Современное применение нанотехнологии в медицине. Нанотехнологии в медицине - наше будущие! О безопасности нанотехнологий в здравоохранении

Добро пожаловать в клетку

Словечко «нано» стремительно входит в моду. Особенно у рекламистов и пиарщиков: «нанокефир» и «нанокремы» они уже придумали, скоро создадут «нанососиски» и «наноколготки». Но в реальности многие отрасли знания уже вовсю имеют дело с наночастицами. Среди них и медицина .

От мини к нано

История современной медицины – это бег от большого к малому. Многие диагностические аппараты из громыхающих монстров постепенно превратились в элегантные чемоданчики. Довольно объемные мензурки с микстурами и капельницы эволюционировали до крошечных таблеток, подкожных резервуаров с лекарствами или даже пластырей. Устрашающие взгляд полостные операции заменили крошечные проколы, сквозь которые хирурги манипулируют под взглядом видеокамеры.

Но нет предела совершенству. Многие болезни начинаются с изменений в считанных клетках человеческого тела, а болезнетворные бактерии и вирусы тоже вещества микроскопические. Поэтому медицина дерзко мечтает лечить болезнь там, где она возникает, – в клетке.

Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте

А воплотить эти мечты можно только с помощью нанотехнологий – манипуляций на уровне молекул, атомов и искусственных конструкций тех же размеров. Представить их невозможно, поскольку человеческому глазу сравнить их не с чем. Однако мы знаем, что 1 нанометр – это миллиардная доля метра.

Представим, что мы с вами ростом в 1 нанометр. Тогда земная дистанция всего в один метр превратилась бы для нас в 1 миллиард метров (т.е. 1 млн км), или примерно в кратчайший путь до Луны (356 тыс. км), повторенный три раза. То есть с Луны мы бы с вами уже не вернулись… Вот так же кружит голову и попытка представить себе эти загадочные нанометры.

Кто все это придумал

Мысль о применении микроскопических устройств в медицине впервые была высказана в 1959 году знаменитым американским физиком Ричардом Фейнманом в нашумевшей лекции «Там, внизу, много места». Он описал микроробота, который сможет проникать через сосуд в сердце и выполнять там операцию по исправлению клапана.

В 1967 году биохимик и писатель-фантаст Айзек Азимов первым выдвинул идею «мокрой технологии» – использования для лечения людей живых механизмов, существующих в природе. В частности, собирать их из нуклеиновых кислот и ферментов. Потом Роберт Эттингер предложил использовать модифицированные микробы для ремонта клеток.

Термин «нанотехнология» широко распространился в мире после выхода в 1986 году знаменитой книги «Машины творения» физика Эрика Дрекслера . Он стал называть свои предложения по конструированию отдельных молекул, обладающих заданными свойствами, «молекулярной нанотехнологией». Так что история нанотехнологий уже насчитывает более 20 лет.

Возможности безграничны…

Что же нанотехнологии сулят медицине помимо уже широко разрекламированных, но пока нереальных «нанороботов», которые будут шастать внутри человека и что-нибудь починять?

На самом деле куда больше. Они смогут создавать :

• наноматериалы с заданными свойствами – наночастицы (фуллерены и дендримеры)
• микро- и нанокапсулы (например, с лекарствами внутри)
• нанотехнологические сенсоры и анализаторы – наноинструменты и наноманипуляторы
• автоматические наноустройства (помимо все тех же нанороботов).

Надеюсь, что тут вам все понятно, кроме разве что «фуллеренов» и «дендримеров». Фуллерен – это пятая (кроме алмаза, графита, карбина и угля) форма углерода, которую сначала предсказали теоретически, а потом открыли в природе. По виду молекула фуллерена (С60) похожа на футбольный мяч, сшитый из пятиугольников и шестиугольников. Медицине же фуллерены интересны тем, что могут пролезать в молекулу ДНК, искривлять и даже «расплетать» ее.

Дендримеры – это древовидные полимеры (длинные молекулы, состоящие из повторяющихся одинаковых элементов). Они способны доставлять прицепленные к ним лекарства прямо в клетки, например, раковые.

