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    • 专利摘要:
    Ein Nanobioprozessor für die Protein- und Zelltherapie weist einen quantum dot (QD) mit einer selektiven Beschichtung aus chemischen oder biologischen Stoffen auf, der von einer elektromagnetischen Strahlungsquelle oder einem Magnetsystem von außen erhitzbar und/oder anregbar ist, um auf spezifische falsch gefaltete Proteine, krankhafte oder gesunde Zellen, Gewebe, Viren, Bakterien und Körperflüssigkeiten sowie andere biologische Substanzen einzuwirken.
    公开号:DE102004007406A1
    申请号:DE200410007406
    申请日:2004-02-16
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Reinhard Prof. Dr. Reno Bruch；Jutta Reno Gietl；David Reno Leitner；Peter Reno Winkler
    申请人:Applied Photonics Worldwide Inc Reno；Applied Photonics Worldwide Inc；
    IPC主号:A61K41-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen neuen Ansatz für die Protein- und Zelltherapie:in der Näheeines aus der Ferne erhitzten quantum dot (QD) werden biologischeSubstanzen wie zum Beispiel Amyloidplaques verändert.
    [0002] MehrereErkrankungen von Mensch und Tier wie die Alzheimer-Krankheit, dieHuntington-Krankheit, die Lou-Gehrig-Krankheit, die Creutzfeld-Jakob-Krankheitund BSE (Bovine spongiforme Encephalopathie) stehen mit falsch gefaltetenProteinen in Zusammenhang, die Plaques abnormal geformter Proteineerzeugen, die miteinander verklumpen und ihre reguläre dreidimensionaleStruktur zerstören. DieseunlöslichenAblagerungen könnenGehirnzellen zerstören.Einige dieser Prionen-Protein sind infektiös und rufen BSE und ihr menschlichesPendant, die Creutzfeld-Jakob-Krankheit, hervor. Die Alzheimer-Krankheitbeeinträchtigtdas Gehirn, indem sie Neurone zerstört. Zwei charakteristischeMerkmale der Alzheimer-Krankheit sind Amyloidplaques und Bündel ausNeurofilamenten. Amyloidplaques sind abnormale Gewebeablagerungen,die hauptsächlich auseinem Protein zusammengesetzt sind, das β-Amyloid genannt wird. Die inAmyloidplaques von an Alzheimer erkrankten Patienten enthaltenenProteine zeigen vorwiegend β-Faltblatt-Strukturen,wie an Hand der starken Amid-I und Amid-II-Signale nachgewiesen.Kürzlichwurde gezeigt, dass die Hemmung der Amyloidfasernbildung durch kleine Moleküle gegenAmyloidkrankheiten wirksam sein sollte. Indem sie die Energiezustände derProteinfaltung ändern,könnenAmyloidinhibitoren Amyloidkrankheiten verhindern.
