Diagnosing, Preventing and 
Treating Alzheimer’s Disease 
Adam Rawlinson, Robin Keegan­Treloar, Tristan Fraser,...
Table of contents  
●  1. Introduction 
○ 1. What is Alzheimer's Disease 
○ 1.2 Current Treatments 
○ 1.3 Importance of ...
What is Alzheimer’s Disease 
Alzheimer’s is a neurodegenerative disease that causes dementia and a severe at...
An oligomer is a molecular complex that contains limited monomer units, as opposed to a 
polymer where the possible  num...
Current Treatments 
Currently there are no treatments that definitively cure or prevent Alzheimer’s disease. Instead, 
Importance of Eradicating Alzheimer’s Disease 
Alzheimer's disease is a debilitating disease. Currently it affects more th...
How Nanotechnology can help combat Alzheimer's Disease. 
There are four main areas in which nanotechnology, te...
A range of conventional methods for diagnosing alzheimer's are currently used clinically. This 
Current research focused on the prevention of Alzheimer’s using nanotechnology addresses two 
fundamental processes of Alz...
disturbed varies. There are two states that are possible to interrupt in order to temporarily reverse 
or halt amyloid bet...
Nanotech Symptomatic treatments. 
Common symptoms of Alzheimer's disease include memory loss, depression, apathy, aggressi...
spherical vesicle with at least on lipid bi­layer) to allow it to penetrate membranes such as the 
blood brain barrier.  T...
Regenerative Treatments 
Current treatments for Alzheimer's disease act only to reduce further progression of the disorder...
et al​, 2012). This enhancement of the UPS system has been shown to protect sufferers from 
further plaque buildup as well...
Pluripotency stem cells (referred to as PSC) are cells that have been manipulated to an 
embryonic type state. Similarly t...
targeted, which would substantially reduce the odds of the incorrect cells being replicated (Kim 
et al​, 2008).  
Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease through which amyloid beta fibrillation 
produces a plaque ...
Secondly, fullerenes using either carboxyl or hydroxyl groups show promise as effective 
and efficient antioxidant supplem...
to commercialising a product. Because of this it is vital that these nano­treatment options are 
thoroughly and publicly t...
Alzheimer’s Association. (2015). ​Current Alzheimer’s Treatments. ​[Online] Available from: 
Corani, G. Edgar, C .Marshall, I.  Wesnes ,K. and Zaffalon, M. (2006), ​Classification of 
dementia types from cognitive p...
Francis, P.T. Palmer, A.M. Snape, M. Wilcock, G.K. (1999) ​The Cholinergic Hypothesis of 
Alzheimer’s disease: A Review ...
León­Salas, B. Olazarán, J. Muñiz, R. González­Salvador, M . Teresa, & Martínez­Martín, P. 
(2011). ​Caregivers’ estimatio...
(​2012), ​Tianma modulates proteins with various neuro­regenerative modalities in differentiated 
human neuronal SH­SY5Y c...
Torchilin,V. (2005), Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers, ​Nature Reviews 
Drug Discovery​, [Onlin...
Yang, ​Z​. Zhang, Y. ​Wang​, ​Z​. ​W​u, ​K​. Lou, J.​ Qi,X​.(2013), Enhanced brain distribution and 
pharmacodynamics of r...
of 27


Published on: Mar 3, 2016

Transcripts - NanotechAlzheimersDiseaseWriteup

  • 1.            Diagnosing, Preventing and  Treating Alzheimer’s Disease  Adam Rawlinson, Robin Keegan­Treloar, Tristan Fraser, Lakshya Sharma            1
  • 2. Table of contents     ●  1. Introduction  ○ 1. What is Alzheimer's Disease  ○ 1.2 Current Treatments  ○ 1.3 Importance of Eradicating Alzheimer’s Disease  ●  2. Discussion  ○ 2. How Nanotechnology can help combat Alzheimer's Disease  ○ 2.1 Nano­Diagnostics  ○ 2.2 Nanotechnology Preventative Treatments  ○ 2.3 Symptomatic Treatments  ○ 2.4 Regenerative Treatments   ● 3. Conclusion  ● 4. References    2
  • 3. Introduction  What is Alzheimer’s Disease  Alzheimer’s is a neurodegenerative disease that causes dementia and a severe atrophy with  reduction in brain size( Mahajan, 2011).   The brain has approximately 100 billion neurons that control the body. These neurons are  responsible for communication throughout the body for activities such as motor function and  chemical regulation. A typical neuron contains three important parts. 1) A cell body, the function  of which is to direct signals through dendrites to other neurons. 2) The dendrites, which are a  segment of the neuron that receive signals that stimulate the cell. They do this by conducting  electrical messages sent from other neurons. And finally 3) the axon, which acts as a wire to  connect neurons over long distances.   Alzheimer’s disease is caused by protein  plaque interfering with these neurons. The most  common protein that does this is amyloid beta .  Amyloid is a general term for protein  fragments that are produced in the brain of a  normal person. The amyloid beta is formed  from amyloid precursor protein, which is a  transmembrane glycoprotein of undetermined  function. This amyloid beta snippet becomes an  issue for the brain when it self aggregates, becoming an oligomer.     3