…а достижения скромны

Но какими бы захватывающими ни были перспективы нанотехнологий, реальные достижения пока невелики.

Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань . Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллы гидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека – таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.

Другая разработка, напротив, не дает клеткам приклеиваться к поверхности . Это нужно, к примеру, для создания биореакторов, в которых будут содержаться стволовые клетки. Проблема в том, что, как только стволовая клетка «села» на какую-то поверхность, она немедленно начинает специализироваться – превращаться в клетку конкретной ткани. А чтобы она сохраняла свой потенциал, надо не давать ей «присесть».

Экспериментируя с фуллеренами и дендримерами, сейчас во многих странах ищут эффективные лекарства от СПИДа, гриппа, болезни Паркинсона, рака и т.п. Микрокапсулы с нанопорами могут послужить больным диабетом 1-го типа – они смогут доставить в организм человека клетки поджелудочной железы животного и вовремя выделять инсулин, при этом оставаясь невидимыми для иммунной системы человека.

Искусственно сконструированная клетка-респироцит сможет заменить недостающие в крови эритроциты – она умеет переносить и кислород, и углекислый газ. При этом взвеси респироцитов понадобится в сотни раз меньше, чем препаратов донорской крови или кровезаменителей.

Не все то золото, что серебро

У российской науки есть и свои рекорды на обширном поле нанотехнологий . Так, мы – явные лидеры в изучении и применении наночастиц металлов в медицине. На солидной научной конференции «Нанотехнологии и наноматериалы для биологии и медицины» , которая прошла в конце прошлого года в Новосибирске, чуть не 90% докладов посвящались золоту, серебру, цинку, висмуту и различным комбинациям полимеров, сорбентов и т.п.

Бактерицидные и ранозаживляющие свойства серебра известны медицине давно. Однако наши ученые выяснили, что если серебро и прочие металлы превратить в наночастицы, эти свойства резко возрастают. И доказали это на многочисленных клинических исследованиях. Ожоги, огнестрельные раны, переломы, кожные, гинекологические и прочие воспаления/раны заживают значительно быстрее и эффективнее. Наши ученые создали десятки препаратов, основанных на спасительных свойствах этих металлов. Только не ищите в аптеках – их нет. Почему – это уже вопрос не к ученым, а к тем, кто закупает импортные антибиотики, в тысячи раз более дорогие.

Между прочим, наша сибирячка Нина Богданчикова , которая в России занималась как раз исследованиями серебра, а потом переехала в Мексику и начала работать в Национальном университете , стала инициатором развития этого научного направления во всей Латинской Америке. И теперь оно бурно развивается на континенте. Понятно почему – серебра там хоть завались, а препараты из него получатся не слишком дорогими. Кончится все, как обычно, тем, что начнем их импортировать.

Нам есть чем гордиться

Второе направление, на котором мы могли бы лидировать в мире, – создание биочипов. Чип – это маленькая пластинка, на поверхности которой размещены рецепторы к различным веществам – белкам, токсинам, аминокислотам и т.п. Достаточно капнуть на чип крошечную каплю плазмы, крови или другой биологической жидкости, как «родственные» молекулы прикрепятся к рецепторам. А потом прибор-анализатор считает информацию.

Биочипы, созданные в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта РАН под руководством академика Андрея Мирзабекова , уже умеют практически мгновенно выявлять возбудителей туберкулеза, ВИЧ, особо опасных инфекций, многие яды, антитела к раку и т.п. Причем наши биочипы оказались намного дешевле и удачнее американских. Однако внедрение этой новейшей технологии в практическую медицину идет гораздо медленнее, чем хотелось бы.

Веками человек был занят поисками волшебного зелья, чтобы избавиться от многочисленных болезней и ран. Наступивший ХХI век дает надежду, что применение современных нанотехнологий в медицине станет значительным шагом человечества к этой цели.