    [0003] DasUS Patent US5223482 vonSchilling Jr. et al. ("RecombinantAlzheimer's proteaseinhibitory amyloid protein and method of use") offenbart DNA-Sequenzen, die für mit dem β-Amyloidverwandte, mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung stehende Proteinekodieren. Zusätzlichenthältdieses Patent eine DNA-Sequenz, die für einen neuartigen Proteaseinhibitorkodiert. Das US Patent US5435050 vonMaggio et al. ("Labeled β-amyloid peptideand methods of screening for Alzheimer's disease" stellt zudem ein markiertes β-Amyloid-Peptid desaktiven Fragments, dessen Zusammensetzung und einen pharmazeutischenTrägerzur Verfügung. Darüberhinausbeansprucht das US Patent US5795963 vonMullan ein Amyloid-Vorläuferprotein derAlzheimer-Krankheit ("Amyloidprecursor protein in Alzheimer'sdisease") und stellteine Nukleinsäure bereit,die fürdas menschliche Amyloid-Vorläuferproteincharakteris tisch ist. Außerdemstellt sie ein Verfahren zur Diagnose und Vorhersage einer Prädispositionder Alzheimer-Krankheit zur Verfügung.Das US Patent US5891887 vonMarkwell et al. beschreibt ein anderes Verfahren, um die Prozessierungdes Amyloidvorläuferproteinsentlang eines nicht-amyloidogenen Weges in Patienten, die an derAlzheimer-Krankheit leiden oder Gefahr laufen, daran zu erkranken,zu verstärken,und ein Verfahren zur Behandlung oder Vorsorge der Alzheimer-Krankheit. Fernerbeschreibt das US Patent US5912410 ('Transgenic non-humanmice displaying the amyloid-forming pathology of Alzheimer's disease") von Cordell einVerfahren, in welchem klonierte rekombinante oder synthetische DNA-Sequenzen,die mit der Pathologie der Alzheimer-Krankheit in Zusammenhang stehen,in befruchtete Säugetiereizellen,vorzugsweise Mäuseeizellen,injiziert werden. Die injizierten Eizellen werden in pseudo-schwangereWeibchen eingepflanzt, in welchen man sie heranwachsen lässt, umtransgene Mäusezu erzeugen, deren Zellen Proteine exprimieren, die mit der Pathologie derAlzheimer-Krankheit in Zusammenhang stehen. Das US Patent US6011001 von Navia et al.beschreibt ein anderes Verfahren zur Proteintherapie durch oraleGabe querverknüpfterProteinkristalle, wobei ein Protein wie zum Beispiel ein Enzym oder Antikörper immobilisiertwird, indem Kristalle dieses Proteins mit einem querverknüpfendenMittel verbunden werden. Zudem werden Therapien der Neurotoxizität der Alzheimer-Krankheit,die durch β-Amyloid-Peptideverursacht wird, im US Patent US6172043 vonIngram et al. diskutiert. Diese Erfindung umfasst die Identifizierungeines Mechanismus der Zelltoxizität von β-Amyloid-Peptiden, welche dieBehandlung von durch β-Amyloid-Peptid-Anhäufungenverursachte Zuständedurch Gabe von Verbindungen ermöglicht,die dem Mechanismus der Zelltoxizität entgegenwirken. Darüber hinausoffenbart das US Patent US6175057 vonMucke et al. ('Transgenic mousemodel of Alzheimer'sdisease and cerebral amyloid angiopathy") ein transgenes Mausmodell der Alzheimer-Krankheitund der zerebralen Amyloid-Angiopathie. Diese Erfindung stellt nicht-menschliche, transgeneTiermodelle fürdie Alzheimer-Krankheit bereit. Schließlich offenbaren Kapurniotuet al. im US Patent US6359112 ("Peptides used asagonists and/or inhibitors of amyloid formation and cytotoxicity andalso for use in Alzheimer'sdisease, in type II diabetes mellitus and in spongiform encephalophathies") bestimmte Peptidmoleküle, dieals Grundstrukturen (Leitstrukturen) benutzt werden können, umdie Amyloidbildung zu verhindern und um die Amyloidbildung und Zelltoxizität in Amyloidkrankheitenzu untersuchen.
    [0004] Winzigemetallische oder Halbleiter-Werkstoffe, so genannte quantum dots(QDs), könnenin verschiedenen Größen, Formenund Festigkeiten entworfen werden, um einen großen Bereich an thermischenund optischen Eigenschaften hervorzubringen.
    [0005] Entscheidendfür dieseNanobiotechnologie ist das Einsperren von Elektronen in einem Raumbereichin der Größenordnungvon wenigen Nanometern bis zu einigen Zehn Nanometern. Wenn einElektron auf ein so kleines Volumen beschränkt ist, wird sein Energiespektrumdiskret oder zumindest nahezu diskret, während in einem Bulk-Material die Energien quasi-kontinuierlichsind. Um die gewünschtendiskreten Energien des Schwingungs- und Anregungsspektrums zu bieten,muss die Größe des räumlich begrenztenBereichs vergleichbar groß wieder Bohr-Radius des quasi gebundenen Gebildes aus einem Elektronund seinem Loch sein, das man Exciton nennt. Indem man die Größe und Formder QDs kontrolliert, kann man die optischen Eigenschaften in einemgroßenBereich modellieren und konstruieren, zum Beispiel die Energien,bei denen Absorption vorzugsweise stattfindet.