  • 4.   An oligomer is a molecular complex that contains limited monomer units, as opposed to a  polymer where the possible  number of connected monomers is unlimited. This means that  oligomers are a specific size that is often smaller than many other macromolecules in the brain.    Amyloid beta becomes toxic through a process of self aggregation and as seen in figure 1 the  amyloid beta eventually degrades into protein plaque. This plaque accumulates at the synapses of  neurons and leads to synaptic damage, neural dysfunction and eventually apoptosis.    Alzheimer’s disease can also cause neural damage through oxidative stress. Oxidative  stress is an imbalance in the production of free radicals, which are molecules that have unpaired  electrons, and their removal from the body. These free radicals are often acidic and partake in  oxidative reactions with other molecules and, in the process, can form more free radicals. This  high level of reactivity causes them to be short lived (Finaud ​et al​, 2008). Free radicals are toxic  as their ability to oxidise different molecules can cause these molecules to change shape which,  in turn, can cause the apoptosis of cells or inflammation when these reactions occur on a large  scale in a localised area (Finaud ​et al​, 2008). The production of free radicals is increased in  patients suffering from Alzheimer’s disease as the presence of the redox active form of iron is  greater within neurofibrillary tangles and amyloid beta deposits. This form of iron can react with  H​2​O​2​ to form OH (Smith ​et al​, 2000). Other sources of free radicals include: aluminum that has  accumulated within neurons containing neurofibrillary tangles causing lipid peroxidation by iron;  senile plaques which can produce NO and O​2­​  forming peroxynitrite; and finally, amyloid beta  which can be a source of reactive oxygen species (Smith ​et al​, 2000).    4
  • 5. Current Treatments  Currently there are no treatments that definitively cure or prevent Alzheimer’s disease. Instead,  most treatments merely reduce the symptoms and increase the patient's quality of life (Kihara  and Shimohama, 2004). Amongst the most successful treatments used to reduce these symptoms  are acetylcholinesterase inhibitors. Acetylcholine is an important neurotransmitter used within  many parts of the brain associated with memory and cognitive function, especially the  hippocampus (Hasselmo, 2006). The delayed removal of acetylcholine, caused by the inhibition  of acetylcholinesterase, allows for stronger transmissions (Francis ​et al​, 1999). The improvement  in signal transmission means that the patient's cognitive function, behavioral and functionality  symptoms are also improved (Scarpini ​et al​, 2003). Examples of acetylcholinesterase inhibitors  include donepezil, tacrine and galantamine. However, while donepezil and tacrine act as  described, galantamine additionally stimulates an increase in acetylcholine release by acting as  an allosteric ligand (Scarpini ​et al​, 2003). Another treatment that may be prescribed to  Alzheimer’s disease patients is memantine. Memantine acts as a non­competitive inhibitor to  NMDA (​N­methyl­D­aspartate)​ receptors in the central nervous system (Scarpini ​et al​, 2003). It  is believed that a disease such as Alzheimer’s disease can lead to an extracellular  build up of the  neurotransmitter glutamate. As glutamate accumulates, it causes an intracellular buildup of  calcium ions that results in neural death (Scarpini ​et al​, 2003. Alzheimer’s Association, 2015).  Memantine, therefore, aids in slowing the buildup of calcium ions by reducing the quantity of  NMDA receptors that can bind to glutamate.      5
  • 6. Importance of Eradicating Alzheimer’s Disease  Alzheimer's disease is a debilitating disease. Currently it affects more than eight percent of the  Australian population (WAR 2015). Individuals who suffer from Alzheimer's disease have been  shown to have a substantially reduced quality of life (​León­Salas ​et al​. 2011). Research has  shown that individuals suffering from dementia stage 5 and greater (as defined by ​Corani ​et al,  2006) ​are typically treated by family and medical professionals comparably to individuals of  unsound mind (León­Salas ​et al,​ 2011). This treatment is in the majority of cases well founded.  However, it can be quite traumatic for the sufferer, often resulting in the sufferer feeling  confused and helpless in their everyday situation. Being in the position of helpless dependency  for such a large period of time (on average eight years) is emotionally draining and has been  proven to lead to depression ​(​León­Salas ​et al​, 2011). Nanotechnology has the potential to create  medications which could vastly improve the quality of life for sufferers.  Alzheimer’s disease is an immense threat to the global economy. Currently the annual  global cost is in excess of 600 Billion US dollars (Fig. 2). With a global population of more than  7 billion, (a large proportion of which are of advanced age) this cost is projected to increase  exponentially to over 3.5 Trillion US Dollars by 2050 (Fig. 2)(United Nations 2012).  It is  imperative for the global economy that this issue is addressed in a timely and affordable manner.  Development of affordable preventative and regenerative Alzheimer’s medications is vital to  reducing the percentage of the global population suffering from the disease. Nanotechnology has  the ability to create these vital medications and substantially reduce the Global Economic impact  of Alzheimer’s disease.    6
