Нанотехнологии в медицине. Нанотехнологии в визуализации опухолей реферат

Использование нанотехнологий и наноматериалов для визуализации и терапии злокачественных опухолей

Использование нанотехнологий и наноматериалов…

Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Калужская обл. Использование нанотехнологий и наноматериалов

для визуализации и терапии злокачественных опухолей Проведен анализ типов и характеристик наноматериалов, перспективных или уже используемых в онкологии. Представлены отдельные нанотехнологии с точки зрения их преимуществ и возникающих проблем. Кроме того, исследованы вопросы повышения эффективности диагностики и лечения онкологических заболеваний с помощью наночастиц, которые являются специфическими контейнерами для направленного транспорта лекарственных и контрастных веществ к опухолевому очагу. Исследованы возможные пути дальнейшего повышения функциональности наночастиц для диагностики и терапии опухолей. Смертность и заболеваемость раком в мире уже несколько десятилетий весьма высокая и эти показатели имеют тенденцию к увеличению. Наиболее распространенными подходами в лечении рака являются методы полихимиорадиотерапии и хирургические методы. Как правило, методы химиотерапии обеспечивают неспецифическую доставку противоопухолевых агентов с кровотоком, неадекватную концентрацию лечебных препаратов в ткани опухоли и ограниченные возможности для слежения за результатами лечебных процедур. Более высокая избирательность и лучшая эффективность доставки лекарственных средств к патологическому очагу – вот два основных направления поиска и разработки новых терапевтических агентов и контрастных веществ для успешной терапии и неинвазивной визуализации опухолей. Наиболее эффективный путь –конъюгация лекарственных агентов с моноклональными антителами или другими лигандами, селективно взаимодействующими с антигенами или рецепторами на поверхности опухолевых клеток. Такой подход является частным случаем направленного транспорта веществ в организме к месту их действия. Уже разработаны и с успехом применяются в клинической практике некоторые технологии, использующие этот принцип – например конструирование иммунотоксинов, радиофармпрепаратов на основе антител, иммуноконъюгаты лекарств с антителами [1, 2, 3, 6].

Исследования последних лет в области нанотехнологий снабдили практическую медицину новыми инструментами для диагностики и лечения опухолей. Комплексы на основе наночастиц (далее НЧ) стали использоваться в качестве селективных опухолеспецифических транспортеров (носителей) для доставки лекарственных и диагностических препаратов в опухолевый очаг. Сейчас в мировой клинической практике уже применяется несколько видов лечебно-диагностических препаратов на основе высокоспециализированных наноструктур [4, 5].

На разных стадиях внедрения в качестве средств доставки лекарств находятся многие наносоединения, такие, как липосомы и другие носители на основе липидов (например, липидные эмульсии, комплексы липидов с лекарствами) (табл. 1), конъюгаты лекарств с полимерами, микросферы из белков (наиболее распространены альбуминовые микросферы) и полимеров, мицеллы, иммуноконъюгаты (табл. 2).

Таблица 1

Липосомальные нанопрепараты клинического применения

Таблица 2

Полимерные нанопрепараты клинического применения

Для того, чтобы достичь мишеневых тканей, НЧ должны оставаться в кровотоке достаточно длительное время. НЧ с немодифицированной поверхностью обычно захватываются клетками ретикулоэндотелиальной системы печени и селезенки в процессе их циркуляции в зависимости от размеров и характеристики поверхности. Для преодоления этой проблемы НЧ модифицируют, например покрывают гидрофильными полимерами.

Наночастицы типа квантовых точек (Quantum dot). Исследования последних лет стимулировали развитие нового направления – так называемой молекулярной визуализации (МВ), которое ориентировано на визуализацию биологических процессов в живых системах, в том числе и у пациентов. Направления в области МВ включают такие технологии, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), оптические методы визуализации – к примеру флуоресцентная томография, инфра-красная флуоресценция.