Впервые о нанотехнологиях мир узнал еще в 1959 году. Через прошедшие полвека о нанотехнологиях говорят уже повсюду, хотя многим так и не удалось до конца понять, что же это такое. Частицы от 1 до 100 нанометров трудно представить визуально – это миллионная частичка кончика швейной иголки!

Хотя наномедицины как таковой еще не существует, но она активно развивается. Во многих странах ученые работают над проектами с использованием наночастиц. Когда говорят о наночастицах, нужно представлять, что материалы из них созданы с применением отдельных атомов и молекул. Таким образом, нанотехнологии дают возможность существенно воздействовать на структуру материала.

Ученые всего земного шара заняты поиском способов, чтобы заставить работать наночастицы на благо человеческого здоровья. Нанотехнологии позволят расширить возможности медицины, начиная от диагностики и заканчивая терапией.

То, что вчера считалось научной фантастикой, сегодня начинает применяться на практике в реальных методах наномедицины. Учеными многих стран ведутся разработки по созданию нанороботов-врачей на молекулярном уровне, которые смогут без хирургического вмешательства и с высокой точностью устранять различные неполадки в человеческом организме.

К примеру, такие нанороботы смогут удалять лишний холестерин, бороться с атеросклерозом , вовремя удаляя излишки липидов из сосудистой стенки, убивать вирусы и бактерии, а также доставлять лекарственные средства напрямую тому органу, которому оно необходимо.

Когда лекарство доставляется точно внутрь живой клетки, его эффективность увеличивается в тысячи раз, а побочные действия сводятся к нулю. Доставка лекарственных средств точно по назначению особенно актуально в онкологии, так как при этом здоровые клетки организма не повреждаются, а раковые уничтожаются.

Нанороботы помогут решить проблему генетических аномалий, ведь наследственные болезни пока неизлечимы, так как причина заболевания кроется в геноме человека, который изменить невозможно. Теперь нанороботы помогут осуществить «ремонт» генов, устранив в них структурные нарушения и аномальные последовательности.

Известный американский футуролог и изобретатель Рей Курцвейль считает, что к 2030 году люди научатся запускать миллиарды нанороботов в систему кровообращения человека. Словно городские коммунальные службы, молекулярные нанороботы в организме человека будут «создавать» новый материал и удалять изношенный. Новые технологии позволят восстанавливать отдельно взятые клетки путем сборки из отдельных молекул.

Хитроумные роботы, путешествуя по кровеносным сосудам человека, будут самостоятельно обнаруживать любую неполадку в организме и легко ее устранять. Это позволит существенно замедлить процесс старения организма, ведь будут устраняться основные факторы, из-за которых стареет человек.

Нанотехнологии позволят создать чрезвычайно точные и чувствительные инструменты для диагностики как в пробирке, так и в живом организме. Окончательная цель диагностики состоит в том, чтобы как можно раньше идентифицировать заболевание. С помощью нанотехнологий врачи смогут диагностировать болезни на клеточном и даже субклеточном уровне.

И все же, о наномире известно еще далеко не все. Поэтому есть еще немало ученых, которые с опаской смотрят на применение нанотехнологий в медицине. Особенно это касается изменений генов человека, что приведет к определенным трансформациям за очень короткий срок вместо эволюционного развития, которое длилось в течение сотен тысяч лет.

Если ученые научатся, в полной мере, контролировать нанороботов, то они смогут непрерывно корректировать все физиологические процессы в организме, что позволит человеку отказаться от необходимости посещения врачей.

Наука не стоит на одном месте.

Технологии развиваются стремительными темпами и позволяют создавать устройства и приложения, которые открывают безграничные возможности в самых различных областях медицины.

В результате, человек все больше и больше приближается к пониманию того, что происходит в его организме не только на клеточном, молекулярном, но и атомном уровне - на наноуровне.

Вот 25 способов использования нанотехнологий в медицине.