  • 7.                              7
  • 8. Discussion  How Nanotechnology can help combat Alzheimer's Disease.  There are four main areas in which nanotechnology, technology that deals with molecules and  structures of 100 nanometres or less in at least one dimension, can help combat Alzheimer's  disease. These areas are: preventative treatments; regenerative therapy; symptomatic medication  and improved diagnostics. Preventative treatments are treatments designed in such a manner as  to prevent an individual from acquiring a disease in the first instance. They have been proven to  be the most effective treatment technique when comparing money spent and positive patient  results (​Currie, 2010)​. However preventative treatments are not effective for individuals in an  advanced state of neurological degradation (​Vos ​et al​, 2010) ​. For individuals already suffering  from the condition symptomatic treatments are appropriate. A symptomatic treatment is a  treatment which treats the symptoms of the condition, but not the condition as a whole. An  example of a symptomatic treatment is the painkiller an individual takes when they have a  headache; this treats the pain, but does not deal with the condition responsible for the headache.  Another option for individuals in states of advanced neural degradation would be regenerative  medications. A regenerative medication halts advancement of the condition and reverses damage  that has been inflicted by the condition. Regenerative medications are very difficult to create but  if created are extremely valuable.  Another powerful tool in the ongoing fight against  Alzheimer's disease is the use of improved diagnostics methods. Improved diagnostics methods  would make it possible to combat the condition in its very early stages. Nanotechnology has the  potential to vastly improve the effectiveness of preventative treatments, symptomatic medication,  regenerative treatments and diagnostics.   8
  • 9.   Nano­Diagnostics.   A range of conventional methods for diagnosing alzheimer's are currently used clinically. This  includes four main methods: clinical assessments; neuropsychological tests; detection of special  cerebrospinal fluid and neuroimaging. The issue with these methods is that it requires a severe  symptom to make a diagnosis which does not allow for early detection (Nazhem and Mansoori,  2008). However, based on the symptoms of Alzheimer’s known as bio markers, Nanotechnology  may offer a solution for earlier detection. Biomarkers may be concentrations of oligomers and  other proteins in the brain that are capable of degrading further and becoming protein plaque that  has the ability to destroy neurons. Nanotechnology is seen to be advantageous for early detection  of Alzheimer's due to its high sensitivity of these biomarkers. This sensitivity may allow for an  earlier detection based on less of the symptoms present, compared to conventional diagnostic  methods. A method of using nanoparticles is know as a bio­barcode assay which uses gold  nanoparticles conjugated to a specific antibody that connects to the protein plaque and applies a  DNA (barcode) to this Alzheimer’s biomarker. This allows for possibly a single molecule of  biomarker to be traced from the DNA that was branded on it via the Gold nanoparticle conjugate.  As this DNA is branded PCR analysis is able to occur, recreating this DNA for neuroimaging to  then detect this DNA and acknowledge symptoms. This technique may also be capable of  simultaneous detection of many biomarkers and offers a selective detection of specific dementia  diseases, as well as a broad spectrum detection.  Nanotech Preventative Treatments.  9
  • 10. Current research focused on the prevention of Alzheimer’s using nanotechnology addresses two  fundamental processes of Alzheimer’s disease. These are oxidative stress and amyloid induced  toxicity. In order to prevent alzheimer’s disease it is believed that these two processes must be  halted or, at the very least, slowed.   As reported by Nazhem and Mansoori (2008), the fullerene, or buckyball, appears to be a  promising nanostructure for the prevention of Alzheimer’s disease due to its potential to act as an  “... antioxidant and free radical scavenger...” (Nazhem and Mansoori, 2008).  