Эти новые методы обладают высокой чувствительностью и неинвазивностью. Полупроводниковые квантовые точки (КТ) представляют собой структуры нанометровых размеров, способные к светоиспусканию с уникальными оптическими и электронными свойствами. Такими, например, как туннельным светоиспусканием, усиленной яркостью свечения, повышенной стабильностью флуоресцентного сигнала, способностью к испусканию флуоресцентного света разной длины волны. Эти свойства квантовых точек позволяют улучшить диагностические возможности при молекулярном изображении примерно в 2 раза [7, 9, 10].

Магнитные НЧ на основе оксидов железа. НЧ с суперпарамагнитными свойствами на основе оксидов железа (ОЖ) являются прекрасным исходным материалом для конструирования магниторезонансных контрастных агентов направленной специфичности. НЧ этого типа обладают уникальными парамагнитными свойствами, позволяющими создать четкий контраст при проведении магниторезонансной компьютерной томографии (МРТ). Кроме того, частицы ОЖ длительно присутствуют в крови, сравнительно слаботоксичны и биодеградируемы [8].

Некоторые НЧ на основе ОЖ уже используются в клинических работах, поскольку их токсичность для человека невелика. Такие НЧ могут поглощаться клетками, т.е. их можно использовать для магнитного “мечения” клеток-мишеней. Это свойство дает НЧ на основе ОЖ большее преимущество для визуализации опухолей и направленного транспорта лекарств в сравнение с другими типами НЧ.

Многофункциональные наночастицы (рис. 1). Современными методами нанотехнологий теперь можно быстро и точно подсчитать опухоле-ассоциированные молекулы в отдельных опухолевых срезах или пробах тканей. К примеру, в одном срезе опухолевой ткани сейчас с помощью КТ выявляются до пяти опухоле-ассоциированных белков. Разработка мультифункциональных НЧ создает базу для индивидуальной противоопухолевой терапии.

Рис. 1. Многофунциональная наночастица

Таким образом, современные технологии и материалы позволяют проводить индивидуальную высокоспецифичную диагностику и лечение онкологических заболеваний у человека.

2. Анохин Ю.Н.,Норец Т.А., Петрова Г.А. и др. // 4 междунар. симп. стран-членов СЭВ по РФП и РИА наборам. Обнинск, 1986. С. 114.

3. Анохин Ю.Н., Норец Т.А., Белорукова Н.В. // Мед. радиология. 1988. № 1. С. 31.

4. Atri M. // J Clin Oncol. 2006. V. 24. P. 3299.

5. Ferrari М. // Nat. Rev. Cancer. 2005. V. 6. P. 5161.

6. Gambhir S.S. // Nat. Rev. Cancer. 2002. № 9. P. 2683.

7. Iagaru A., Masamed R. et al. // Ann. Nucl. Med. 2007. P. 2133.

8. Kjaer A. // Adv. Exp. Med. Biol. 2006. № 58. P. 72.

9. Li K.C., Pandit S.D. et al. // Biomed. Microdevices. 2004. V. 4. P. 6113.

10. Montet X., Montet-Abou K., Reynolds F. et al. // Neoplasia. 2006. № 76. P. 8218.

11. Sapra P., Tyagi P., Allen T.M. // Curr. Drug Deliv. 2005. P. 2369.

12. Wang X.,Yang L., Chen Z. et al. // CA Cancer J. Clin. 2008. P. 13.

www.grandov.ru

Использование нанотехнологий и наноматериалов для визуализации и терапии злокачественных опухолей

Использование нанотехнологий и наноматериалов…

Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Калужская обл. Использование нанотехнологий и наноматериалов

