Нанотехнології в медицині, Статті, Нанотехнології в медицині

03.10.2015

Нанотехнології в медицині

// // Нанотехнології в медицині //

Нанотехнології в медицині, Статті, Нанотехнології в медицині
Ідеї сучасної наномедицини були згадані ще Річардом Фейнманом в його знаменитій лекції «Там внизу є багато місця» в 1959 році. Тоді він говорив про можливості хімічних маніпуляцій на атомарному рівні і припустив, що коли-небудь пацієнт буде просто «ковтати хірургічну машину», яка прибуде на місце і все підлатати. Минуло 50 років і вчені все ще б’ються над створенням такого хірурга, але Фейнмана, без сумніву, вразило б те, що ми вже зробили на сьогоднішній день. Наномедицина міцно завойовує місце в сфері доставки ліків і діагностики.

Така сфера знань, як нанотехнології в медицині. порівняно молода. Сам термін з’явився порівняно недавно, трохи більше 15 років тому і напрямок це в даний час знаходиться в стадії становлення. Її методи тільки виходять з лабораторій, а більша їх частина поки існує тільки у вигляді проектів. Однак, згідно з думкою більшості експертів, саме методи нанотехнологій в медицині стануть основоположними в 21 столітті. Так, наприклад, Американський Національний інститут здоров’я включив наномедицину в п’ятірку найбільш пріоритетних галузей розвитку медицини в XXI столітті.

Як все починалося

Звичайно, реалії наномедицини не цілком відповідають мріям Фейнмана. Бум кремнієвої електроніки 80-х надав хімікам інструменти, необхідні для маніпулювання речовиною на молекулярному рівні. Однак тоді вчені не думали про можливе розвитку біомедицини. «Ми тоді по суті грали, просто тому, що у нас була така можливість», — говорить один з першопрохідців нанотехнологій, хімік з університету Каліфорнії Підлогу Аливизатос. Одним з найбільш примітних його напрямків є робота з фуллеренами. «Я вважаю, що тоді стало очевидним, як багато можемо зробити в області медицини», — згадує вчений, — «Постійно з’являлося щось несподіване, наприклад, використання фулеренів в якості носіїв ліків».

Багато відкриттів у сфері нанотехнологій у медицині були зроблені несподівано. У середині 90-х професор-фармаколог з Арізони Фолькмар Вайссиг виявив, що добре відоме композитне речовина може самособираться в порожнисту сферу діаметром 50 нм, схожу з ліпосомами і що така сфера може доставляти ДНК або інший вантаж крізь клітинну мембрану до мітохондрії. В той момент це його не зацікавило, проте кілька років тому фахівці пов’язали ряд захворювань з неправильною роботою мітохондрій і тепер різні групи вчених займаються розробкою точкової доставки речовини до мітохондрій за методом Вайссига.

Варрен Чан з університету Торонто займався квантовими точками, наночастинками на основі кадмію діаметром від 1 до 6 нм, що інші дослідники катували застосувати для створення сонячних елементів. Однак Чан виявив, що ці точки, які випускають світло різної довжини хвилі, простіше кажучи, різного кольору, залежно від розміру, можна «приліпити» до білків в клітині і зробити з них прекрасний інструмент діагностики. Вони дають світіння в десять разів сильніше використовувалися раніше речовин і набагато менш схильні фотообесцвечиванию, так що вони працюють набагато довше. В даний час практично кожний великий університет проводить експерименти з квантовими точками в органічних середовищах.

Швидкий товарний з нанолекарствами

Нанотехнології в медицині у більшості асоціюються з нанороботами. Найбільш відомим і багатообіцяючим напрямком наномедицини є точкова доставка ліків. Ідею її ми вже окреслили – наночастинок виступає в ролі носія декількох молекул препарату, які доставляються безпосередньо до ураженої ділянки.