    [0006] MehrerePatente beschäftigensich mit Nanokristallen als Sonden für biologische Anwendungen.Weiss et al. beschreibt im US Patent US5990479 eineVorrichtung mit einem leuchtenden Halbleiter-Nanokristall, die inder Lage ist, an Affinitätsmoleküle zu binden.Die Verbindung weist einen elektromagnetische Strahlung ausstrahlendenHalbleiter-Nanokristall und mindestens eine die Verknüpfung herstellendeSubstanz auf. Die US Patente US6306610 und US6326144 von Bawendi etal. ("Biologicalapplications of quantum dots")zeigen biologische Anwendungen von QDs auf. Die Erfindung stellteinen fluoreszierenden Halbleiter-Nanokristall bereit, der an eineSubstanz gebunden ist, wobei die Nanokristalle ein charakteristischesEmissionsspektrum haben, das durch die Wahl der Größe des Nanokristallsder gewünschtenWellenlängeangepasst werden kann, und die Emission Information über einenbiologischen Zustand liefert. Ferner haben Bawendi et al. lösliche,fluoreszierende Nanokristalle beschrieben, die in der Lage sind,Licht zu emittieren. Diese Nanokristalle enthalten einen QD miteiner ausgewähltenEnergiebandlücke,einer Beschichtung des QD, wobei die Beschichtung aus einem Material,dessen Energiebandlückegrößer alsdie des QD ist, und einer organischen äußeren Schicht besteht. Dieorganische äußere Schichtweist mindestens eine verknüpfendeGruppe zum Anbringen der Verbindung an der Beschichtung des QD aufund ist mindestens eine hydrophile Gruppe weit entfernt von derverknüpfendenGruppe durch eine hydrophobe Region, die ausreichend groß ist, umElektronenladungstransfer überdie hydrophobe Region hinweg zu unterbinden. Der beschichtete Nanokristallzeigt Photolumineszenz mit einer Quantenausbeute größer als10 % in Wasser.
    [0007] Dieoben erwähntenVerfahren zur Erforschung, Diagnose und Behandlung der Alzheimer-Krankheitbasieren auf Peptiden, die eine Immunantwort hervorrufen, wie zumBeispiel β-Amyloid-Peptiden,und benutzen verschiedene biochemische Wege, um die Immunantwortzu verstärkenund die Alzheimer-Krankheit zu unterdrücken und zu behandeln. Jedochberuht keines dieser Verfahren auf Nanotechnologie, insbesonderenicht auf kodierten QDs zur Proteintherapie. Die vorliegende Erfindung gehtweit überdie Anwendung von QDs als optische Sonden für biologische Anwendungen hinaus.
    [0008] DerErfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Proteine und/oder Zellenaus der Ferne anzuregen oder zu erhitzen, um Konformationsänderungenhervorzurufen, zum Beispiel, um auf falsch gefaltete Proteine, krankhafteZellen, Gewebe, Körperflüssigkeitenund andere biologische Substanzen einzuwirken. So kann eine Umwandlungvon falsch gefalteten Proteinen in ihre normale Faltung zur Behandlungvon Patienten mit der Alzheimer-Krankheit und verwandter Krankheitenwie der Huntington-Krankheit, der Lou-Gehrig-Krankheit (amyotropheLateralsklerose), transmissibler spongiformer Enzephalopathien wie BSE(bovine spongifome Enzephalopathie) oder der Creutzfeldt-Jakob-Krankheitsowie gegen Alterungsprozesse eingesetzt werden.
