<<
>>

Медицина и фармацевтика

Важной составляющей ключевого фактора шестого технологического уклада являются нанобиотехнологии, объединяющие достижения физики, химии, биологии и медицины. На их основе создаются системы диагностики, разрабатываются высокодисперсные формы лекарственных препаратов и их адресной доставки к пораженным органам, создаются биосовместимые материалы и покрытия для использования в медицинской имплантационной практике, реконструктивной и пластической хирургии.

Осваивается промышленный выпуск тест-систем для ускоренного определения возбудителей социально значимых вирусных и бактериальных заболеваний, токсинов и вредителей сельскохозяйственных культур. Разрабатывается технология для производства нанодиагностикумов на основе инкапсулированных квантовых точек, металлических наночастиц с целью создания новых быстрых и недорогих аналитических методов декодирования последовательности нуклеиновых кислот и белков для нужд медицины, сельского хозяйства, национальной безопасности. Создаются технологии для специфического выявления высокопатогенных вирусов, включая человеческие и птичьи вирусы гриппа, с использованием единого способа детекции, основанного на изменении величины тока в нанопроводах при связывании с ними биообъекта.

В последние годы наблюдается феноменальный рост продаж лекарственных препаратов, разработанных с использованием технологий генной инженерии. Американская компания Genentech (DNA) впервые синтезировала человеческий инсулин, до появления которого больные сахарным диабетом были вынуждены, несмотря на выраженные побочные эффекты, принимать инсулин, выделенный из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота. Это произошло в 1978 г. и считается официальной датой рождения биотехнологии.

Нанобиотехнологии - междисциплинарная область, являющаяся по оценкам экспертов современным лидером по перспективности и темпам развития.

К практическим применениям нанобиотехнологии относятся: увеличение скорости и точности диагностики заболеваний; создание наноструктур для доставки функциональных молекул в клетки-мишени; повышение специфичности и скорости доставки лекарств; миниатюризация биосенсоров путем объединения биологического и электронного компонентов в один мельчайший прибор; способствование развитию экологически чистых производственных процессов.

Американские эксперты выделяют следующий репрезентативный ряд приложений нанотехнологии в биомедицине, состоящий из одиннадцати тем: инженерия живых тканей и регенеративная медицина; биологические наноструктуры; инкапсуляция лекарств и адресная доставка лекарств; молекулярная визуализация; биофотоника; биосовместимые имплантанты; биоаналитические мембраны; молекулярные биосенсоры; биочипы и лаборатории на чипе (lab-on-a-chip); функциональные молекулы: переключатели, насосы, транспортные средства.

Эксперты Европейской комиссии составили следующий перечень наиболее важных, по их мнению, разделов нанобиотехнологий: доставка лекарств; молекулярная визуализация; косметика; создание новых лекарственных средств; методы диагностики; хирургия, в т.ч. трансплантация тканей и органов; тканевая инженерия; пищевые технологии; геномика и протеомика; молекулярные биосенсоры и прочие технологии.

Основные направления развития нанобиоиндустрии на ближайшие пять лет определяются развитием микро- и нанофлюидной техники для точного дозирования и распределения жидкостей и наночастиц в определенном объеме или на поверхности, технологий проведения биохимических реакций в микро- и нанообъемах, и технологий считывания этих сигналов с последующей трансформацией сигнала в последовательность нуклеиновой кислоты. Актуальность развития методов быстрого и недорого анализа биополимеров и особенно ДНК определяется необходимостью совершенствования методов диагностики ранних стадий заболеваний, обеспечения адекватной поддержки персонифицированной медицины и введения мероприятий по своевременному обнаружению и мониторингу инфекционных агентов вирусной и бактериальной природы, а также паразитарных инфекций.

На этой основе планируется создание принципиально новых систем многопараметрического анализа маркеров социально значимых заболеваний человека с использованием инкапсулированных квантовых точек (нанокристаллов) и нанодисперсий металлических наночастиц для одновременной регистрации концентраций белковых и низкомолекулярных маркеров, не превышающих пикомоль/мл. Квантовые точки являются в настоящее время универсальным материалом для адресной цветной маркировки ряда параметров, используемых в диагностике опухолевых процессов, соматических и наследственных генетических патологий, и при проведении морфологических исследований в клинической и научной практике. Ведется разработка технологии создания гибридных биосовместимых наноматериалов на основе неорганических наночастиц и генно-инженерных антител для адресного воздействия на биологические объекты.

Миниатюризация устройств, предназначенных для выявления ранних стадий заболевания, использование в качестве активного диагностического начала - сенсора наноразмерных датчиков (квантовых точек с иммобилизованными антителами, лигандами и другими аффинантами) и одновременное повышение количества определяемых параметров обуславливает чрезвычайный интерес к этому разделу нанобиотехнологии инвестиционных компаний во всем мире.