для визуализации и терапии злокачественных опухолей Проведен анализ типов и характеристик наноматериалов, перспективных или уже используемых в онкологии. Представлены отдельные нанотехнологии с точки зрения их преимуществ и возникающих проблем. Кроме того, исследованы вопросы повышения эффективности диагностики и лечения онкологических заболеваний с помощью наночастиц, которые являются специфическими контейнерами для направленного транспорта лекарственных и контрастных веществ к опухолевому очагу. Исследованы возможные пути дальнейшего повышения функциональности наночастиц для диагностики и терапии опухолей. Смертность и заболеваемость раком в мире уже несколько десятилетий весьма высокая и эти показатели имеют тенденцию к увеличению. Наиболее распространенными подходами в лечении рака являются методы полихимиорадиотерапии и хирургические методы. Как правило, методы химиотерапии обеспечивают неспецифическую доставку противоопухолевых агентов с кровотоком, неадекватную концентрацию лечебных препаратов в ткани опухоли и ограниченные возможности для слежения за результатами лечебных процедур. Более высокая избирательность и лучшая эффективность доставки лекарственных средств к патологическому очагу – вот два основных направления поиска и разработки новых терапевтических агентов и контрастных веществ для успешной терапии и неинвазивной визуализации опухолей. Наиболее эффективный путь –конъюгация лекарственных агентов с моноклональными антителами или другими лигандами, селективно взаимодействующими с антигенами или рецепторами на поверхности опухолевых клеток. Такой подход является частным случаем направленного транспорта веществ в организме к месту их действия. Уже разработаны и с успехом применяются в клинической практике некоторые технологии, использующие этот принцип – например конструирование иммунотоксинов, радиофармпрепаратов на основе антител, иммуноконъюгаты лекарств с антителами [1, 2, 3, 6].

Исследования последних лет в области нанотехнологий снабдили практическую медицину новыми инструментами для диагностики и лечения опухолей. Комплексы на основе наночастиц (далее НЧ) стали использоваться в качестве селективных опухолеспецифических транспортеров (носителей) для доставки лекарственных и диагностических препаратов в опухолевый очаг. Сейчас в мировой клинической практике уже применяется несколько видов лечебно-диагностических препаратов на основе высокоспециализированных наноструктур [4, 5].

На разных стадиях внедрения в качестве средств доставки лекарств находятся многие наносоединения, такие, как липосомы и другие носители на основе липидов (например, липидные эмульсии, комплексы липидов с лекарствами) (табл. 1), конъюгаты лекарств с полимерами, микросферы из белков (наиболее распространены альбуминовые микросферы) и полимеров, мицеллы, иммуноконъюгаты (табл. 2).

Таблица 1

Липосомальные нанопрепараты клинического применения

Таблица 2

Полимерные нанопрепараты клинического применения

Для того, чтобы достичь мишеневых тканей, НЧ должны оставаться в кровотоке достаточно длительное время. НЧ с немодифицированной поверхностью обычно захватываются клетками ретикулоэндотелиальной системы печени и селезенки в процессе их циркуляции в зависимости от размеров и характеристики поверхности. Для преодоления этой проблемы НЧ модифицируют, например покрывают гидрофильными полимерами.

Наночастицы типа квантовых точек (Quantum dot). Исследования последних лет стимулировали развитие нового направления – так называемой молекулярной визуализации (МВ), которое ориентировано на визуализацию биологических процессов в живых системах, в том числе и у пациентов. Направления в области МВ включают такие технологии, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), оптические методы визуализации – к примеру флуоресцентная томография, инфра-красная флуоресценция.

Эти новые методы обладают высокой чувствительностью и неинвазивностью. Полупроводниковые квантовые точки (КТ) представляют собой структуры нанометровых размеров, способные к светоиспусканию с уникальными оптическими и электронными свойствами. Такими, например, как туннельным светоиспусканием, усиленной яркостью свечения, повышенной стабильностью флуоресцентного сигнала, способностью к испусканию флуоресцентного света разной длины волны. Эти свойства квантовых точек позволяют улучшить диагностические возможности при молекулярном изображении примерно в 2 раза [7, 9, 10].

