<<
>>

Медицина и фармакология

Нанобиотехнология возникает на границе НТ и биотехнологии (Hartmann, 2003), поэтому следует разграничивать направления био к-нано и нано-кбио, для наиболее эффективного использования принципов биологии (молекулярная самоорганизация, биологическое исправление дефектов и т.

п.) и биологических компонентов (молекулярные двигатели, биофункцио- нальные молекулы и т. п.) в технических системах. Проблема заключается в рациональном внедрении нанотехнологических методов и материалов при манипуляциях с биологическими системами, а также в разработке биосовместимых поверхностей раздела, особенно для уже получившей известность системы направленной доставки лекарственных препаратов внутри организма.

Направление от био-к-нано связано, в основном, с научными исследованиями, в то время как в области разработок от нано-к био существует уже целый ряд промышленно значимых проектов. Собственно говоря, в медицине уже давно используются препараты, которые по сегодняшним понятиям следует относить к НТ, поэтому, образно говоря, следует задуматься о том, чтобы снабдить биокатализаторы «разумом*, то есть придумать методику, при которой требуемые лекарственные препараты получили бы способность самостоятельно, направленно и специфически «добираться» до предназначенного места или органа. Преимущества такого подхода очевидны, так как медикаменты действуют при этом лишь на ограниченную заболеванием область, а не на весь организм в целом. Уже давно в медицине с этой целью используются липосомы (для химиотерапии), а также нуклеиновые кислоты при генной терапии. Напомним, что липосомы могут представлять собой искусственно изготовляемые «транспортные средства», которые могут быть «нагружены» различными биокатализаторами или другими лекарственными препаратами, которые при этом почти не восприимчивы к внешним воздействиям (для описания целенаправленного связывания препарата внутри молекулы или структуры возник даже специальный термин «капсулирование»).

Этот подход позволяет во многом решить очень старую и важную проблему медицины и фармакологии, связанную с введением в организм водонерастворимых препаратов. Более того, применение наносистем для направленной доставки препаратов в организме позволяет решить и более сложную задачу, а именно — регулирование поступления препарата в кровь для продления его действия или снижения токсичности (например, за счет изменения поверхности и т. п.). Строение и свойства липосом можно варьировать, изменяя внешние условия (например, при некоторых значениях pH они начинают пропускать воду, что позволяет как-то управлять процессами выделения биоактивных препаратов). В настоящее время с этой целью разрабатывается целый ряд наночастиц (включая неорганические), на основе которых скоро будут выпускаться коммерческие продукты. Возможность преодоления биологических барьеров организ

ма за счет использования «носителей» и целевая доставка препаратов в требуемые органы и ткани делают наночастицы очень перспективным материалом для диагностики. Например, с помощью специальных «молекул-акцепторов», которые специфически связываются с раковыми клетками, можно точно локализовать опухолевые образования, используя для регистрации этих молекул методы рентгеновского, магнитно-резонансного или радиоактивного контраста. [Читатель, заинтересовавшийся строением клеточных мембран и липосом, а также проблемами их фармакологического использования, может обратиться к книге М. Накагаки, Физическая химия мембран, М., Мир, 1991. — Прим, ред.]

Еще одно широкое направление в подходе от нано-к-био связано с разработками биофункциональных и биосовместимых конструкционных материалов, в частности для столь популярных сейчас имплантантов. Новые материалы позволяют обеспечивать лучшее механическое закрепление имплантантов, препятствуют накоплению биологического материала в протезах кровеносных сосудов и т. п.

Все большую ценность приобретают так называемые биоцидные материалы. Например, еще 3000 лет назад было известно, что серебро обладает биоцидным и бактерицидным действием, а сегодня уже точно известно, что положительно заряженные ионы серебра разрушают ферменты, доставляют питательные вещества в клетки, дестабилизируют элементы клеток (мембрану, плазму и оболочки), а также нарушают процессы деления клетки.

Биоцидный эффект наночастиц серебра зачастую превосходит воздействие антибиотиков, и уже сейчас создаются наноструктурные серебряные покрытия для медицинских инструментов, а также других связанных с медициной н гигиеной изделий (производство продуктов питания, домашнее хозяйство, косметическая промышленность, текстильные волокна, фильтры и т. п.).

Стоматология — еще одна сфера применения инновационных нанотехнологических продуктов. Чистка зубов сводится к сложному процессу шлифовки, в котором важно, чтобы средство шлифовки было мягче зубной эмали, но тверже загрязняющих частиц. Медики возлагают большие надежды на создание новых паст, позволяющих не только очищать поверхность зубной эмали, но и способствовать ее эффективной регенерации. Особое внимание привлекают пасты на основе наноразмерных

частиц гидроксил-апатита (Са5Н013Р3), использование которых дает следующие преимущества: лечение поврежденных мест эмали осуществляется материалами, которые идентичны природным; выравнивание поверхности эмали зубов после чистки; высокий эффект очистки.

