση της παραγωγής προγεστερόνης από το ωχρό σωμάτιο κατά τις δύο πρώτες εβδομάδες της κύησης. Ανιχνεύεται αυξημένη κατά την διάρκεια της κύησης καθώς επίσης και σε όλους σχεδόν τους ασθενείς με τροφοβλαστική νόσο της κύησης, σε ασθενείς με μη-σεμινωματώδεις όγκους και στο 20% των ασθενών με σεμινωματώδεις όγκους των όρχεων. Ειδικό προστατικό αντιγόνο (PSA) είναι μια γλυκοπρωτεϊνη που παράγεται στον προστάτη αδένα και συμβάλει στην γονιμότητα του σπέρματος. Η αύξησή του σχετίζεται αποκλειστικά με καρκίνο του προστάτη και όχι με άλλου είδους νεοπλάσματα. 9 17

18 «Εικόνα 4: Σχηματισμός κακοήθους όγκου»

19 Κεφάλαιο 2: Η έννοια της Νανοτεχνολογίας 2.1 Εισαγωγή: Νανοτεχνολογία -Ορισμός Νανοτεχνολογία είναι ένας όρος ο οποίος χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη δημιουργία και χρήση λειτουργικών δομών μεγέθους μεταξύ 1 και 100 νανομέτρων, της τάξεως δηλαδή του 10-9 μέτρων. Οι διαστάσεις γίνονται ευκολότερα αντιληπτές αναφέροντας πως ένα νανόμετρο ισούται περίπου με το 1/80000 μιας ανθρώπινης τρίχας ή με το μήκος 10 ατόμων υδρογόνων σε σειρά. Κατά παρόμοιο τρόπο ορίζεται και ο όρος νανοεπιστήμη αναφερόμενος σε επιστήμες οι οποίες μελετούν φαινόμενα στην κλίμακα αυτή. Οι δράσεις της νανοτεχνολογίας περιλαμβάνουν το σχεδιασμό και την κατασκευή των υλικών στο επίπεδο του μορίου και το ατόμου, καθώς και τις ποικίλες εφαρμογές των υλικών αυτών. Η ύλη, στα επίπεδα που την εξετάζει η νανοτεχνολογία, εμφανίζει ιδιότητες κβαντικής φύσεως, τελείως διαφορετικές από τις ιδιότητες των μακροσκοπικών μεγεθών που περιτριγυρίζουν τον άνθρωπο στην καθημερινότητα του. Συνεπώς, η νανοτεχνολογία έχει χαρακτήρα διεπιστημονικό, αφού συνδυάζεται άριστα με τις υπόλοιπες επιστήμες των οποίων οι δομές που τις απαρτίζουν μετρώνται και αυτές στην ίδια κλίμακα (νανοκλίμακα), όπως η κβαντική φυσική, η χημεία, η βιολογία, η πληροφορική και μικροηλεκτρονική κτλ. Οι δυνατότητες εξέλιξης που προσφέρουν τα εργαλεία της νανοτεχνολογίας αφενός υπόσχονται να επιλύσουν πολλές παγκόσμιες προκλήσεις που απασχολούν τον άνθρωπο, όπως ζητήματα βιομηχανικής παραγωγής, προστασίας του περιβάλλοντος, επικοινωνίας, ιατρικής κτλ. Αφετέρου όμως, εγείρουν πολλά ερωτήματα σχετικά με το κατά πόσο είναι απόλυτα εφικτή η υπεύθυνη ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας στα πλαίσια της καθημερινότητας του ανθρώπου χωρίς την ύπαρξη ηθικά αμφιλεγόμενων εφαρμογών της. 9 2.2 Ιστορική αναδρομή Η έννοια της νανοτεχνολογίας εισήχθηκε το 1959 από τον φυσικό Richard Feynman κατά τη διάρκεια μίας διάλεξης του στην Αμερικανική Φυσική Εταιρεία (American Physical Society). Η ομιλία του βασιζόταν στην ιδέα ότι υπήρχε η δυνατότητα οι επιστήμονες να χειρίζονται κάθε υλικό σε ατομικό επίπεδο έτσι ώστε να αποθηκεύονται τεράστιες ποσότητες

