Исследования в области медицины

Нанотехнологии в медицине

Доставить требуемую дозу вакцины или лекарственных препаратов «точно в цель» – достаточно непростая задача. Традиционно медицина использует для этих целей – таблетки, капсулы, иглы (шприц или капельницу), которые поставляют в организм больного существенные объёмы действующего вещества, зачастую «затрагивающего» здоровые клетки и целые органы. Минимизировать ресурсы и риски способны новые разработки, которые вводят требуемое количество препарата только там, где это необходимо, без глотания пилюль и неприятных уколов!

Содержание статьи
    • Нанотехнологии в медицине
    На помощь учёным, пришли инновационные нанотехнологии с «интеллектуальными» наночастицами – самостоятельными объектами размером от 1 до 100 нанометров с заданной атомарной структурой, выступающими в роли «транспортных средств» для доставки активных действующих компонентов лекарственных препаратов, воздействующих непосредственно на источник болезни. Что представляют собой сегодня эти передовые технологии клинической терапии?

    Вакцинация

    Инженер-биомедик Катаржина Савицкая из университета в Стоуни Брук на основании многолетних исследований разработала весьма перспективный способ доставки вакцины в кровь человека. Её «Immuno-Matrix» представляет собой неинвазивный пластырь, использующий нановолокна для поставки вакцины сквозь кожный покров. Проблема доставки через кожу заключается в том, что кожа обладает достаточно «умным» природным барьером – в обычных условиях она пропускает сквозь себя объекты с атомной молекулярной массой до 500 Дальтон. С помощью специального абсорбента – полимера поливинилпирролидона, в сочетании с различными видами вакцин, ей удалось поднять «порог пропускной способности» до уровня молекул, которые в 250 раз крупнее. Сам абсорбент обладает способностью высасывать жидкость из кожи, широко раскрывая её поры, которые затем буквально впитывают препарат, обходя защитный барьер.

    Преимущества новинки очевидны – кроме того, что полностью отсутствуют болевые ощущения, они очень компактны и легко транспортируются в больших объемах на огромные расстояния, стабильны при комнатной температуре и способны храниться без специальных холодильников вплоть до 8-10 недель (что особенно важно при возникновении массовых эпидемий или стихийных бедствий). Пластырь успешно протестирован, и уже используется для борьбы с гриппом, коклюшем, сибирской язвой, и многими другими опасными вирусными инфекциями. И, несмотря на то, что разработка находится ещё на стадии патентного оформления – многие известные фармацевтические компании уже выразили своё намерение вывести её на международный уровень.

    Лечение рака

    Над аналогичным проектом «NanJect» работают исследователи из Йоркского университета в Торонто. Разработанный ими нанопластырь способен доставлять в организм определённые дозы лекарственного вещества с помощью наночастиц (размером менее 20 нанометров), которые самостоятельно находят поражённые клетки, взаимодействуют с ними, и после разрушения последних выводятся с остатками клеточного распада без всяких последствий. В первую очередь целью канадских медиков является борьба с раком. В отличие от традиционных средств химиотерапии, являющихся неотъемлемой частью лечения в таких случаях, предложенное решение способно находить и уничтожать раковые клетки даже на ранних стадиях, оставляя здоровые – нетронутыми.

    Наночастицы

    Одной из самых серьёзной проблем, противодействием которой наука пока не располагает, является респираторно-синцитиальный вирус (RSV) – опасная инфекция дыхательных путей у новорожденных и детей, вызванная белком F-вариона, позволяющая вирусу с его помощью проникать в клетки, вызывая плазматическое слияние мембран с соседними клетками.

    Группа американских ученых разработала новый метод вакцинации, с доставкой мембраны белка этого вируса к клеткам иммунной системы нанотрубками. Покрытые тонким слоем золота они обладают уникальной способностью – не только имитировать поведение самого вируса и доставлять к клеткам особые виды белка, но и мгновенно стимулировать ответную реакцию самой иммунной системы, оставаясь безвредными. Таким образом, организм «учится запоминать» процесс инфицирования вирусом и своевременно реагировать на него. Специалисты полагают, что результаты борьбы с ним открывают громадные перспективы в плане разработки вакцин и новых методов вакцинации практически против любых известных инфекционных заболеваний (включая грибковые и бактериальные).

    Операции на клетках

    Что, если сами иглы будут «биороботами» размером в несколько нанометров? В этом случае они смогли бы полностью изменить наше представление о возможностях медицины на клеточном уровне!

    • «Транспортировка» молекулярных частиц внутрь клеточного ядра, имеющего свою дополнительную мембрану, препятствующую их проникновению – неимоверно сложная задача! Наноиглы, позволяющие проникать сквозь мембрану точно в заданную область ядра с помощью микроимпульсов – созданы специалистами Иллинойского университета. Покрытие нанотрубок толщиной в 50 нм тончайшим слоем нанозолота, позволило устройству доставлять «полезную нагрузку» (квантовые точки), отделяемую с их поверхности электрическим зарядом, с одновременной диффузией по всему телу ядра. Представленное техническое решение является интегрированным и многофункциональным, включая в себя: механический зонд, электрод и систему химической доставки, которые участвуют во всех процессах клеточного уровня.

    • Активизация формирования новых кровеносных сосудов – наиболее актуальная задача современности. В нормальных условиях этот процесс (называемый ангиогенезом) проявляется умеренной интенсивностью и активизируется лишь при ликвидации очагов воспаления, образовании рубцов или регенерации повреждённых тканей. В случае же злокачественных образований наоборот – течение неуправляемо интенсивно и постоянно, приводящее к образованию метастаз с ускоренным распространением. Управление этим процессом позволило бы врачам эффективно бороться не только с различными формами онкологии, но и решить ряд проблем с пересадкой органов, в борьбе с ишемической болезнью сердца и поражением коронарных артерий.

    Значительный шаг на пути решения этой проблемы сделан совместной командой специалистов Хьюстонского НИИ и Имперского колледжа в Лондоне – им удалось создать биологически разлагаемые наноиглы из кремния. Их острые концы, проникая сквозь клеточную мембрану, абсолютно не повреждают её, а пористая структура позволяет «доставлять» требуемое количество нуклеиновых кислот непосредственно внутрь. Благодаря чему, только за первую неделю экспериментов, рост формирования кровеносных сосудов в мышечной ткани был увеличен в шесть раз, без проявлений воспалительных процессов и различных побочных эффектов. Другой потенциальной областью их применения может являться «перепрограммирование» поврежденных клеток на естественную регенерацию и самовосстановление с полным возвращением функциональных способностей.