Магнитные НЧ на основе оксидов железа. НЧ с суперпарамагнитными свойствами на основе оксидов железа (ОЖ) являются прекрасным исходным материалом для конструирования магниторезонансных контрастных агентов направленной специфичности. НЧ этого типа обладают уникальными парамагнитными свойствами, позволяющими создать четкий контраст при проведении магниторезонансной компьютерной томографии (МРТ). Кроме того, частицы ОЖ длительно присутствуют в крови, сравнительно слаботоксичны и биодеградируемы [8].

Некоторые НЧ на основе ОЖ уже используются в клинических работах, поскольку их токсичность для человека невелика. Такие НЧ могут поглощаться клетками, т.е. их можно использовать для магнитного “мечения” клеток-мишеней. Это свойство дает НЧ на основе ОЖ большее преимущество для визуализации опухолей и направленного транспорта лекарств в сравнение с другими типами НЧ.

Многофункциональные наночастицы (рис. 1). Современными методами нанотехнологий теперь можно быстро и точно подсчитать опухоле-ассоциированные молекулы в отдельных опухолевых срезах или пробах тканей. К примеру, в одном срезе опухолевой ткани сейчас с помощью КТ выявляются до пяти опухоле-ассоциированных белков. Разработка мультифункциональных НЧ создает базу для индивидуальной противоопухолевой терапии.

Рис. 1. Многофунциональная наночастица

Таким образом, современные технологии и материалы позволяют проводить индивидуальную высокоспецифичную диагностику и лечение онкологических заболеваний у человека.

2. Анохин Ю.Н.,Норец Т.А., Петрова Г.А. и др. // 4 междунар. симп. стран-членов СЭВ по РФП и РИА наборам. Обнинск, 1986. С. 114.

3. Анохин Ю.Н., Норец Т.А., Белорукова Н.В. // Мед. радиология. 1988. № 1. С. 31.

4. Atri M. // J Clin Oncol. 2006. V. 24. P. 3299.

5. Ferrari М. // Nat. Rev. Cancer. 2005. V. 6. P. 5161.

6. Gambhir S.S. // Nat. Rev. Cancer. 2002. № 9. P. 2683.

7. Iagaru A., Masamed R. et al. // Ann. Nucl. Med. 2007. P. 2133.

8. Kjaer A. // Adv. Exp. Med. Biol. 2006. № 58. P. 72.

9. Li K.C., Pandit S.D. et al. // Biomed. Microdevices. 2004. V. 4. P. 6113.

10. Montet X., Montet-Abou K., Reynolds F. et al. // Neoplasia. 2006. № 76. P. 8218.

11. Sapra P., Tyagi P., Allen T.M. // Curr. Drug Deliv. 2005. P. 2369.

12. Wang X.,Yang L., Chen Z. et al. // CA Cancer J. Clin. 2008. P. 13.

grandov.ru

Нанотехнологии в диагностике и лечении злокачественных опухолей

Использование нанотехнологий в диагностике и лечении злокачественных опухолей

Целенаправленное применение наночастиц, как ожидается, значительно улучшит методы диагностики и лечение раковых опухолей. Исследователи рака надеются, что применение наночастиц решит такие проблемы как: доставка препарата непосредственно в саму опухоль, стойкая фиксация его в наночастице, и выделение лекарства непосредственно в ядре злокачественной клетки

.

На современном этапе, химиотерапия рака заключается в назначении большого количества цитостатических препаратов, которые циркулируют по всему организму, и лишь небольшая часть которых достигает ядра злокачественных клеток и губит её ДНК. Мало того, что у химиотерапевтических препаратов есть очень серьезные побочные эффекты, главным образом затрагивающие все быстро делящиеся клетки тела, также было показано, что меньше чем 1 % молекул препарата, входит в ячейки опухоли и связывается с ядерной ДНК.

• Другое осложнение – устойчивость раковых клеток к лекарству. Это фактически – одна из главных причин отсутствия успеха в лечении рака. Делящиеся раковые клетки приобретают генетические изменения высокой степени, это означает, что клетки опухоли, которые являются стойкими к специфическому препарату, выживут и умножатся. Результат – перерост опухоли, которая не чувствительна к оригинальному препарату.