    [0009] Derin der vorliegenden Erfindung beschriebene Nanobioprozessor für die Protein- und Zelltherapielöst dieseAufgabe. Der Nanobioprozessor umfasst einen quantum dot (QD) auseinem oder mehreren Materialien wie nicht-dotierten und dotierten Halbleitern,Gold-, ZnS- oder CdSe-haltigen Materialien, die ausgewählte Energiebandlücken undcharakteristische Absorptions- und Emissionsspektra aufweisen, wobeider QD durch eine elektromagnetische Strahlungsquelle im ultravioletten(UV), sichtbaren (VIS), nah-infraroten (NIR), mittel-infraroten (MIR),fern-infraroten (FIR) und Mikrowellen-Spektralbereich oder ein Magnetsystemerhitzbar und/oder anregbar ist, um auf spezifische falsch gefalteteProteine, krankhafte oder gesunde Zellen, Gewebe, Viren, Bakterienund Körperflüssigkeitensowie andere biologische Substanzen einzuwirken, und eine selektiveBeschichtung des QD aus chemischen oder biologischen Stoffen, diespezifisch an Peptidbindungen, Peptide, Proteine, Nukleinsäuren, Viren, Bakterien,Zellen oder Verbindungen mit daran angeschlossenen Peptiden, Proteinen,Nukleinsäuren,Viren, Bakterien oder Zellen bindet. Unter dem Begriff Nanobioprozessorversteht man hier also einen QD mit einer selektiven Beschichtung.
    [0010] Dievorliegende Erfindung beruht auf Wärmediffusion und lokaler Erwärmung einesProteins, um dessen Konformation zu ändern. Ein QD wird aus derFerne erhitzt durch Radiowellen, ein Magnetfeld oder optische Anregung,wobei es möglichist, seine Temperatur zu kontrollieren. Das gestattet die Anwendungvon QDs fürdie molekulare Zellbiologie und die Proteintherapie weit über dieAnwendung als optische Sonden hinaus. Durch lokale Erwärmung kann einfalsch gefaltetes Protein in seine richtige Faltung umgewandeltwerden, unter Berücksichtigungder elektronischen Struktur, der Energien, des Potentials, der Schwingungseigenschaftenund der Wärmeübergangskoeffizientender QDs und der makromolekularen Gegenstücke wie Proteine und Peptide.Die umgewandelten Proteinstrukturen werden anschließend mittelsspektroskopischer Techniken mit Hilfe von kompakten Spektrometernim Taschenformat und fortschrittlichen Rechentechniken untersucht,um verschiedene Proteinkonformationen unterscheiden zu können. Diedabei erhaltenen Daten könnenzur Diagnose verwendet werden.
    [0011] DerNanobioprozessor kann zur Umwandlung von falsch gefalteten Proteinenin ihre normale Faltung eingesetzt werden. Daher eignet er sichzur Behandlung von Patienten mit der Alzheimer-Krankheit und verwandterKrankheiten wie der Huntington-Krankheit,der Lou-Gehrig-Krankheit (amyotrophe Lateralsklerose), transmissiblerspongiformer Enzephalopathien wie BSE (bovine spongifome Enzephalopathie)oder der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit sowie zur Behandlung von Alterungsprozessen.
    [0012] Eswird ebenfalls ein System zur Therapie und Diagnose beansprucht,welches erfindungsgemäße Nanobioprozessorenund eine elektromagnetische Strahlungsquelle im ultraviolette (UV),sichtbaren (VIS), nah-infraroten (NIR), mittel-infraroten (MIR),fern-infraroten (FIR) und Mikrowellen-Spektralbereich oder ein Magnetsystemaufweist. Die elektromagnetische Strahlungsquelle oder das Magnetsystemerhitzen die Nanobioprozessoren und/oder regen sie an. In einemzweiten Ausführungsbeispielweist das System zudem Spektrometer und Rechentechniken auf, umverschiedene Proteinkonformationen nachweisen und analysieren zukönnen.
    [0013] Imfolgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figurennäher erläutert. Es zeigt:
    [0014] 1 eine schematische Darstellungeines β-Amyloid-Plaquesin der Näheeiner Zellmembran.