A buckyball is a  nanostructure comprised of sixty carbon atoms bonded together to form a shape similar to a  soccer ball, whose chemical properties can be altered by bonding various other functional groups  to its surface. By adding different functional groups, such as carboxyl groups, to the surface of a  buckyball, it becomes possible to neutralize free radicals. Such a buckyball acts like a  supplementary antioxidant, restoring the balance between the formation and removal of free  radicals and, by doing so, reducing the extent of damage caused by oxidative stress (Dugan ​et al,  1996). Oxidative stress can also be reduced through the use of fullerenols (buckyballs with  hydroxyl groups added to the surface) as the hydroxyl groups act in a similar manner to carboxyl  groups, i.e. they can react with the free radicals to neutralize them.  Interestingly, these  fullerenols also have the capability to inhibit the calcium ion toxicity that is caused by amyloid  beta conglomerations (Nazhem and Mansoori, 2008).   Cabaleiro­Lago ​et al​. (2008) discussed the the fibrillation of beta amyloid. They found  that this fibrillation process may be “... loosely considered to be a four­state process…” that can  be disturbed through the addition of copolymeric nanoparticles (Cabaleiro­Lago ​et al​, 2008).  Depending on the surface properties of these nanoparticles, the degree to which the fibrillation is  10
  • 11. disturbed varies. There are two states that are possible to interrupt in order to temporarily reverse  or halt amyloid beta fibrillation. These are monomers and oligomers. When a copolymeric  nanoparticle binds with an amyloid beta monomer the monomer is no longer able to form  oligomers by bonding to other amyloid beta monomers. By trapping monomers through this  process, the equilibrium between oligomers and monomers is disrupted, causing oligomers to  break apart into monomers restoring the equilibrium (Cabaleiro­lago ​et al​, 2008). This means  that, theoretically, nearly all amyloid beta oligomers can be reverted into amyloid beta  monomers by continuously adding copolymeric nanoparticles. However, the copolymeric  nanoparticles can also bind to amyloid beta oligomers. By doing so, the nanoparticles reduce the  amount of oligomers able to continue elongation; that is, the nanoparticles act as a competitive  inhibitor to the  amyloid beta monomers (Cabaleiro­lago ​et al​, 2008). When elongation cannot  continue, the oligomers are unable to form subcritical and near­critical nuclei which means that  fibrillation cannot occur.                    11
  • 12. Nanotech Symptomatic treatments.  Common symptoms of Alzheimer's disease include memory loss, depression, apathy, aggression  and psychosis (​Xiao­Ling​ ​et al​, 2014). Conventional symptomatic medications cannot  successfully alleviate brain related symptoms due to the restriction of the brain blood barrier  (Modi ​et al​, 2009). Nano sized medications can interact with the brain blood barrier on a  molecular scale allowing them to pass through and bind to specific loci (Modi ​et al​, 2009). This  allows medications to be accurately and reliably targeted to damaged parts of the brain (Modi​ et  al​, 2009). One of the major advantages of nano­targeted  symptomatic treatments in comparison  with standard treatments is that a smaller dose is required to perform an equal or higher level of  treatment (Modi ​et al​, 2009). This is because the accuracy of the drug delivery is far superior in  comparison with regular methods, resulting in less drug going to waste (Modi ​et al​, 2009).   As discussed previously, an effective treatment for Alzheimer's disease is  acetylcholinesterase inhibitors such as Rivastigmine (​Scarpini ​et al​, 2003). Current methods  deliver ​acetylcholinesterase inhibitors in the form of tablets or oral liquids ​(​Čolović​ ​et al​, 2013)​.  On average the delivery ​has an absolute oral bioavailability of between 80 and 100% (​Čolović​ ​et  al​, 2013). However digestive enzymes, elevated pH and the blood brain barrier restrict delivery  and in some cases damage the drug (Yang ​et al​, 2013). Nanotechnology can be used to overcome  this issue. Recent work by Saw ​et al ​(2010) used nanotechnology to create cell penetrating  peptide (referred to as CPP) modified liposomes to package drugs and act as a selectively  dissolving vesicle. CPP’s are short chains of amino acids. They are organised into two main  classes; ​polycationic (one or more positively charged amino acids) and ​amphipathic​ (possessing  both hydrophilic and hydrophobic elements). These CPP’s can be bound to liposome, (a  12
  • 13. spherical vesicle with at least on lipid bi­layer) to allow it to penetrate membranes such as the  blood brain barrier.  The liposome can also be ​modified so that it selectively decomposes  (through a lock and key mechanism) when it reaches specific target loci, releasing a drug  payload (Saw ​et al​, 2010). ​ A significant benefit is that the CPP modified liposome protects its  contents from digestive enzymes and other factors which were previously an issue with  conventional drug delivery ​(Saw​ et al,​ 2010)​. ​It also means the drug is more accurately delivered  resulting in less side effects and a smaller quantity of the drug being required ​(Modi ​et al,​ 2009).  Currently this technology is still in development stages, as ​CPP modified liposomes are quite  complex and require a lot more testing before they can be considered a safe and reliable delivery  method (Torchilin, 2005). In summary the use of CPP modified liposomes has the potential to  vastly improve the efficiency of drug delivery and improve the efficacy of current symptomatic  medications.                      13