Поэтому исследователи рака экспериментируют с наночастицами, способными доставить необходимую дозу препарата, непосредственно в ядро злокачественной клетки.

• Целевые наночастицы состоят из металлических или органических основ сопряженных с биомолекулой. В зависимости от типа рака, исследователи выбирают биомолекулы, которые демонстрируют высокое сродство к конкретным опухолевым клеткам. Биомолекула – это навигационная система, помогающая транспортировать наночастицу в злокачественную клетку.

Антитела и пептиды являются наиболее широко используемыми веществами для этой цели. Однако антитела имеют высокую иммуногенность – то есть, способны вызывать в организме аллергическую реакцию, которая может привести к нежелательным побочным эффектам, и низкую диффузию в тканях. Пептиды с другой стороны, показывают такие свойства как, быстрая очистка крови, повышенная диффузия в тканях и низкая иммуногенность.

• Рагхураман Каннан (Raghuraman Kannan) и Каттеш Катти (Kattesh Katti) из университета Миссури провели систематическое исследование и проектирование наночастиц из золота для лечения раковых заболеваний. Недавним результатом этой работы, был проект нового, основанного на пептиде, нановектора, для того, чтобы нести лекарственные препараты в участки раковых клеток. Этот векторный проект основывается на высокой близости, которую показывает пептид бомбезин к гастрин-пептиду (ГП). Так как рецепторы ГП часто встречаются во многих раковых образованиях, исследователи выдвинули гипотезу, что пептид бомбезина может действовать как транспортное средство, чтобы поставлять золотые наночастицы к определенным участкам опухоли.

«В нашей недавней работе мы соеденили золотую наночастицу с пептидом бомбезином» говорит Рагхураман Каннан (Raghuraman Kannan). «Мы продемонстрировали, что наш золотой сопряженный нанород-бомбезин, может усвоиться в пределах рецептора гастрин-пептида, находящегося в клетки опухоли. Мы полагаем, что эти исследования обладают реальным клиническим значением»

Рагхураман Каннан (Raghuraman Kannan) – доцент отдела Радиологии, и директор Ядерного производства наночастиц в университете Миссури (Колумбия), вместе со своими сотрудниками Nripen Chanda, Ravi Shukla, и Kattesh V. Katti, полагает, что избирательное нацеливание золотого нанород-бомбезина, обеспечивают беспрецедентные возможности использования этих веществ в терапии раковых заболеваний.

• Поскольку эти наночастицы показывают избирательное действие на раковые клетки, не нанося ущерба здоровым клеткам (они не свидетельствуют о каком-либо сродстве по отношению к ним), их потенциал в мире наномедицины очень значителен. Будущее применение таких наночастиц может включать как методы визуализации, такие как компьютерная и оптическая томография, где золотые наночастицы можно использовать в качестве агентов по контрастности изображений, так и в непосредственном лечении опухоли. Группа сообщила о своих выводах 7 апреля 2009 год в издании Nano Letters.

Стабильность и близость наночастиц к клеткам опухоли – два важных параметра оценки их в естественных условиях. Степень стабильности является ключевой в определении, может ли вещество использоваться в естественной среде. Степень близости к клеткам опухоли, обозначает, действительно ли, данная наночастица поразит определённую клетку опухоли.

• «Мы исследовали эти два параметра для нашего золотого нанорода,» говорит Каннан. "Относительно стабильности мы установили, что добавляя тиоктиковую кислоту мы можем добавить большую устойчивость в средах организма. Относительно близости наши исследования обеспечиваются количественными данными, точно оценивающими, что степень сродства к клеткам опухоли очень высока.

Kаннан объясняет, что один из самых важных факторов в развитии наночастиц, для лекарственной индустрии – так называемая ценность IC50 – половина максимальной запрещающей концентрации. Этот показатель предоставляет решающую информацию об эффективности состава для подавления биологического или биохимического процесса.