    [0015] 2 a) eine schematische Abbildungeines gesunden Proteins, das sich selbst in eine Folge von α-Helicesfaltet.
    [0016] 2 b) eine schematische Abbildungeines falsch gefalteten Protein, das sich teilweise in ein β-Faltblattumgeordnet hat.
    [0017] 3 eine Darstellung einesQD, der eingebettet in oder benachbart zu APP Molekülen ist.
    [0018] 4 eine schematische Darstellungeines QD, der mit einem Protein und einem DNA-Komplex-System wechselwirkt,das an ein Substrat befestigt sind.
    [0019] 5 eine Darstellung einerNormalmoden-Dichte ρ alsFunktion der Frequenz ω zumBeispiel von Myoglobin im Frequenzbereich von 5 cm–1 bis1900 cm–1.
    [0020] 6 eine Darstellung einesQD, der an ein Proteinmolekülbefestigt ist. Gezeigt ist hier der mögliche Mechanismus des Wärmeübergangs,die angeregten Zuständedes QD, die Absorptions- und Emissionsvorgänge und die Schwingungskopplung.
    [0021] 1 zeigt ein β-Amyloid-Plaque(10), der eine der Hauptursachen der Alzheimer-Krankheit ist. DieserPlaque befindet sich in der Nachbarschaft einer Nervenzellmembran(14) und dem Inneren einer Nervenzelle (16). Bezugszeichen(12) stellt einen Peptidkanal dar, wobei der β-Amyloid-Plaquemit der Zelloberflächewechselwirkt. Falsch gefaltete Proteine sind verantwortlich für vieleKrankheiten von Mensch und Tier. 2 zeigtin schematischer Darstellung beispielhaft Modelstrukturen einesPrionenproteins, das auf der Zelloberfläche einer Vielzahl menschlicherund tierischer Gewebe exprimiert wird. Sowohl die normalen als auchdie abnormalen Prionenproteine leiten sich vom selben Gen ab undweisen dieselbe Aminosäuresequenzauf. Jedoch zeigen sie unterschiedliche Konformationen auf: Die PrPC Struktur (20) ist vorwiegend α-helikal(18), währendPrPSc vorwiegend β-Faltblätter (22) besitzt,wobei die Entfaltungsrichtung in 2 gezeigtist.
    [0022] 3 zeigt ein Beispiel einesQD (24), der in biologische Gewebezellen (32)eingepflanzt und/oder an biologische Moleküle wie dem an der Zellmembran(30) befestigten Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) (26).Das APP Molekülist ein Protein, das wichtig zu sein scheint für das Wachstum und Überlebenvon Neuronen. APP kann beschädigtenNeuronen helfen, sich selbst zu reparieren, und kann Teilen vonNeuronen helfen, nach einer Gehirnverletzung zu wachsen. Bei derAlzheimer-Krankheit bewirken einige Prozesse, dass APP in Fragmentegespalten wird, von denen eines β-Amyloid genannt wird.Diese β-AmyloidFragmente verklumpen letzten Endes zu Plaques. APP ist mit der Zellmembranverbunden, der dünnenGrenzschicht, welche die Zelle umschließt. Nachdem APP produziertwird, ragt es durch die Zellmembran des Neurons (30), teilsinnen (32), teils aus der Zelle heraus. Die β-Amyloid Fragmente beginnen,außerhalbder Zelle miteinander zu verklumpen und anschließend mit an deren Molekülen undNicht-Nervenzellen unlöslichePlaques zu bilden (10) (vergleiche 1).