Однією з цільових областей точкової доставки є рак. Можливо, саме нанотехнології стануть панацеєю від цієї страшної хвороби. Головною ідеєю є ініціація апоптозу, скорочення числа ракових клітин, з допомогою витонченої доставки цитотоксинів — особливого виду антитіл, які пошкоджують клітини при їх взаємодії з їх антигенами,або порушують роботу клітин РНК, так що при цьому не пошкоджуються здорові клітини, що звичайно відбувається при сучасних методах лікування раку. Наночастинки можна створювати таким чином, що імунна система не буде виявляти і відривати їх. Для цього використовуються важкі метали, такі як золото або кадмій, які, внаслідок їх високої співвідношення площі поверхні до об’єму легко покрити нуклеїновими кислотами й білками.

Велика частина випробувань таких технологій поки що проводиться на лабораторних тварин, але дещо і на людях. Так, система доставки на золотих частинках для фактора некрозу пухлини-α made знаходиться вже у другій фазі клінічних випробувань. Зазвичай цей препарат вводять малими дозами через його високу токсичність, однак коли його доставляють наночастинки, препарат вивільняється безпосередньо в пухлинні клітини, так що дозування можна радикально збільшувати.

Про те, як оцінюють перспективи ліків з модифікованою системою доставки фахівці, можна судити з того, що в даний час частка ринку таких ліків становить 20% від загального обсягу ринку фармпрепаратів.

Система доставки ліків може застосовуватися також для перенесення фрагментів ДНК, які містять ген, завдання якого – виконати ту чи іншу операцію, відрегулювати, запустити або зупинити той чи інший біологічний механізм. Наприклад, у людей, хворих діабетом, тромбофлебітом, є виникають трофічні виразки. Вони з’являються внаслідок порушень кровопостачання і призводять до некрозу тканин. Як правило, це призводить до ампутації кінцівки або до летального результату. Однак інноваційна медицина пропонує наступне рішення: ми можемо взяти відомий нам ген проростання судин, який по ряду причин у цих людей не працює, синтезувати його, а потім ввести в хвору тканину. Для виконання останньої операції ми моместим ген у наночастицу, окружим спеціальними речовинами, які легко руйнуються, надаємо гену вид вірусу, тому що наші клітини вміють захоплювати вірус. У підсумку ген під видом вірусу підходить до клітки, вона його захоплює і несе всередину, в ядро. В ядрі синтезованого гена зчитується інформація, внаслідок чого починає стимулювати зростання судин. Протягом кількох місяців у людини виростають нові судини і вдається уникнути ампутації.

У Росії розробки систем адресної доставки ведуться за двома напрямками: пасивний спрямований транспорт (полегшене проникнення природних бар’єрів) і специфічна доставка («впізнавання» патологічної тканини), що відповідає світовому рівню розвитку досліджень у цій області. Практичні результати вже найближчим часом можуть бути досягнуті в галузі використання фос-фолипидных частинок, ліпосом та фулеренів в якості контейнерів для доставки препаратів (у тому числі вакцин). У довгостроковій перспективі існує в Росії науковий доробок дозволяє довести до комерційних прототипів специфічні системи доставки на основі антитіл або аптамеров, здатних вибірково зв’язуватися з патологічно зміненими клітинами.

Підсвічування зсередини

Чимало залучає вчених потенціал нанотехнологій для діагностики. Інноваційні технології надають можливість детального відстеження росту пухлин і переміщення хімічних речовин. Використання певних типів наночастинок дозволяє здійснювати прижиттєву візуалізацію окремих патологічно змінених клітин і навіть молекул, які є маркерами поширених захворювань. Також люмінесцентні наночастинки можуть накопичуватися в пухлинних тканинах, що полегшить роботу вырезающего їх хірурга, який буде бачити неозброєним оком, чи не пропустив він десь ділянки метастазів.