«Удивительно, что существует очень мало надёжных методов, доступных для оценки показателя IC50 в отношении наночастиц, так как оценка IC50 считают шагом 1 для того, чтобы разработать новые лекарства, " говорит Kaннан. "В нашей недавней работе мы развили новый метод для оценки IC50 для золотых нанородов. Эта количественная оценка показывает какое количество микрограмм наночастиц эффективно присоединится к специфическим рецепторам клеток. Используя это число мы можем сравнить эффективность различного наноконьюгата.»

В целом, есть несколько интересных результатов, полученных из университета Миссури:

• 1) С точки зрения химии, это – использование тиоктикого кислотного скелета как компоновщика, чтобы соеденить золотого нанорода с пептидом
• 2) с точки зрения стабильности получается так, что из-за тиоктиковой кислоты, соеденение имело высокий уровень стабильности в молекуле с золотым нанородом
• 3) с точки зрения эффективности препарата, это – развитие нового метода для оценки показателя IC50 для золотых наночастиц.

http://medforce.ru/…puholey.html

www.nanonewsnet.ru

Нанотехнологии в медицине - Статьи

// // Яндекс Дзен: база знаний //

Такая сфера знаний, как нанотехнологии в медицине, сравнительно молодая. Сам термин появился сравнительно недавно, немногим более 15 лет назад и направление это в настоящее время находится в стадии становления. Её методы только выходят из лабораторий, а большая их часть пока существует только в виде проектов. Однако, согласно мнению большинства экспертов, именно методы нанотехнологий в медицине станут основополагающими в 21 веке. Так, например, Американский Национальный институт здоровья включил наномедицину в пятерку самых приоритетных областей развития медицины в XXI веке.

Как все начиналось

Конечно, реалии наномедицины не вполне соответствуют мечтам Фейнмана. Бум кремниевой электроники 80-х предоставил химикам инструменты, необходимые для манипулирования веществом на молекулярном уровне. Однако тогда ученые не думали о возможном развитии биомедицины. «Мы тогда по сути играли, просто потому, что у нас была такая возможность», - говорит один из первопроходцев нанотехнологий, химик из университета Калифорнии Пол Аливизатос. Одним из наиболее примечательных его направлений стала работа с фуллеренами. «Я полагаю, что тогда стало очевидным, как много бы можем сделать в области медицины», - вспоминает ученый, - «Постоянно появлялось что-то неожиданное, например, использование фуллеренов в качестве носителей лекарств».

Многие открытия в сфере нанотехнологий в медицине были сделаны неожиданно. В середине 90-х профессор-фармаколог из Аризоны Фолькмар Вайссиг обнаружил, что хорошо известное композитное вещество может самособираться в пустотелую сферу диаметром 50 нм, сходную с липосомами и что такая сфера может доставлять ДНК или другой груз сквозь клеточную мембрану к митохондрии. В тот момент его это не заинтересовал, однако несколько лет спустя специалисты связали ряд заболеваний с неправильной работой митохондрий и теперь различные группы ученых занимаются разработкой точечной доставки вещества к митохондриям по методу Вайссига.

Варрен Чан из университета Торонто занимался квантовыми точками, наночастицами на основе кадмия диаметром от 1 до 6 нм, которые другие исследователи пытали применить для создания солнечных элементов. Однако Чан обнаружил, что эти точки, которые испускают свет различной длины волны, проще говоря, разного цвета в зависимости от размера, можно «прилепить» к белкам в клетке и сделать из них прекрасный инструмент диагностики. Они дают свечение в десять раз сильнее использовавшихся ранее веществ и гораздо менее подвержены фотообесцвечиванию, так что они работают намного дольше. В настоящее время практически каждый крупный университет проводит эксперименты с квантовыми точками в органических средах.