  • 14. Regenerative Treatments  Current treatments for Alzheimer's disease act only to reduce further progression of the disorder  (Amir and Mansoori, 2011). This is a sound method, however it requires advanced diagnostics in  order to detect the disorder before it causes substantial damage (Amir and Mansoori, 2011). For  individuals of advanced neurological degradation, stopping progression is not a meaningful  solution (Amir and Mansoori, 2011). These individuals require neural plaque to be removed and  brain function to be recovered (Amir and Mansoori, 2011). Regenerative medications have the  ability to help these individuals, by preventing progression and repairing damage (Amir and  Mansoori, 2011). There are two distinctly different approaches when it comes to  neuro­regenerative medications. These are the medicinal medications such as the Chinese  medicinal herb Tian Ma (officially named ​Rhizoma Gastrodiae​) and Pluripotent stem cells.   The Chinese medicinal herb Tian Ma (referred to as TM) has been in use for centuries as  a medication for headache, dizziness, epilepsy and other brain related maladies (​Ramachandran  et al​, 2012). Tian Ma has been found to contain a high number of compounds including  alkaloids, flavonoids, iridoids, carotenoids, and natural phenols (Stanley et al, 2013).​  These  compounds have been found to possess anti­inflammatory, antioxidative and antiapoptotic  properties. ​One of the major causes of Alzheimer's disease is the malfunction of the ubiquitin  proteasome system (referred to as UPS). The role of the UPS is to reduce the levels of soluble  abnormal proteins, while autophagy remove abnormal protein buildup  (​Ramachandran ​et al​,  2012). Malfunction of the UPS leads to a buildup of abnormal proteins (commonly referred to as  plaque) along neural pathways which is the key cause of Alzheimer's disease (​Ramachandran ​et  al​, 2012).  TM has been shown to upregulate many proteins of the UPS system  (​Ramachandran  14
  • 15. et al​, 2012). This enhancement of the UPS system has been shown to protect sufferers from  further plaque buildup as well as removing plaque from neural pathways, returning brain  function (​Ramachandran ​et al​, 2012). It is important to clarify that upregulation of UPS removes  plaque from neural pathways, repairing neuron function where possible, but it cannot repair  already deceased neurons (​Ramachandran ​et al​, 2012). TM was also shown to increase the levels  of chaperone proteins (referred to as CP) (​Ramachandran ​et al​, 2012). The function of CP is to  refold misfolded proteins. An increase in the concentration of CP means that misfolded proteins  are refolded, resulting in less abnormal, potentially plaque­forming proteins (​Ramachandran ​et  al​, 2012). The combination of CP refolding abnormal proteins and the UPS system removing  plaque offers substantial neuroregenerative capabilities.    TM is extremely susceptible to elevated pH making oral drug delivery a major issue (Lei  et al, ​2014). Nanotechnology can overcome this issue by creating cell penetrating peptide  (referred to as CPP) modified liposomes to package TM and act as a selectively dissolving  vesicle. The vesicle can be modified so that it selectively decomposes through a lock and key  mechanism once it has crossed the blood brain barrier, releasing a drug payload directly to the  brain (Saw ​et al​, 2010). ​This selective decomposition means the contents are protected from  elevated pH which was previously an issue with conventional drug delivery ​(Saw ​et al​, 2010)​.   Overall the use of Tian Ma as both a neuroprotective and neuroregenerative drug is very  promising; however research into which specific compounds are responsible for the beneficial  effects is vital, as identifying and isolating these compounds, would increase the efficiency and  ease of producing the drug.  15