    [0023] EinHauptziel dieser Erfindung ist es, QDs (24) zu benutzen,um falsch gefaltete Strukturen durch lokale Erwärmung über kodierte Peptidkanäle (28)zu korrigieren. Die benötigteLeistung, um überschüssige Wärme zurStrukturumwandlung bereit zu stellen, hängt von der Fähigkeitder benachbarten Biomoleküleab, ihr thermisches Gleichgewicht wiederherzustellen. Dieser Prozesshängt vonder Wärmediffusionund dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten derProteine ab, die an kleinen, globulären Proteinen untersucht wordensind. Gemäß dieserErfindung werden die Nanobioprozessoren angewandt werden, um dieKonformation von fürdie Alzheimer-Krankheit relevanten β-Amyloid-Proteinen und anderenbiologischen Substanzen umzuwandeln.
    [0024] Einanderes Ausführungsbeispieldieser Erfindung ist ein Nanobioprozessor für den Wärmeübergang von QDs (34)zu Proteinen (36) und DNA (38). Dieser Prozessist schematisch dargestellt in 4,in welcher (40) ein Substrat darstellt, an das Proteinund DNA befestigt sind. Verschiedene Arten von Molekülen können selektivan verschiedenen, mit spezifischen Peptiden beschichteten QDs befestigtwerden. Eine andere Anwendung dieser Erfindung besteht daraus, selektivkodierte und beschichtete QDs in der Nachbarschaft von Proteinkanälen alseffektive Quellen fürden Wärmeübergangmittels Schwingungszuständenzu benutzen, um die Konformation von Proteinen wie Amyloid-Plaqueszu verändern,oder um diese QDs direkt an der Zelloberfläche zu befestigen, um spezifischeReaktionen auszulösen.Der Gültigkeitsbereichder vorliegenden Erfindung umschließt ebenfalls, DNA über eingebettete QDszu modifizieren, wie es in 4 dargestelltist. Insbesondere sind wasserlösliche,ungiftige, beschichtete Halbleiter-Nanokristalle, die einen QD mit einergewähltenEnergiebandlückeund eine Befestigung übereine Peptidbindung als Verknüpfungsmechanismusaufweisen, wichtig, um Proteine, DNA und andere biologisch Substanzenzu verändern.
    [0025] Die Änderungder Konformation von Biomolekülendurch Induktion und/oder optische Kopplung mit dem angebrachtenQD stellt eine wichtige Ausführungsformdieser Erfindung dar. Wärmewird auf ein Makromolekülwie zum Beispiel ein Protein über seineSchwingungen übertragen.Die Größe und Temperatureines QD spielt eine großeRolle bei der Kontrolle von strukturellen Änderungen auf molekularer Ebenezum Wärmeausgleich. 5 ist eine schematischeDarstellung der Dichte der Schwingungszustände eines biologischen Moleküls, in diesemFall Myoglobin. Wie man in 5 sehenkann, ist die großeMehrheit der Schwingungszuständein den Gebieten (41, 43, 45, 47, 49)anzutreffen, wobei die Bandstruktur (49) die Amid-I undAmid-II Bereiche darstellt. Eine weitere wichtige Ausführungsformdieser Erfindung ist in 6 abgebildet. 6 zeigt eine schematischeDarstellung eines QD (42), der über ein kodiertes Protein odereinen Quantenkabelkanal (44), die den Transport von Schwingungsenergiein ähnlicherWeise wie ein optischer Wellenleiter ermöglicht, mit einem Protein (46)verbunden ist. Solche QDs zeigen verschiedene Energiezustände (48, 54).In 6 stellen (50, 52)optische Absorptions- und Emissionsprozesse dar, die abhängig vondem beschränkendenQD Potential sind. Dies ist ein entscheidene für die Erfindung. Deswegen istdas Phononenspektrum eines Nanokristalls und ihre molekulare Umgebungebenfalls quantisiert und erzeugt Phononenbanden, die zu einer Verbreiterungder gezeigten angeregten Zuständeführen.Weiterhin kann thermische Relaxation mittels der Phononen auftreten,vorausgesetzt, dass die elektronischen Zustände des QD an die Schwingungender Wand des beschränkendenPotentialtopfes koppeln. Dies erlaubt die Einführung von Potentialen, dieaufgrund der Gitterschwingungen mit der Zeit fluktuieren. Hoch liegendeelektronische Zuständesind besonders geeignet, das Gitter der Wand effizient zu polarisieren(54, 56). Sie stellen die Umgebung des Kanalsdar. Bezugszeichen (58) repräsentiert den kodierten Peptidkanal,der den QD mit der Quantentopfstruktur des Proteins koppelt. Bezugszeichen(60) stellt die Schwingungszustände des Proteinmoleküls dar,das an den QD befestigt ist. Diese Schwingungsbanden werden beeinflusstdurch die Schwingungskopplung der beiden komplexen Quantensysteme.Jeder Mechanismus fürden Wärmeübergang,der konstruiert wird, indem man die Energieniveaus der QD in Abhängigkeitvon der Größe des Quantentopfesund der Materialeigenschaften optimiert, kann die Denaturierungs-und/oder Transformationsprozesse der spezifischen Proteinstrukturenund Zellen verstärken,so wie oben diskutiert.