Скорый товарный с нанолекарствами

Нанотехнологии в медицине у большинства ассоциируются с нанороботами. Наиболее известным и многообещающим направлением наномедицины является точечная доставка лекарств. Идею ее мы уже обрисовали – наночастица выступает в роли носителя нескольких молекул препарата, которые доставляются непосредственно к пораженному участку.

Одной из целевых областей точечной доставки является рак. Возможно, именно нанотехнологии станут панацеей от этой страшной болезни. Главной идеей является инициация апоптоза, сокращения числа раковых клеток, с помощью точеной доставки цитотоксинов - особого вида антител, повреждающих клетки при их взаимодействии с их антигенами,или нарушающих работу клеток РНК, так что при этом не повреждаются здоровые клетки, что обычно происходит при современных методах лечения рака. Наночастицы можно создавать таким образом, что иммунная система не будет обнаруживать и отторгать их. Для этого используются тяжелые металлы, такие, как золото или кадмий, которые, вследствие их высокого соотношения площади поверхности к объему легко покрыть нуклеиновыми кислотами и белками.

Большая часть испытаний таких технологий пока проводится на лабораторных животных, но кое-что и на людях. Так, система доставки на золотых частицах для фактора некроза опухоли-α made находится уже во второй фазе клинических испытаний. Обычно этот препарат вводят малыми дозами из-за его высокой токсичности, однако когда его доставляют наночастицы, препарат высвобождается непосредственно в опухолевые клетки, так что дозировку можно радикально увеличивать.

О том, как оценивают перспективы лекарств с модифицированной системой доставки специалисты, можно судить по тому, что в настоящее время доля рынка таких лекарств составляет 20% от общего объема рынка фармпрепаратов.

Система доставки лекарств может применяться также для переноски фрагментов ДНК, содержащих ген, задача которого – выполнить ту или иную операцию, отрегулировать, запустить или приостановить тот или иной биологический механизм. К примеру, у людей, больных диабетом, тромбофлебитом, есть возникают трофические язвы. Они появляются вследствие нарушений кровоснабжения и приводят к некрозу тканей. Как правило, это приводит к ампутации конечности или к летальному исходу. Однако инновационная медицина предлагает следующее решение: мы можем взять известный нам  ген прорастания сосудов, который по ряду причин у этих людей не работает, синтезировать его, а затем ввести в больную ткань. Для выполнения последней операции мы моместим ген в наночастицу, окружим специальными веществами, которые легко разрушаются, придаем гену вид вируса, потому что наши клетки умеют захватывать вирус. В итоге ген под видом вируса подходит к клетке, она его захватывает и несет внутрь, в ядро. В ядре синтезированного гена считывается информация, вследствие чего начинает стимулироваться рост сосудов. В течение пары месяцев у человека вырастают новые сосуды и ампутации удается избежать.

В России разработки систем адресной доставки ведутся по двум направлениям: пассивный направленный транспорт (облегченное проникновение естественных барьеров) и специфическая доставка («узнавание» патологической ткани), что отвечает мировому уровню развития исследований в этой области. Практические результаты уже в ближайшее время могут быть достигнуты в области использования фос-фолипидных частиц, липосом и фуллеренов в качестве контейнеров для доставки препаратов (в том числе вакцин). В долгосрочной перспективе существующий в России научный задел позволяет довести до коммерческих прототипов специфические системы доставки на основе антител или аптамеров, способных избирательно связываться с патологически измененными клетками.

Подсветка изнутри

Немало привлекает ученых потенциал нанотехнологий для диагностики. Инновационные технологии предоставляют возможность детального отслеживания роста опухолей и перемещения химических веществ. Использование определенных типов наночастиц позволяет осуществлять прижизненную визуализацию отдельных патологически измененных клеток и даже молекул, являющихся маркерами распространенных заболеваний. Также флуоресцентные наночастицы могут накапливаться в опухолевых тканях, что облегчит работу вырезающего их хирурга, который будет видеть невооруженным глазом, не пропустил ли он где-то участки метастазов.