1. Наноботы — это поколение наномашин будущего. Они смогут чувствовать окружающую среду и адаптироваться к ее изменениям, выполнять сложные вычисления, общаться, двигаться, проводить молекулярную сборку, ремонт или даже размножаться. Эти устройства имеют большой потенциал для применения в медицинских целях.
2. Нанокомпьютеры . С их помощью происходит управление наноботами. Усилия по созданию нанокомпьютеров, а также движение к квантовым вычислениям открывают новые возможности для медицины.
3. Регенерация клеток . Повреждение клеток организма зачастую очень трудно восстанавливается из-за невероятно малых размеров клеток. Однако с помощью нанотехнологий появляется возможность обойти это. Наноботы или другие устройства могут быть использованы для манипулирования молекулами и атомами на необходимом для регенерации клеток индивидуальном уровне.
4. Старение . Nanoустройства могут быть использованы для удаления некоторых признаков старения. Например, лазерная технология уже может уменьшить проявление возрастных линий, пятен и морщин. В будущем с помощью мощных нанотехнологий планируется полное устранение этих признаков.
5. Лечение рака . На сегодняшний день уже сделаны первые успешные шаги в работе по использованию нанотехнологий в лечении рака. Данный процесс осуществляется благодаря тому, что небольшие специализированные функции некоторых наноустройств можно более точно направить на раковые клетки. При этом происходит уничтожение раковых клеток и не наносится ущерб окружающим их здоровым клеткам.
6. Заболевания сердечно-сосудистой системы . Существует возможность того, что нанороботы могут выполнять ряд функций, связанных с сердцем. Регенерация поврежденных тканей сердца — это только одна возможность. Другой вариант использования нанотехнологий заключается в использовании наноустройств для очищения артерий от атеросклеротических бляшек и устранения других проблем.
7. Имплантация устройств . Вместо имплантации устройств, которые на сегодняшний день используются в медицине, можно было бы направить наноботы для создания необходимых структур внутри тела.
8. Виртуальная реальность . Благодаря использованию инъекций наноботов врачам легче изучить организм человека. Создание виртуальной реальности может помочь медицинским работникам сделать некоторые операции более "реалистичными".
9. Доставка лекарств . Системы для автоматизации доставки лекарств способствуют повышению согласованности между системами организма. При этом обеспечивается лекарствами та система, которая в них нуждается. Для обеспечения высвобождения определенных лекарственных веществ в нужное время и без человеческих ошибок с помощью нанотехнологий можно программировать системы доставки.
10. . Нанотехнологии позволяют проникать нанороботам в организм и вносить изменения в геном. Благодаря этому возможно произвести коррекцию генома и в результате вылечить различные генные болезни.
11. Нанопинцеты . Эти устройства предназначены для работы наноструктур. Они могут быть использованы для перемещения наноустройства в теле или для размещения их до установки. Нанопинцеты, как правило, построены с использованием нанотрубок.
12. Стволовые клетки . Нанотехнологии могут фактически помочь взрослым стволовым клеткам превратиться в любой необходимый тип клеток. Исследования на мышах показывают, что нанотрубки позволяют взрослым стволовым клеткам превратиться в функционирующие нейроны.
13. Регенерация костей . Используя нанотехнологии можно ускорить регенерацию костей. Наночастицы имеют различный химический состав, который может помочь соединить кости вместе и даже может помочь в некоторых случаях повреждения спинного мозга.
14. Визуализация . Нанотехнологии очень перспективны для использования в области медицинской визуализации, позволяя быстро получить точное специфическое изображение. Наноустройства используются в молекулярной визуализации и приводят к улучшению диагностики различных заболеваний и состояний.
15. Сахарный диабет . Вместо того, чтобы брать кровь для исследования уровня сахара в крови, нанотехнологии предоставляют возможность диабетикам использовать для этого линзы. По изменению цвета можно судить об уровне сахара крови.
16. Хирургия . В современном мире уже есть хирурги-роботы, а вот нанохирургия — перспективная отрасль, в которой можно использовать некоторые лазеры, а также наноустройства, которые могут быть запрограммированы для выполнения некоторых хирургических операций.
17. Эпилепсия . Разрабатываются наночипы, которые способны помочь управлять приступами судорог. Эти чипы предназначены для анализа сигналов мозга, последующего их анализа и выполнения необходимых настроек мозга таким образом, чтобы стало возможно лучше контролировать приступы эпилепсии.
18. Обратная сенсорная связь . Наночипы могут быть полезны людям, которые утратили способность чувствовать свое тело. Для этого наночипы перехватывают электрические импульсы и их интерпретируют.
    