    [0026] Aufgrundder extrem kleinen Ausmaßeeines solchen Nanokristalls hat der Werkstoff Eigenschaften zwischendenen von Molekülenund Festkörpern (bulk).Dies stellt eine einzigartige Möglichkeitdar, QDs durch Nano-Konstruktion zu verändern und die Zusammensetzungund Größe dieserkleinen Strukturen zu verändern.Die Größe und Formkontrollierend, könnendie optischen und Phononen-Eigenschaften der QDs maßgeschneidertwerden. Dies führtzu einer optimalen Wärmekopplungzwischen QD und Protein, DNA oder Zellstruktur, die entweder amQD befestigt sind oder sich in seiner Nachbarschaft befinden, undseiner Umgebung. Ein Ausführungsbeispieldieser Erfindung ist ein Nanobioprozessor zur Denaturierung undKonformationsänderungvon biologisch wichtigen Krankheitserregern wie Bakterien und Virenwie zum Beispiel der Familie der Corona Viren. Schließlich können diebeschriebenen Nanobioprozessoren auch als Medikamente gegen dasAltern und zur Behandlung von alterndem Hautgewebe eingesetzt werden.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] Nanobioprozessor für die Protein- und Zelltherapieund zur Diagnose mit: einem quantum dot (QD) aus einem odermehreren Materialien wie nichtdotierten und dotierten Halbleitern,Gold-, ZnS- oder CdSe-haltigen Materialien, die ausgewählte Energiebandlücken undcharakteristische Absorptions- undEmissionsspektra aufweisen, wobei der QD durch eine elektromagnetischeStrahlungsquelle im ultravioletten (UV), sichtbaren (VIS), nah-infraroten(NIR), mittel-infraroten (MIR), fern-infraroten (FIR) und Mikrowellen-Spektralbereichoder ein Magnetsystem erhitzbar und/oder anregbar ist, um auf spezifischefalsch gefaltete Proteine, krankhafte oder gesunde Zellen, Gewebe,Viren, Bakterien und Körperflüssigkeitensowie andere biologische Substanzen einzuwirken; einer selektivenBeschichtung des QD aus chemischen oder biologischen Stoffen, diespezifisch an Peptidbindungen, Peptide, Proteine, Nukleinsäuren, Viren,Bakterien, Zellen oder Verbindungen mit daran angeschlossenen Peptiden,Proteinen, Nukleinsäuren,Viren, Bakterien oder Zellen bindet;
    [2] Nanobioprozessor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die ausgewähltenEnergiebandlückendes QD aufgrund von Gitterfluktuationen verbreitert sind.
    [3] Nanobioprozessor gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnetdass der Nanobioprozessor ein Goldteilchen als QD aufweist, dasals Antenne fungiert und aus der Ferne erhitzbar und/oder anregbarist.
    [4] Nanobioprozessor gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Nanobioprozessor einen Halbleiterpartikel als QD aufweist, derungiftig und wasserlöslichist und aus der Ferne erhitzbar und/oder anregbar ist.