За прошлые несколько десятилетий методы визуализации стали решающим инструментом в постановке диагноза болезни. Однако нанотехнологии могут еще более улучшить работу с ядерно-магнитным резонансом и компьютерной томографией, дав им возможности, находящиеся далеко за пределами современного диагностического оборудования.

Контрастное вещество для молекулярной диагностики состоит из наночастиц, с которыми соединены визуализирующие компоненты и определенные антитела либо какие-нибудь другие молекулы, способные отыскать цель. Когда контрастное вещество вводится в кровеносное русло, его поисковые компоненты взаимодействуют с целевыми структурами на поверхности больной клетки по принципу «ключ-замок», и визуализирующие компоненты попадают в больные ткани. После этого остается «считать» визуализированную информацию. Одна европейская компания разрабатывает контрастные вещества на основе наноэмульсии перфторкарбона, каждая капелька которой несет по нескольку тысяч атомов гадолиниума. Таким образом, резко повышается контрастность.

Сложные молекулярные контрастные вещества, создаваемые на основе нанотехнолоий, пока еще не доступны для клинической практики, однако уже внедрены простые контрастные вещества, которые состоят из наночастиц окиси железа. Они обеспечивают высокую контрастность в диагностике заболеваний печени.

Вопросы внутренней безопасности

Впрочем, на фоне радужных перспектив наномедицины раздаются осторожные голоса, предупреждающие о возможной токсичности лечения наночастицами. Некоторые исследования, проведенные на клеточных культурах, показали, что наночастицы являются цитотоксинами. Впрочем, опыты на животных не позволяют однозначно прийти к такому выводу. Исследователи объясняют это тем, то при опытах на клеточных культурах вводилось слишком большое количество наночастиц. В этой связи мы можем сослаться на мнение академика РАН, декана факультета фундаментальной медицины МГУ Всеволода Арсеньевича Ткачука. «Мы можем сделать так, чтобы наночастицы двигались не хаотично, а направленно, разумно, так мы обеспечим доставку лекарства в нужную часть клетки, - рассказывает академик, - но есть и ряд проблем, связанных с наночастицами. Дело в том, что, когда вещество измельчаешь, оно приобретает новые свойства, которые могут быть вредны. Например, они могут вызвать агрегацию белков, изменение структуры белков. Но агрегации можно избежать, если правильно сконструировать наночастицу, задать правильный заряд и размер, придать нужную шероховатость или выбрать верную дозу. Парацельс сказал, что «все в мире есть яд, и лишь только доля делает вещество безопасным». Для этого мы их тщательно проверяем, прежде чем использовать. Смотрим, как они влияют на морфологию, структуру, на деление, движение, на жизнь клетки».

Другой аспект, который вызывает озабоченность испытателей – последствия накопления в организме неразложимых металлов, из которых состоят наночастицы. Возможным решением этой проблемы станут саморазлагающиеся частицы.

Несмотря на все опасения, перспективы наномедицины в целом остаются обнадеживающими. Оптимисты предсказывают, что в скором времени ученым удастся объединить уже созданные по отдельности элементы, такие, как двигатели, манипуляторы, грузовой отсек в виде нанокапсул, и создать полноценного наноробота, который будет перемещаться по организму и диагностировать болезнетворные процессы, очищать кровь, улучшать работу клеток, регулировать баланс веществ, уничтожать инфекцию и больные клетки, а возможно – чем черт не шутит – позволит нам не стареть.

nanodigest.ru

Смотрите также

• 
  Сущность и природа лидерства реферат
• 
  Реферат традиции и обычаи франции
• 
  Экологическое состояние реки дон реферат
• 
  Экологические аспекты организационного поведения реферат
• 
  Русская православная церковь сегодня реферат
• 
  Реферат история зарождения легкой атлетики
• 
  Педагогическое образование в японии реферат
• 
  Общество основы философского анализа реферат
• 
  Мсэ при хроническом пиелонефрите реферат
• 
  Методы исследования голосового аппарата реферат
• 
  Информационная безопасность в сша реферат