19. . Протезирование продолжает двигаться вперед. Нанотехнологии дают возможность с помощью мозга управлять протезами. Уже есть некоторые примеры использования наночипов с этой целью.
20. Медицинский контроль . С помощью нанотехнологий можно контролировать состояние различных систем организма. Наночипы, имплантированные в тело, контролируют состояние здоровья и отправляют полученные сведения на компьютер или другое устройство.
21. Медицинские отчеты . В дополнение к мониторингу собственных систем организма, нанотехнологии могут быть использованы для отправки информации поставщикам медицинских услуг, тем самым повышая эффективность электронных медицинских записей.
22. Профилактика заболеваний . Наличие наноустройства в организме способно реально помочь предотвратить различные болезни. При правильном программировании возможно избежать некоторых заболеваний, откорректировать возникшие проблемы раньше, чем они станут серьезными проблемами. Наноустройства могут даже помочь предотвратить хронические заболевания.
23. Пренатальная диагностика . Есть несколько способов использования нанотехнологий в пренатальной диагностике. Наноустройства способны проникать внутрь матки и даже внутрь плода, не вызывая повреждений. Кроме этого, они потенциально могут помочь устранить многие проблемы еще в утробе матери.
24. Индивидуальная медицина . Будучи в состоянии точно подстроиться под геном каждого человека в отдельности, нанотехнологии позволят более точно определить надлежащее лечение и настроить план лечения в соответствии с индивидуальными потребностями организма.
25. Исследования . Нанотехнологии позволяют стремительно продвигаться вперед медицинским исследованиям, предоставляя необходимые для этого инструменты, с помощью которых человек узнает новое о строении и функционировании организма человека, и благодаря исследовании в области физики и химии, нанотехнологии обеспечивают организм строительным материалом.

Все активнее наноматериалы используются в медицине в качестве имплантантов, протезов и инструментария. В цивилизованных странах возрастает необходимость поиска надежных материалов для замены поврежденных частей тела человека. Поэтому современная хирургия и стоматология нуждаются в материалах с высокой химической инертностью при сохранении большой механической прочности. В последнее время в качестве эндопротезов суставов, специальных пластин для фиксации травматических участков трубчатых костей, конических винтов для фиксации позвоночника, имплантантов для стоматологических целей используются легкие и прочные наноструктурные титановые сплавы и чистый титан.

Применение Ti в имплантантологии объясняется практически полной, в отличие от других материалов, биологической совместимостью этого металла и некоторых его сплавов с живой таканью.

Решение задачи оптимального соотношения прочностных характеристик с максимальной биологической совместимостью возможно на основе использования металлических наноструктурных материалов.

Наноматериалы опробованы в настоящее время и в производстве лекарственных средств, препаратов, витаминов. В частности, перспективны для лечения ряда онкологических заболеваний ферромагнитные жидкости, содержащие нанопорошки железа и никеля. Возможно также создание лекарств на основе нанопорошка железа с пролонгированным действием для лечения заболеваний кроветворных органов, по заживлению ран, язв желудка.

Ферромагнитная жидкость - жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля.

Ферромагнитные жидкости состоят из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные наночастицы связываются с поверхностно-активным веществом, образующим защитную оболочку вокруг частицы и препятствующем их слипанию (из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил)

Высокую эффективность показали противопожарные повязки с использованием нанопорошка серебра, которые позволяют исключить перевязки вовсе время заживления. Эта возможность существенно сокращает время выздоровления и максимально уменьшает болевые ощущения.