  • 16. Pluripotency stem cells (referred to as PSC) are cells that have been manipulated to an  embryonic type state. Similarly to the cells of an embryo, they can differentiate into any kind of  cell in the human body. This makes them extremely attractive as a regenerative medicine, as they  are able to replace deceased cells, improving the health of sufferers (Kanno ​et al​, 2013). The  major issue with PSC’s is that, if incorrectly targeted, the PSC’s can differentiate into the wrong  kind of cells, or the PSC’s can become cancerous, replicating indefinitely (Kanno ​et al​, 2013).  This can potentially lead to abnormal cells and protein buildups being replicated, exacerbating  the original problem (Kanno​ et al,​ 2013). Nanotechnology can be used to overcome this issue.  Nanotechnology can guide the PSC’s to their target location so that they differentiate into the  correct kind of cell (Dobson 2008). A novel technique involves binding magnetic nanoparticles  to the PSC’s (Dobson 2008). The nanoparticle bound cells are sprayed into the patient's nasal  cavity, as the BBB is most permeable in this location. An external magnetic field can be applied  to guide the particles and their payload into position (Dobson 2008). This requires the operator to  know exactly where to send the PSC’s to repair the brain, which is often an issue as it is very  difficult to accurately detect which neurons are dead and where the protein blockages are located  (Dobson 2008). However it is possible to overcome this issue by using CPP modified liposomes  to package PSC’s ​(Saw ​et al​, 2010)​. CPP modified liposomes are able to interact and overcome  the BBB on a molecular level. Then through a lock and key mechanism the CPP modified  liposomes can selectively release their PSC payload when in contact with dead neurons ​(Saw ​et  al​, 2010)​. This would allow for the CPP modified liposomes with their PSC payload to be taken  orally, with no need for the operator to know exactly where in the brain the damage is located  (Kim ​et al​, 2008). Because of the selectivity of the CPP liposomes the PSC would be accurately  16
  • 17. targeted, which would substantially reduce the odds of the incorrect cells being replicated (Kim  et al​, 2008).   Potentially this could be a highly effective neuroregenerative medication. However there are  many ethical, practical and safety concerns which must be addressed before this medication can  undertake human trials. Theoretically CPP modified liposomes can effectively target pluripotent  stem cells to their correct location ensuring they differentiate into the correct cell type.                              17
  • 18. Conclusion  Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease through which amyloid beta fibrillation  produces a plaque that blocks synaptic clefts, causing oxidative stress which can cause the  denaturation of important molecules via a reaction with free radicals. Currently, there are no  treatments that definitively cure Alzheimer’s disease; instead, medicines such as donepezil,  tacrine and galantamine act as acetylcholinesterase inhibitors to slow the removal of  acetylcholine from synaptic clefts between neurons. Other medicines, such as memantine, act as  inhibitors to NMDA receptors which ultimately slows the buildup of calcium ions within  neurons, prolonging the survival time of those neurons. Alzheimer's disease degrades the quality  of living for sufferers by making them incapable of independent life. This is not only traumatic  for sufferers but also for the wider community who have to provide or pay for continued care and  treatment of sufferers. Finding a cure for Alzheimer's disease would improve the quality of life  for sufferers and substantially reduce its economic impact. Therefore, many scientists have  begun research into the use of nanotechnology to help diagnose, prevent, treat a​nd improve  current treatments for Alzheimer’s.   Firstly, nanotechnology could be used to develop new  methods of detection of Alzheimer’s disease. One such method is the use known as a  bio­barcode assay which uses a conjugation of gold nanoparticles and specific nanoparticles that  can bind to the amyloid beta proteins of plaque. These new diagnostic tools using  nanotechnology are being developed to improve diagnosis of Alzheimer’s in detecting smaller  amounts of symptoms (Biomarkers). This development will lead to earlier detection of  Alzheimer’s and earlier, hopefully more successful treatment than current methods​.   18
  • 19. Secondly, fullerenes using either carboxyl or hydroxyl groups show promise as effective  and efficient antioxidant supplements to reduce oxidative stress, while certain copolymers show  promise as a possible treatment to, at the very least, temporarily halt the fibrillation of amyloid  beta . Copolymers can achieve this by binding to the reactive sites of  amyloid beta in both the  monomer and oligomer states.    Thirdly, current treatments can be improved by producing nanotechnology that will  enable medications to move through the blood­brain barrier and target the affected areas of the  brain with much greater efficiency. Nanotechnology can also be used to produce liposomes that  encapsulate the molecules of the drug and protect it from pH levels and enzymes that would  normally damage the drug. Similarly regenerative treatments use nano­vesicles to carry payloads  which have the potential to stop progression of the disorder as well as repairing existing damage.  