Наряду с названными конкретными применениями, существуют и другие, весьма перспективные возможности создания имплантируемых систем из наноструктур для различных медицинских целей, включая управляемое выделение препаратов и непрерывный контроль за медико-биологическими показателями человеческого организма. По мнению экспертов, в ближайшие пять-десять лет в подходе от нано-кбио будут реально осуществлены следующие существенные разработки: ваноразмерные биодатчики будут использоваться для измерения физических параметров внутри организма с целью диагностики и управления терапевтическими мерами извне; имплантируемые, вживляемые или вводимые в кровеносную систему биочипы, управляемые извне, позволят контролировать продолжительность и механизм действия биологически активных веществ и катализаторов; микроскопические устройства и датчики сложного типа (включающие в себя наноразмерные клапаны, насосы, манипуляторы и т.

п.) можно будет не только вводить внутрь организма, но и управлять ими извне, используя электронику; наночастицы с введенными в них препаратами сделают возможной точную доставку и выделение требуемых лекарственных соединений, а также позволят получать подробную информацию о состоянии пораженных органов и тканей. В качестве связующих, носителей и маркеров станут применяться изотопы или магнитные частицы, обнаруживаемые при помощи магнитно-резонансной томографии; наноструктурные биокатализаторы станут основой новых покрытий, а также материалов, обеспечивающих биосовместимость тканей организма с протезами или имплантантами. Снижение остроты реакций отторжения будет иметь огромное значение для развития восстанавливающей хирургии, замены органов и тканевой инженерии.

Выше уже упоминалось, что многие проекты в подходе от био-к-нано еще остаются далекими от реализации. Идея подхода состоит в подражании принципам строения биологических систем и создания на этой основе новых материалов или устройств. Иными словами, в этом подходе исследователи пытаются воспроизвести технически те достижения и материалы, которые были выработаны природой за огромные времена биологической эволюции. Например, давно известно, что нити паутины (синтезируемой пауками из протеинов и воды) обладают невероятной прочностью (примерно в 100 раз превосходящей прочность стали)) и столь же невероятной способностью к растяжению (примерно в 40 раз превосходящей растяжимость нейлона!). [С новейшими нанотехнологическими проблемами, связанными с исследованиями паутины, читатель может ознакомиться по статье Ю. Евдокимова «Наноискусство пауков» в научном приложении «НГ-наука» к «Независимой газете» от 26.12.2007, с. 15. — Прим, ред.] Выше уже упоминались и другие примеры научной оптимизации существующих биологических систем (например, структура листа лотоса или строение молекулярных двигателей), лежащие на грани доступной нам миниатюризации биологических структур.

Выводы: В медицине и фармакологии уже возникло много вариантов практического использования наноструктур, так что потенциал роста НТ выглядит весьма внушительно. В настоящее время для промышленности основной интерес представляют разработки на основе подхода от нано-к-био, в то время как применения типа от био к-нано будут реализованы, по всей вероятности, лишь в будущем. НТ может извлечь много примеров для подражания в так называемой бионике. Основные перспективы развития НТ сегодня связаны с созданием новых биологических (точнее, биофункциональных) материалов, а также частиц и устройств на их основе. 

<< | >>
Источник: Хартманн У.. Очарование нанотехнологии. 2008

Еще по теме Медицина и фармакология:

  1. Сотрудничество в области образования.
  2. Другие сферы научно-технического сотрудничества.
  3. 1.4 Химический состав ламинарии и особенности ее применения в хлебопекарных технологиях и других отраслях
  4. АГЕНТСТВО ПОЛНОГО ЦИКЛА
  5. Фонтенель и возникновение сциентизма
  6. Литература
  7. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА
  8. УБИЙСТВО ДЕЯТЕЛЕЙ СОВЕТСКОГО ГОСУДАРСТВА С.М. КИРОВА, В.Р. МЕНЖИНСКОГО, В.В. КУЙБЫШЕВА, А.М. ГОРЬКОГО
  9. Приложение З О ПЕРЕЧНЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ ИЗДАНИЙ
  10. Приложение 6
  11. Рекомбинация компетенций сообщества как ресурс экономического развития
  12. Амбулаторно-поликлиническая помощь, в том числе вусловиях дневного стационара и стационара на дому
  13. Стационарная помощь, в том числе в условиях дневногостационара