Создали новый вид перевязочного материала. Этот материал состоит из волокнистой матрицы, к которой присоединены агломераты из нановолокон оксидагидроксида алюминия. Нановолокна формируются при гидролизе порошка алюминия, полученного электрическим взрывом, обладают огромной сорбирующей способностью и положительным электрическим зарядом. В результате микроорганизмы притягиваются к волокнам и уже не могут покинуть повязку. Для усиления антисептического действия в повязку добавлено 0,003 масс. % серебра.

Испытания показали, что повязка собирает 99,99% микроорганизмов, присутствующих в ране, и помогает ей быстрее зажить. При этом не образуются устойчивые штаммы микроорганизмов, как бывает в случае применения лекарств.

Очень удобны для практического использования рентгеноконтрастные шовные материалы, которые представляют собой шелковые, лавсановые или капроновые нити с нанесенным на них по специальной технологии слоем нанодисперсного вольфрама.

Другой не менее важной областью использования материалов, содержащих в своем составе полидисперсные наполнители, является создание на их основе изделий, обладающих рентгеноконтрастными свойствами, которые широко применяются в медицинской практике. Например, в настоящее время рентгеноконтрастные хирургические шовные нити изготавливают либо из высоконаполненных синтетических композиций, что не всегда безопасно для пациента, либо путем вплетения контрастных металлических волокон в текстильную основ. Рентгеноконтрастные текстильные материалы медицинского назначения. При этом наблюдаются такие факты, как негативное влияние материала наполнителя на живую ткань, разрушение нитей, ухудшение их механических свойств.

Шовные хирургические материалы, которые были изготовлены путем обработки в полидисперсных средах, свободны практически от всех этих недостатков. В экспериментах в качестве металланаполнителя был выбран химически чистый вольфрам с размером частиц 10-6 м и менее, а в качестве несущей основы – нити различного происхождения, в частности, шелк натуральный, шелк вискозный, хлопок, лен, полиэстер, капрон и другие.

Обработанные в полидисперсных средах нити подвергали различным видам стерилизации, выдерживали длительное время в нейтральных и биологически активных средах, вводили в тело подопытных животных. Исследования выполняли на протяжении шести месяцев. Визуальные наблюдения за подопытными крысами не выявили негативной реакции живой ткани на материал наполнителя, входящего в состав нитей, а контрольные рентгенографические исследования показывают, что контрастность нитей практически не изменилась за весь период исследований. На рентгенограммах плотность почернения изображения нитей с оптическим диаметром 0,2 – 0,3 мм находилась на уровне 0,05 мм Pb, а нить диаметром 0,5 – 0,7 мм по контрастности на рентгенограммах не уступает аналогичной нити марки “Micropake – 600” производства Великобритании

Нити могут быть использованы в хирургии в качестве шовного материала, их можно применять в качестве маркеров салфеток и тампонов, используемых при внутриполостных хирургических вмешательствах, из них могут быть изготовлены кожные или внутриполостные маркеры для диагностики или лучевой терапии, их можно ввести в состав материала катетеров для интервенционной радиологии.

Адсорбенты - высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой поверхностью, на которой происходит адсорбция(Адсорбция - процесс сгущения газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз.)

Нанотехнологии в медицине предлагают большие возможности для улучшения лечения ряда заболеваний и уже используются в глобальном масштабе. В настоящее время разработаны около 50 видов терапии наночастицами. Существует широкий спектр определений, относящихся к медицинским нанотехнологиям, но до сих пор нет глобального консенсуса относительно того, как их следует классифицировать.

Нанотехнологии в зарубежной медицине уже доказали свою эффективность в области методов визуализации, моделирования, дозирования и манипулирования лекарствами. Взаимодействие материалов со сложными биологическими системами изменяются при нано-размерах. Наномедицина использует улучшенные и часто новые физические, химические и биологические свойства материалов в нанометровом диапазоне.

Наномедицина: типы наночастиц

Существует много различных типов наночастиц, включая неорганические (например, золото, серебро и диоксид кремния), наночастицы на основе полимера (например, дендримеры, полимерные лекарственные конъюгаты) и наночастицы на основе липидов. Разнообразие классов наноматериалов и широкого спектра изменения физических и композиционных характеристик наночастиц, является, пожалуй, самым большим преимуществом при использовании наномедицины.