За минулі кілька десятиліть методи візуалізації стали вирішальним інструментом у постановці діагнозу хвороби. Однак нанотехнології можуть ще більше поліпшити роботу з ядерно-магнітним резонансом і комп’ютерною томографією, давши їм можливості, що знаходяться далеко за межами сучасного діагностичного обладнання.

Контрастну речовину для молекулярної діагностики складається з наночастинок, з якими сполучені візуалізаційні компоненти і певні антитіла або які-небудь інші молекули, здатні відшукати мету. Коли контрастна речовина вводиться в кровоносне русло, його пошукові компоненти взаємодіють з цільовими структурами на поверхні хворої клітини за принципом «ключ-замок», і візуалізаційні компоненти потрапляють у хворі тканини. Після цього залишається «вважати» візуалізовану інформацію. Одна європейська компанія розробляє контрастні речовини на основі наноэмульсии перфторкарбона, кожна крапелька якої несе по декілька тисяч атомів гадолиниума. Таким чином, різко підвищується контрастність.

Складні молекулярні контрастні речовини, що створюються на основі нанотехнолоий, поки ще не доступні для клінічної практики, проте вже впроваджені прості контрастні речовини, які складаються з наночастинок оксиду заліза. Вони забезпечують високу контрастність в діагностиці захворювань печінки.

Питання внутрішньої безпеки

Втім, на тлі райдужних перспектив наномедицини лунають обережні голоси, що попереджають про можливу токсичність лікування наночастинками. Деякі дослідження, проведені на клітинних культурах показали, що наночастинки є цитотоксинами. Втім, досліди на тваринах не дозволяють однозначно прийти до такого висновку. Дослідники пояснюють це тим, то при дослідах на клітинних культурах вводилося занадто велика кількість наночастинок.

У цьому зв’язку ми можемо послатися на думку академіка РАН, декан факультету фундаментальної медицини МДУ Всеволода Арсенійовича Ткачука. «Ми можемо зробити так, щоб наночастинки рухалися не хаотично, а направлено, розумно, так ми забезпечимо доставку ліків в потрібну частину клітини, — розповідає академік, — але є і ряд проблем, пов’язаних з наночастинками. Справа в тому, що, коли речовина измельчаешь, воно здобуває нові властивості, які можуть бути шкідливі. Наприклад, вони можуть викликати агрегацію білків, зміна структури білків. Але агрегації можна уникнути, якщо правильно сконструювати наночастицу, поставити правильний заряд і розмір, надати потрібну шорсткість або вибрати правильну дозу. Парацельс сказав, що «все у світі є отрута, і лише частка робить речовину безпечним». Для цього ми їх ретельно перевіряємо, перш ніж використовувати. Дивимося, як вони впливають на морфологію, структуру, на поділ, рух, на життя клітини».

Інший аспект, що викликає занепокоєння випробувачів – наслідки накопичення в організмі нерозкладних металів, з яких складаються наночастинки. Можливим рішенням цієї проблеми стануть саморазлагающиеся частинки.

Незважаючи на всі побоювання, перспективи наномедицини в цілому залишаються обнадійливими. Оптимісти прогнозують, що незабаром вченим вдасться об’єднати вже створені окремо елементи, такі, як двигуни, маніпулятори, вантажний відсік у вигляді нанокапсул, і створити повноцінного наноробота, який буде переміщатися по організму і діагностувати хвороботворні процеси, очищати кров, покращувати роботу клітин, регулювати баланс речовин, знищувати інфекцію і хворі клітини, а можливо – чим чорт не жартує – дозволить нам не старіти.

Короткий опис статті: нанотехнології в медицині Ідеї сучасної наномедицини були згадані ще Річардом Фейнманом в його знаменитій лекції «Там внизу є багато місця» в 1959 році, на, з, для, з, доставки, або, як, проте, що, так, клітини, їх, його

Джерело: Нанотехнології в медицині — Статті — Нанотехнології в медицині

Також ви можете прочитати