Nanotechnology can deliver the medication Tian Ma to specific loci of the brain in a nano­sized  vesicles which selectively decomposes through a lock and key mechanism once across the blood  brain barrier. Once delivered the medication can prevent progression of the disorder and repair  some damage by upregulating the ubiquitin proteasome system and increasing chaperone protein  concentration. Similarly, nano­vesicles can be used to target pluripotency stem cells to specific  loci in the brain. This increases control of the pluripotency stem cells ensuring that they  differentiate into the correct cells in the proper location.   Nanotechnology offers many solutions to overcoming Alzheimer's disease. However  many of these methods are still in development and much research is required before they can be  considered safe. Similar to the biotechnology industry, nanotechnology is manifested in the  public's opinion as an unsafe technology. The public's opinion is very important when it comes  19
  • 20. to commercialising a product. Because of this it is vital that these nano­treatment options are  thoroughly and publicly tested prior to release in order to expel the public's fears. This means it  could be a matter of years before nanotechnology such as CPP modified liposomes become a  trusted and commercialised mainstream treatment. A number of the treatment methods outlined  in this article are already being used in human trials and it is predicted that all of these methods  will be commercialised mainstream treatments within the next 20 years. Overall,  nanotechnology, although small in nature, offers to make a disproportionately large impact in the  treatment of Alzheimer's disease.                          20
  • 21. References    Alzheimer’s Association. (2015). ​Current Alzheimer’s Treatments. ​[Online] Available from:  http://www.alz.org/research/science/alzheimers_disease_treatments.asp     Amir, N. and Mansoori, A. (2011). Nanotechnology for Alzheimer's disease detection and  treatment, ​Insciences Journal​, [Online] Available From;  http://journal.insciences.org/wp­content/files_mf/164_171x_1_4_169.pdf    Australian Bureua of Statistics,(ABS), (2012), Australian Social Trends, [Online] Available  From; ​http://www.abs.gov.au/AUSSTATS/abs@.nsf/Lookup/4102.0Main+Features10Jun+2012    Cabaleiro­Lago, C. Quinlan­Pluck, F. Lynch, I. Lindman, S. Minogue, A.M. Thulin, E. Walsh,  D.M. Dawson, K.A. Linse, S. (2008) ​Inhibition of Amyloid Beta Protein Fibrillation by  Polymeric Nanoparticals. ​Journal of the American Chemical Society, ​130:​ 46, Pp. 15437­15443.  [Online] Available from: ​http://pubs.acs.org.ezproxy.flinders.edu.au/doi/full/10.1021/ja8041806     Čolović​, ​M. ​Krstić​, ​D​. ​Lazarević­Pašti​,​T​. ​Bondžić​, ​A​. and ​Vasić, V​. (2013),  Acetylcholinesterase Inhibitors: Pharmacology and Toxicology, ​Current Neuropharmacology.  [Online], Available From;​http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3648782/    21
  • 22. Corani, G. Edgar, C .Marshall, I.  Wesnes ,K. and Zaffalon, M. (2006), ​Classification of  dementia types from cognitive profiles data, ​[Online], Available From;  http://people.idsia.ch/~zaffalon/papers/2006ecml­dementia.pdf    Currie, D. (2010) ​Prevention Saves Lives as Well as Money, New Research Confirms​,. Nations  Health, [Online], Available From; ​http://www.medscape.com/viewarticle/735245  Dobson, J. (2008) ​Remote control of cellular behaviour with magnetic nanoparticles​. Nature  Nanotechnology, ​3: ​3, Pp. 139. [Online] Available from:  http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n3/full/nnano.2008.39.html    Dugan, L.L. Lovett, E.G. Quick, K.L. Lotharius, J. Lin, T.T. O’Malley, K.L. (2001)  Fullerene­based antioxidants and neurodegenerative disorders​. Parkinsonsonism and Related  Disorders, ​7:​ 3, Pp. 243–246. [Online] Available from:  http://www.sciencedirect.com.ezproxy.flinders.edu.au/science/article/pii/S135380200000064X     Finaud, J. Lac, G. Filaire, E. (2006) ​Oxidative Stress: relationship with exercise and training.  Journal of Sports Medicine, ​36:​ 4, Pp. 327­358. [Online] Available from:  http://go.galegroup.com.ezproxy.flinders.edu.au/ps/retrieve.do?sort=RELEVANCE&docType= Article&tabID=T002&prodId=EAIM&searchId=R2&resultListType=RESULT_LIST&searchTy pe=AdvancedSearchForm&contentSegment=&currentPosition=1&searchResultsType=SingleTa b&inPS=true&userGroupName=flinders&docId=GALE%7CA200844012&contentSet=GALE% 7CA200844012   22
  • 23.   Francis, P.T. Palmer, A.M. Snape, M. Wilcock, G.K. (1999) ​The Cholinergic Hypothesis of  Alzheimer’s disease: A Review of Progress.​ Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry,  66: ​2, Pp. 137­147. [Online] Available from: ​http://jnnp.bmj.com/content/66/2/137.full    Hasselmo, M.E. (2006) ​The Role of Acetylcholine in Learning and Memory​. Current Opinion in  Neurobiology, ​16:​ 6, Pp. 710­715. [Online] available from:  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2659740/    Kanno, H. ​(2013) Regenerative therapy for neuronal diseases with transplantation of somatic  stem cells, ​World Journal of Stem Cells, ​[Online], Available From;  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3812520/    Kihara, T. Shimohama, S. (2004) ​Alzheimer’s Disease and Acetylcholine Receptors​. Acta  Neurobiologia Experimentalis, ​64: ​1, Pp. 99­105. [Online] Available from:  http://ane.pl/pdf/6410.pdf    Kim​, ​S​. ​Lee​, ​H. ​Park​, ​I.​ ​Chu​, ​K.​ ​Lee​,​ ​S​. ​ Kim​, ​M​.​ Roh​, ​J​.​ Kim​, ​S​. ​ Wang, K​. (2008), Human  Nerual Stem Cells for Brain Repair,​ International journal of stem cells​,[Online], Available  From; ​http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4021772/    23