Эти характеристики в значительной степени влияют на эффективность доставки лекарств. Есть много препаратов, которые плохо поглощаются из-за плохой растворимости в кишечной жидкости, а также плохого проникновения через кишечный эпителий. Наноформы используются для улучшения дисперсии слаборастворимых в воде лекарств, а также для повышения их транспорта через кишечный барьер.

В дополнение к улучшению системы доставки лекарств наномедицина также продемонстрировала повышенную безопасность по сравнению с обычными лекарствами, нацеливая их терапевтическую полезную нагрузку на пораженные участки тела с помощью пассивных или активных механизмов, что особенно актуально в онкологии.

Примеры использования нанотехнологий в зарубежной медицине

Одним из примеров использования нанотехнологий в медицине является разработка израильской компании Nano Retina - она разработала сложное и элегантное решение, предназначенное для восстановления зрения людей, потерявших зрение из-за дегенеративных заболеваний сетчатки. Миниатюрное устройство Nano Retina, имплантат NR600, заменяет функциональность поврежденных фоторецепторных клеток и создает электрическую стимуляцию, необходимую для активации оставшихся здоровых клеток сетчатки. NR600 состоит из двух компонентов; миниатюрный имплантируемый нано-чип и набор очков, которые носят пациенты.

Израильская компания MicronJet NanoPass Technologies разработала уникальную одноразовую иглу, предназначенную для безболезненного введения вакцин в кожу с использованием полупроводниковой нанотехнологии в медицине, которая обеспечивает превосходный иммунный ответ при меньшем количестве вакцины. Высокую эффективность этой медицинской нанотехнологии показала вакцинация младенцев от полиомиелита в Юго-Восточной Азии.

Другой пример использования нанотехнологий в медицине. В Израиле разработан метод получения изображений на основе наночастиц для отслеживания продольных мезенхимальных стволовых клеток в головном мозге. Нанополярная КТ-визуализация для отслеживания стволовых клеток в головном мозге применяется при диагностике и контроле нейропсихиатрических расстройств. Критической проблемой при разработке и внедрении терапии стволовыми клетками является отсутствие надежных, неинвазивных средств для визуализации и отслеживания клеток после их трансплантации и оценки их биораспределения и функциональности. Методика применяется для неинвазивного мониторинга при лечении депрессии и нейропсихиатрических заболеваний.

ИНТЕРЕСНО!
Исследования показывают, что клеточная терапия является потенциально перспективным подходом к лечению нейропсихиатрических расстройств. Миграция клеток может быть обнаружена нанополярной КТ уже через 24 часа и наблюдаться до одного месяца после трансплантации. Нанополярная КТ может применяться как для фундаментальных исследований, так и для клинических применений нанотехнологий в медицине.

Несмотря на значительный прогресс в области онкологической терапии, рак остается одной из ведущих причин смерти в мире. В Израиле нанотехнологии в медицине позволили разработать уникальный тип многофункциональных флуоресцентных наночастиц оксида железа (IO) для целевой противоопухолевой терапии. Комбинация этих наночастиц с химиотерапевтическими препаратами обеспечивает более мощный противораковый эффект и значительно улучшает прогноз пациента на выздоровление.

Кроме того, в Израиле создан новый метод компьютерной томографии (КТ) в сочетании с маркировкой Т-клеток наночастицами золота в качестве контрастного агента для КТ. Это позволяет наблюдать, как Т-клетки накапливаются в опухолевом участке, и корректировать иммунотерапию. Новый метод для отслеживания клеток с помощью КТ представляет собой ценный инструмент для исследований и, что еще важнее, для клинического контроля онкологической иммунотерапии.

Лаборатория мембранных и липосомных исследований, кафедра биохимии и молекулярной биологии в израильском институте медицинских исследований фокусируется на разработке и применении нанопрепаратов и нанотехнологий в медицине на основе липосом, начиная от базовых аспектов дизайна лекарственных препаратов, клинических испытаний и вплоть до улучшения уже используемых препаратов.

