Nanomateriały w diagnostyce medycznej i terapii 1200-2CHMNAD1M

Wykład „Nanomateriały w diagnostyce medycznej i terapii” stanowi interdyscyplinarne rozwinięcie zagadnień z zakresu nanotechnologii, chemii materiałowej oraz biologii molekularnej w kontekście nowoczesnych zastosowań biomedycznych. Celem kursu jest przedstawienie studentom aktualnych kierunków rozwoju nanosystemów wykorzystywanych zarówno w diagnostyce, jak i w terapii chorób cywilizacyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem chorób nowotworowych, zakaźnych i metabolicznych.
W pierwszej części kursu omawiane są podstawy projektowania biosensorów oraz znaczenie biomarkerów klinicznych w medycynie spersonalizowanej. Analizowane są różne klasy biosensorów – enzymatyczne, immunologiczne, oparte na kwasach nukleinowych, aptamerach oraz polimerach imprintowanych molekularnie – wraz z mechanizmami transdukcji sygnału i parametrami decydującymi o ich czułości oraz selektywności. Szczególny nacisk położony jest na rolę nanomateriałów jako elementów wzmacniających sygnał oraz poprawiających stabilność i specyficzność układów detekcyjnych.
Kolejna część wykładu poświęcona jest charakterystyce nanomateriałów stosowanych w diagnostyce i terapii. Omawiane są nanocząstki metaliczne (złoto, srebro), nanomateriały magnetyczne (tlenki żelaza), kropki kwantowe, nanomateriały węglowe, nanostruktury typu nanoshell i nanocage, a także nanomateriały polimerowe i hybrydowe. Analizowana jest zależność pomiędzy strukturą, wymiarowością (1D, 2D, 3D), właściwościami powierzchniowymi i parametrami fizykochemicznymi a ich funkcjonalnością biologiczną, biokompatybilnością oraz toksykologią.
Znacząca część kursu koncentruje się na systemach dostarczania leków (NDDS – Nano Drug Delivery Systems). Omawiane są strategie enkapsulacji, adsorpcji oraz sprzęgania kowalencyjnego cząsteczek bioaktywnych z wykorzystaniem oddziaływań supramolekularnych i chemii powierzchni. Przedstawiane są mechanizmy kontrolowanego uwalniania leków (pH-responsive, enzymatyczne, fotoaktywowane, redoks-aktywne) oraz koncepcje terapii celowanej (targeting aktywny i pasywny, efekt EPR). W tej części szczególną rolę odgrywa chemia supramolekularna – rotaksany, katenany, etery koronowe oraz układy foto-przełączalne – jako narzędzia do projektowania inteligentnych systemów terapeutycznych.
W obszarze diagnostyki omawiane są zarówno biosensory optyczne (SPR, fluorescencja, chemiluminescencja, testy ELISA, systemy lateral flow), jak i biosensory elektrochemiczne, z uwzględnieniem roli nanomateriałów w zwiększaniu powierzchni aktywnej, poprawie przewodnictwa oraz stabilności bioreceptorów. Studenci poznają mechanizmy generowania sygnału, parametry analityczne (LOD, zakres liniowości, selektywność) oraz ograniczenia praktyczne tych technologii.
Osobny blok tematyczny dotyczy zastosowania nanomateriałów w technikach obrazowania medycznego. Analizowane są mechanizmy kontrastowania w MRI, CT, PET, SPECT oraz w technikach optycznych i fotoakustycznych. Omawiane są właściwości nanocząstek jako środków kontrastowych oraz ich potencjalna rola w theranostyce, czyli łączeniu funkcji diagnostycznej i terapeutycznej w jednym systemie.
W końcowej części kursu przedstawiane są materiały biomimetyczne oraz bioinspirowane strategie projektowania nanostruktur, w tym systemy samoorganizujące się, struktury inspirowane błonami komórkowymi oraz koncepcje inteligentnych nośników reagujących na bodźce środowiskowe.
Wykład ma charakter integrujący – jego celem nie jest jedynie przekazanie wiedzy opisowej, lecz rozwinięcie zdolności krytycznej analizy literatury naukowej oraz koncepcyjnego projektowania nanosystemów diagnostyczno-terapeutycznych w oparciu o zrozumienie mechanizmów fizykochemicznych i biologicznych. Student po ukończeniu kursu powinien być przygotowany do świadomego poruszania się w obszarze nanomedycyny, zarówno w kontekście badań naukowych, jak i zastosowań przemysłowych.

Całkowity nakład pracy studenta: 38 godzin, w tym:
- udział w zajęciach: 15 godzin,
- konsultacje z prowadzącymi i udział w egzaminie: 10 h,
- przygotowanie do zaliczenia: 10 h.