  • 24. León­Salas, B. Olazarán, J. Muñiz, R. González­Salvador, M . Teresa, & Martínez­Martín, P.  (2011). ​Caregivers’ estimation of patient's’ quality of life (QoL) in Alzheimer's disease (AD),  Archives of Gerontology and Geriatrics.      Lei​, ​X​. ​Lin​, ​Z​. ​Zhao​, ​J. Wu​, ​F​. ​Yang​, ​Z. Pu​, ​J. ​Liu,​ ​ Z. ​Cai​, ​Z​. (2014) Preparation and evaluation  of sustained­release solid dispersions co­loading gastrodin with borneol as an oral brain­targeting  enhancer, ​Acta Pharmaceutica Sinica B​, [Online], Available From;  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383513001172​,      Modi,G,.  Pillay,V,. Choonara, Y,. (2009) Advances in the treatment of neurodegenerative  disorders employing nanotechnology, ANNALS OF THE NEW YORK ACADEMY OF  SCIENCES [Online], Available From;  http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1111/j.1749­6632.2009.05108.x/asset/j.1749­6632.2009. 05108.x.pdf?v=1&t=ifhk0udx&s=02d577167e91b2b4f48b87b664d923cecb142128​,    Nazem, A. Mansoori, G.A. (2008) ​Nanotechnology Solutions for Alzheimer’s Disease: Advances  in Research Tools, Diagnostic Methods and Therapeutic Agents​. Journal of Alzheimer’s Disease,  13:​ 2, Pp. 199­223. [Online] Available from:  http://www.uic.edu/labs/trl/1.OnlineMaterials/08­Nanotechnology_Solutions_for_Alzheimer%2 7s_Disease.pdf     Ramachandran​, ​U​. ​Manavalan​, ​A​. ​Sundaramurthi​, ​H​. ​Sze​, ​S​. ​Feng​, ​Z​. ​Hu​, ​J​.​ Heese,K.  24
  • 25. (​2012), ​Tianma modulates proteins with various neuro­regenerative modalities in differentiated  human neuronal SH­SY5Y cells.​ ​Neurochemistry International​, [Online], Available  From;​http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S019701861200114    Saw, P. Ko, Y. Jon, S. (2010)​, ​ Efficient Liposomal Nanocarrier­mediated Oligodeoxynucleotide  Delivery Involving Dual Use of a Cell­Penetrating Peptide as a Packaging and Intracellular  Delivery Agent​. Macromolecular Rapid Communications, [Online], Available  From;​http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.200900861/abstract    Scarpini, E. Scheltens, P. Feldman, H. (2003) ​Treatment of Alzheimer’s Disease: Current Status  and New Perspectives.​ Lancet Neurology, ​2:​ 9, Pp. 539­547. [Online] Available from:  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474442203005027     Smith, M.A. Rottkamp, C.A. Nunomura, A. Raina, A.K. Perry, G. (2000) ​Oxidative stress in  Alzheimer’s Disease.​ Biochimica et Biophysica Acta, ​1502: ​1, Pp. 139­144. [online] Available  from: ​http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925443900000405     Stanley C. Chik,C. Or, D. Luo, Cindy, Y.A, Lau. (2013) Pharmacological Effects of Active  Compounds on Neurodegenerative Disease with Gastrodia and Uncaria Decoction, a Commonly  Used Poststroke Decoction, ​Scientific World Journal​, [Online], Available From  ;​http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3851952/  25
  • 26.   Torchilin,V. (2005), Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers, ​Nature Reviews  Drug Discovery​, [Online], Available  From;​http://www.nature.com/nrd/journal/v4/n2/abs/nrd1632.html    United Nations, (2012) ​Population Development Study​, [Online] Available from;  http://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/trends/WPP2012_Wallchart .pdf     Vos,T. Carter, Rob. Barendregt, J.Mihalopoulos, C. Veerman, L. Magnus, A. Cobiac, L.  Bertram, M. Wallace, A. (2010), Assessing Cost­Effectiveness in Prevention, ​NHMRC Journal​ ,  [Online] Available From;  http://www.sph.uq.edu.au/docs/BODCE/ACE­P/ACE­Prevention_final_report.pdf    World Alzheimer Report (WAR), (2015), ​An analysis of prevalence, incidence, cost and trends,  [Online] Available From;​ ​http://www.alz.co.uk/research/WorldAlzheimerReport2015.pdf    Xiao­Ling, L​,. ​Nan, H​,. ​Meng­Shan T​,. ​Jin­Tai Y​,. and ​Lan T​,. (2014) Behavioral and  Psychological Symptoms in Alzheimer’s Disease,BioMed Research International, [Online]  Available From;​ ​http://www.hindawi.com/journals/bmri/2014/927804/    26
  • 27. Yang, ​Z​. Zhang, Y. ​Wang​, ​Z​. ​W​u, ​K​. Lou, J.​ Qi,X​.(2013), Enhanced brain distribution and  pharmacodynamics of rivastigmine by liposomes following intranasal administration,  Pharmaceutical nanotechnology,​[Online], Available From;  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378517313004080      Mahajan, G. (2011) Fighting Alzheimer’s disease with nanotechnology, ​Nanowerk​,[Online],  Available From; ​http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=23726.php     27

Related Documents