    [5] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanobioprozessor Peptidmoleküle mit spezifischenProteinsequenzen als selektive Beschichtung aufweist, die spezifischan bestimmte Stellen an Proteinen und Zelloberflächen binden.
    [6] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Beschichtung ein β-Amyloid,das Teil des Amyloidvorläuferproteins(APP) ist, aufweist.
    [7] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Beschichtung einenkodierten Peptidkanal zur Umwandlung eines falsch gefalteten β-Amyloid-Proteinsin seine α-helikaleKonformation oder zur Denaturierung biologischer Systeme mit Peptidbindungen aufweist.
    [8] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüchen 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanobioprozessor über seineselektive Beschichtung an ein Quantenkabel und/oder einen Peptid-beschichtetenKanal befestigt ist, der gezielt erhitzt werden kann.
    [9] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüchen 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Beschichtung verschiedenebiologische Substanzen wie Anthrax-Bakterien, Pocken-Viren und anderebiologische Risikofaktoren oder Teile davon ausweist und mittelsEnergietransfer konformationelle Änderungen in an den Nanobioprozessorselektiv gebundene biologische Substanzen hervorruft.
    [10] Nanobioprozessor gemäß einem der Ansprüchen 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanobioprozessor einen QD inder Näheeines falsch gefalteten Proteins aufweist, dessen Sekundärstrukturvon einer β-Faltblattstrukturzu einer α-helikalen Strukturenund umgekehrt geändertwerden kann, indem Schwingungs- und/oder elektronische Energie übertragenwird.
    [11] Nanobioprozessor gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass die selektiv beschichteten QD wasserlöslich undungiftig sind und daher in Zellen oder den Blutstrom injizierbarsind, um aus der Ferne spezifische DNA- oder Protein-Stellen für die Protein-,DNA- und Zelltherapie zu erhitzen.
    [12] Nanobioprozessor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass er konformationelle Änderungen der Sekundärstruktur inan den Nanobioprozessor gebundenen Peptiden oder Proteinen hervorruft.
    [13] Nanobioprozessor gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass er zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit undverwandter Krankheiten wie der Huntington-Krankheit, der Lou-Gehrig-Krankheitund der Creutzfeld-Jakob-Krankheit verwendbar ist.
    [14] Nanobioprozessor gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass er zur Therapie von spongiformen Enzephalopathien undinfektiösenPrionenproteinen durch Rückumwandlungder denaturierten Form von Proteinen in ihre lösliche Form verwendbar ist.
    [15] Nanobioprozessor gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass der Nanobioprozessor für Anwendungen gegen das AlterneinschließlichHauttherapie einsetzbar ist, wobei der Nanobioprozessor verabreichtwird und aus der Ferne durch Mikrowellen- und/oder elektromagnetischeStrahlung und/oder durch Laserquellen in vivo erhitzbar ist, um β-Faltblatt-reichesKörpergewebein vorwiegend α-helicalesGewebe umzuwandeln.
    [16] System fürdie Protein- und Zelltherapie und zur Diagnose mit: einem odereiner Vielzahl von Nanobioprozessoren gemäß einem der vorhergehendenAnsprüche; einerelektromagnetische Strahlungsquelle im ultravioletten (UV), sichtbaren(VIS), nah-infraroten (NIR), mittel-infraroten (MIR), fern-infraroten(FIR) und Mikrowellen-Spektralbereich oder ein Magnetsystem, ummittels Anregung und/oder Erhitzung der QDs auf spezifische falschgefaltete Proteine, krankhafte oder gesunde Zellen, Gewebe, Viren,Bakterien und Körperflüssigkeitensowie andere biologische Substanzen einzuwirken.
    [17] System gemäß Anspruch16, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich Spektrometer aufweist,um verschiedene Proteinkonformationen nachweisen, analysieren undunterscheiden zu können.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-05-12| 8141| Disposal/no request for examination|
    2011-05-12| R005| Application deemed withdrawn due to failure to request examination|Effective date: 20110217 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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