πληροφορίας σε πολύ μικρό χώρο ή να κατασκευαστούν πολύ μικρές σε μέγεθος συσκευές, οι οποίες θα παράγουν και θα αποθηκεύουν ενέργεια. Επιπλέον, όσο πιο μικρές θα ήταν οι συσκευές αυτές, ιδιότητες της ύλης όπως οι ελκτικές δυνάμεις Van Der Waals και οι επιφανειακές τάσεις δε θα θεωρούνταν πια αμελητέες σε αντίθεση με τη βαρύτητα.ο όρος «νανοτεχνολογία» εισήχθηκε από τον ερευνητή και συγγραφέα Eric Drexler το 1986 στο βιβλίο του «Οι Μηχανές της Δημιουργίας» ( Engines of Creation ). Με τον όρο «νανοτεχνολογία» περιγραφόταν ουσιαστικά η ανάπτυξη συσκευών σε επίπεδο νανοκλίμακας. Πριν από αυτό, όμως, ο Eric Dexler καθιέρωσε κάποιες από τις βασικές αρχές του μοριακού σχεδιασμού και της νανομηχανικής. Στα τέλη της δεκαετίας του 80 και στις αρχές της δεκαετίας του 90 η νανοτεχνολογία ξεφεύγει από τα εργαστήρια των πανεπιστημίων και οι πρώτες εταιρείες αρχίζουν να διεξάγουν έρευνες πάνω στη νανοεπιστήμη ενώ τη δεκαετία του 00 αρχίζουν να αναπτύσσονται και οι πρώτες εμπορικές εφαρμογές της νανοτεχνολογίας. Παραδείγματα νανοϋλικών εμφανίζονται πολύ πριν, από τον μεσαίωνα ακόμη. Τότε, οι τεχνίτες επεξεργαζόταν τον χρυσό και άλλα υλικά. Η διαδικασία που ακολουθούσαν ήταν εμπειρική. Η χρήση της φωτιάς για την επεξεργασία αυτών των υλικών ήταν συνηθισμένη για να παράγουν υλικά με πρωτοφανείς για την εποχή ιδιότητες. Ένα διάσημο παράδειγμα είναι η κούπα του Λυκούργου, η οποία με τη βοήθεια κολλοειδούς χρυσού και αργύρου παίρνει χρώμα πράσινο όταν φωτίζεται απ έξω, ενώ παίρνει χρώμα κόκκινο όταν φωτίζεται από μέσα. Η παρασκευή χρυσών νανοκουκκίδων επίσης χρησιμοποιήθηκε από Βικτωριανές και μεσαιωνικές εκκλησίες, οι οποίες ήταν διάσημες για τα βιτρό που τις διακοσμούσαν. Ενώ και αρχαίοι πολιτισμοί όπως αυτοί των Μάγιας και των Αιγυπτίων φαίνεται να είχαν τη δυνατότητα να δημιουργούν συνθετικά υλικά σε εργαστήρια της εποχής τους. Οι Αιγύπτιοι παρήγαγαν συνθετικές ουσίες που χρησιμοποιούνταν στην καθημερινή τους κοσμετολογία και φαρμακολογία και κύριο γνώρισμα τους ήταν ότι παρέμεναναναλλοίωτες στον χρόνο. Χαρακτηριστικός είναι επίσης ο ειδικός χρωματισμός του «μπλε των Μάγιας», ο οποίος χρησιμοποιούνταν σε αγάλματα, σκεύη και σε άλλους τομείς της καθημερινότητάς τους, κύριο γνώρισμα του οποίου είναι επίσης η αντοχή του στο πέρασμα των αιώνων. 6 2.3 ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Τα νανοσωματίδια και οι νανοσωλήνες είναι κατασκευασμένα από άτομα άνθρακα ή πυριτίου, από κεραμικό ή πολυμερές υλικό αλλά και από φυσικά συστατικά, τα οποία στη συνέχεια διασπώνται μέσα στον οργανισμό. Στα νανομυκίλλια, η εξωτερική τους στιβάδα είναι υδατοδιαλυτή και περικλείει στο εσωτερικό της χημικές ουσίες (π.χ. τις λιποδιαλυτές βιταμίνες A και D) που είναι αδιάλυτες σε υδατικό και χωρίς λιπαρά περιβάλλον (π.χ. στα αναψυκτικά). Οι εφαρμογές αυτές αφορούν όλους τους τομείς της γεωργοκτηνοτροφικής παραγωγής με πολλά παραδείγματα εφαρμογών στην πρωτογενή παραγωγή, στην επεξεργασία, στη συσκευασία των τροφίμων, αλλά και στον ιματισμό. 1 2.4 Η ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Η νανοτεχνολογία αναφέρεται σε επιστηµονικές αρχές και νέες ιδιότητες που µπορούµε να κατανοήσουµε και να γνωρίσουµε σε βάθος εργαζόµενοι σ αυτό το πεδίο. Τέτοιες ιδιότητες µπορούµε εν συνεχεία να τις παρατηρούµε και να τις εκµεταλλευόµαστε σε µικροκλίµακα ή µακροκλίµακα για την ανάπτυξη π.χ. υλικών και εφευρέσεων µε νεωτεριστικές λειτουργίες και επιδόσεις. Η νανοεπιστήµη χαρακτηρίζεται συχνά ως οριζόντια, νευραλγική ή επιτρεπτική αφού ουσιαστικά µπορεί να εισχωρεί σε όλους τους τοµείς της τεχνολογίας. Συχνά συµβάλλει στην προσέγγιση 20