Одним из ведущих носителей нанобиотехнологий становится фармацевтическая промышленность. В частности, создание высокодисперсных форм лекарственных средств является одним из наиболее перспективных направлений разработки фармакологических и ветеринарных препаратов. Исследования процессов трансдермального и трансбарьерного переноса физиологически активных веществ с помощью липосом и наноэмульсий продемонстрировали на примере даже широко известных и давно применяемых препаратов (антибиотиков, цитостатиков и др.) значительные преимущества этих лекарственных форм с точки зрения увеличения эффективности, снижения токсичности и риска возникновения побочных эффектов, возможности осуществления регулируемого или пролонгированного высвобождения действующего вещества, а также возможности направленной доставки его к пораженному органу или ткани.

Технологии генной инженерии позволяют синтезировать лекарственные препараты с заранее известными свойствами, в отличие от традиционной фармацевтики, которая для разработки новых препаратов вынуждена исследовать свойства десятков тысяч различных химических субстанций. Благодаря новым подходам к разработке лекарственных препаратов, в последние годы мы стали свидетелями революционных прорывов в лечении таких заболеваний как рак, рассеянный склероз, ревматоидный артрит, сахарный диабет, ВИЧ и др.

Большое распространение данные технологии нашли в области косметологии, поскольку получаемые таким способом липосо- мальные косметические препараты обладают отличной способностью к трансдермальному проникновению. Разработаны новые транспортные наносистемы (контейнеры) для доставки лекарств в органы-мишени. Эти разработки позволяют повысить растворимость, биодоступность, терапевтические возможности препаратов, снизить дозы и побочные эффекты, значительно уменьшив лекарственные нагрузки на организм. По некоторым оценкам, довести новое лекарство от идеи до постели больного стоит в США около 800 млн долларов.

Применение нанотехнологий позволяет качественно поднять эффективность многих видов медицинской деятельности. В частности, они позволяют создать материалы, обладающие повышенной биосовместимостью к крови, живым тканям и физиологическому раствору человеческого организма. Потребность в качественных имплантантах только для сердечно - сосудистой хирургии исчисляется 3 - 4 млн. шт. в год. Формирование биосовместимых границ раздела медицинского материала-имплантанта с живыми компонентами организма человека (кровь, плазма крови, физиологический раствор, лимфа и т.д.) требует создания морфологической структуры поверхности имплантанта с такими размерами активных элементов поверхности, которые соответствуют размерам структур этих живых компонентов т.е. в наномасштабном диапазоне.

Соединение нанотехнологий и достижений генной инженерии открывает революционные возможности для регенерирования тканей.

Для создания биоискусственных органов и тканей используются матриксы (носители) для клеток на основе наночастиц. Перспективным направлением является использование стволовых клеток. Стволовая клетка - это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Механизмы, определяющие специализацию клетки, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки. Сегодня существует множество клиник по всему миру, предлагающих лечение стволовыми клетками (СК) огромного количества заболеваний. Компании, занимающиеся стволовыми клетками в мире, представлены на сайте http://www.stem-cell-companies.com. Ранее считалось, что источником стволовых клеток является эмбриональная ткань и костный мозг взрослого человека. Однако в последующем были обнаружены неисчерпаемые запасы стволовых клеток в жировой ткани организма, что сняло этические и медицинские барьеры их широкого применения.

Ожидается, что использование достижений генной инженерии позволит многократно повысить эффективность здравоохранения и фармацевтической промышленности. По данным International Association of Nanotechnology массовое использование нанотехнологий в медицине начнется уже в 2011 - 1015 гг. (рис. 3.18).

<< | >>
Источник: С.Ю.Глазьев. Нанотехнологии как ключевой фактор нового технологического уклада в экономике. 2009

Еще по теме Медицина и фармацевтика:

  1. Структурные изменения
  2. Лекция 31. Производство как подсистема НТР
  3. Характеристика экономико-географического потенциала России
  4. Университет — «двигатель» экономического развития штата
  5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ  
  6. Определения и классификаторы нанотехнологий
  7. Нанотехнологии как ключевой фактор нового технологического уклада
  8. Медицина и фармацевтика
  9. Индикаторы распространения нанотехнологий в производственной сфере
  10. Нанобиотехнология
  11. Проблемы определения используемых понятий
  12. 5.2. Технологии типа от нано к био
  13. Наномедицина
  14. 66. Биотехнология и биоиндустрия
  15. 22. Технопарки и технополисы Западной Европы
  16. 124. География науки в США