Специалистами Израиля созданы инъекционные системы доставки лекарств на основе пегилированных, длительно циркулирующих, стабилизированных нано-липосом, заряженных в зависимости от цели амфипатической слабой кислотой, противовоспалительным стероидным лекарством либо противораковым агентом. В данной технологии применяется биоэнергетическая стратегия дистанционной загрузки трансмембранного ионно-градиентного пула, посредством которой липосомы инкапсулируют соль, содержащую либо слабое основание (например, аммоний), либо слабую кислоту (например, ацетат).

Этот метод удаленной загрузки лекарственного средства имеет три основных преимущества:

1. высокая эффективность загрузки лекарств
2. высокое молярное соотношение между лекарственным средством и липидом
3. контролируемое высвобождение лекарственного средства как in vitro, так и in vivo.

Эти нано-препараты специально разработаны для использования в микроанатомической среде воспаленных и раковых тканей: это явление называется эффектом «повышенной проницаемости и удержания». Такие нанотехнологии в медицине приводят к снижению токсичности и повышению эффективности лечения рака и других заболеваний.

Перспективы наномедицины

Продукты наномедицины начали появляться более десяти лет назад, а основными областями применения наномедицины за рубежом являются онкология, заболевания ЦНС, сердечно-сосудистые заболевания и инфекционный контроль. Наномедицина уже хорошо развита. В отличие от некоторых других потенциальных применений нанотехнологий, которые по-прежнему в значительной степени экспериментальны, наномедицина уже внесла значительный вклад в эффективность диагностики и лечения за рубежом.

Возможно, вам будет интересно

Трудно концептуализировать мир, где люди могут манипулировать наноразмерными объектами по своему усмотрению или даже контролировать свой собственный биологический материал на клеточном уровне со светом. Техасский университет в Остине, например, работает с «нанотрубками» - медицинская нанотехнология с использованием света, которая открывает новые возможности для инноваций в области медицины. Они разработали опто-термоэлектрические нанотрубки, которые помогут дать более глубокое пониманию материальных и биологических систем и открыть ряд возможностей для фундаментальных и медицинских инноваций в нанометровом масштабе.

Такие продукты наномедицины, как нанотрубки, применимы к широкому спектру металлических, полупроводниковых, полимерных и диэлектрических наноструктур с заряженными или гидрофобными поверхностями. Созданы кремниевые наносферы, кремниевые гранулы, гранулы полистирола, кремниевые нанопроволки, германиевые нанопроволки и металлические наноструктуры. Манипуляции с живыми клетками и связь между ними, вероятно, будут основной исследовательской направленностью для инженеров, желающих использовать возможности нанотрубок в медицине.

ИНТЕРЕСНО!
Основными типами наноматериалов, используемых в медицинском применении, являются: полупроводниковые наноматериалы, магнитные наноматериалы, наночастицы металлов, углеродные наноматериалы, гидрогелевые нанокомпозиты, липосомы, дендримеры, полимерные нанокомпозиты и биоразлагаемые полимеры.

Наиболее популярные области исследований:

• биосовместимость наноматериалов с живыми организмами в их различных проявлениях;
• нанобиосенсоры для диагностики генетических, метаболических или инфекционных заболеваний;
• целевая доставка лекарств различными модификациями наноматериалов;
• наномедицинские устройства и структуры, нанороботы.

Новые наночастицы все чаще проектируются для диагностики и распознавания патогенов, для того, чтобы идентифицировать фармацевтические агенты для лечения заболеваний, находить, прикреплять или вводить биологические соединения в целевые области. Нанотоксикология фокусируется на оценке токсичности различных наноматериалов, которые уже используются или разрабатываются для медицинского применения.

Спектр применения нанотехнологий в зарубежной медицине постоянно расширяется, и скорее всего уже в ближайшем будущем нанотехнологии радикально изменят лицо современной медицины.