Нанотехнологии в медицине

Втр, 03/25/2014 - 19:50

Атомно-силовой микроскоп XE-120.

Дендример, к внешней оболочке которого прикреплены молекулы фолиевой кислоты (фиолетовые), прилипает только к раковым клеткам. Светящиеся молекулы флюоресцеина (зеленые) позволяют обнаружить эти клетки, молекулы метотрексата (красные) убивают раковые клетки. Это дает возможность избирательно убивать только раковые клетки

Наноробот удаляет отложения в кровеносных сосудах. Фантазия художника

Респироциты Фрайтаса

-

Существует поразительно сложный мир малых форм,
и когда-нибудь люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто не относился серьезно к исследованиям этого мира.
Р. Фейнман

Общие тенденции

На первом этапе развитие нанотехнологии определялось в основном созданием устройств зондовой микроскопии.
Не секрет, что биологические микроскопы, стереомикроскопы, металлографические и поляризационные микроскопы лучше искать на http://micromed-spb.ru/.
Ведь для того, чтобы что-то сделать, нужны инструменты, а эти устройства являются своеобразными глазами и руками нанотехнолога. В наше время прогресс в области нанотехнологии связан, в основном, с разработкой наноматериалов для аэрокосмической, автомобильной, электронной промышленности, но не ограничивается этими сферами. Все чаще нанотехнологии внедряют в медицину.

Это связано с тем, что современная технология позволяет работать с веществом в масштабах, характерных для основных биологических структур — клеток и их составных частей (органелл) и молекул. Так что о наномедицине как об отрасли медицины уже можно смело говорить. Отрадно, что мы учимся ремонтировать не только машины, но и живые организмы.

Впервые мысль о применении микроскопических устройств в медицине была высказана в 1959 г. Р. Фейнманом в своей знаменитой лекции «Там внизу — много места». Но только в последние несколько лет предложения Фейнмана начали приближаться к реальности.

Сегодня мы не так далеки от описанного Фейнманом микроробота, способного через кровеносную систему проникнуть внутрь сердца и произвести там операцию на клапане. Смелые шаги в этом направлении предпринимаются, и нанороботы стали предметом разговоров не только писателей-фантастов, но и ученых-прагматистов (о нанороботах написано в конце данной статьи).
Среди основных перспектив для «нано» в медицине отметим следующие направления:

1. Биологические наночипы, помогающие проводить диагностику соматических и инфекционных заболеваний, в том числе видовую идентификацию возбудителей особо опасных инфекций и токсинов.
2. Наночастицы, использующиеся как лекарственные препараты нового поколения, а также как контейнеры для адресной доставки медикаментов в клетки-мишени.
3. Медицинские нанороботы, устраняющие дефекты в организме больного человека путем управляемых нанохирургических вмешательств.
4. Создание искусственных органов.
5. Создание принципиально новых типов перевязочных материалов с антимикробной, противовирусной и противовоспалительной активностью.
6. Бессмертие или устранение такого свойственного каждому человеку «ограничения», как время жизни.

Что имеем…

Уже достигнуты определенные результаты в ряде направлений наномедицины. Например, получены материалы с наночастицами серебра, обладающие антибактериальными свойствами. Они применяются в медицине для борьбы со стафилококками и другими бактериями в виде красок, бесхлорных средств дезинфекции, перевязочных материалов, лака для покрытия катетеров и т.д. Такие материалы используют в сельском хозяйстве, например, в доильных аппаратах, решают проблему загрязнения фильтров любых кондиционеров.

Так, применение наночастиц серебра и висмута может оказаться полезным при лечении таких заболеваний, как трофические язвы (время заживания раны сокращается в несколько раз), гнойный остеомиелит, бактериальный вагиноз, различного вида ожоговые раны, лорзаболевания в детском возрасте.

Прямыми экспериментами было показано, что наночастицы серебра размером от 1 до 10 нанометров являются эффективными ингибиторами вируса иммунодефицита человека и пригодны для лечения ВИЧ-заболеваний.

На примере индометацина было продемонстрировано, что наночастицы лекарственных веществ, получаемые методом контролируемой сублимации, могут быть использованы для введения препаратов через дыхательные пути. Это позволяет снизить на несколько порядков дозу препарата для получения того же терапевтического эффекта этого противовоспалительного препарата.

Особый интерес представляет большая активность наночастиц висмута к бактериям типа картофельной палочки, что важно не только для медицины, но и для смежных областей, например, для сохранения от порчи зерна при его переработке, что является важной проблемой зернового хозяйства.
Касаясь использования медикаментов, созданных и готовых к серийному производству в нашей стране, нельзя не отметить лекарственные препараты на основе серебра для их применения в медицине и ветеринарии. Производимые предприятием НПЦ «Вектор-Вита» препараты прошли испытания во многих организациях России, используются при лечении широкого спектра заболеваний, благодаря противовирусной и противогрибковой активности частиц препарата размером в несколько нанометров. Они награждены медалями на международных выставках. Однако их применение встречает трудности в силу чрезмерной бюрократизации на пути внедрения препарата в практику.

Благодаря дендримерам…

Как утверждают ученые из университета штата Мичиган, настанет тот день, когда с помощью нанотехнологий в кровяные клетки человека можно будет встраивать микроскопические датчики, предупреждающие о появлении первых признаков радиационной угрозы или развития болезни.
На протяжении последних лет сотрудники Центра биологических нанотехнологий под руководством доктора Джеймса Бэйкера работают над созданием микродатчиков, которые будут использоваться для обнаружения в организме раковых клеток и борьбы с этой страшной болезнью.

Новая методика распознания раковых клеток базируется на вживлении в тело человека крошечных сферических резервуаров, сделанных из синтетических полимеров под названием «дендримеры» (от греч. dendron — дерево). Эти полимеры были синтезированы в последнее десятилетие и имеют принципиально новое, не цельное строение, которое напоминает структуру кораллов или дерева. Такие полимеры называются сверхразветвленными или каскадными. Те из них, в которых ветвление имеет регулярный характер, и называются «дендримерами». В диаметре каждая такая сфера, или наносенсор, достигает всего 5 нанометров, что позволяет разместить на небольшом участке пространства миллиарды подобных наносенсоров.

Оказавшись внутри тела, эти крошечные датчики проникнут в лимфоциты — белые кровяные клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов. При иммунном ответе лимфоидных клеток на определенную болезнь или условия окружающей среды — простуду или воздействие радиации, к примеру, — белковая структура клетки изменяется. Каждый наносенсор, покрытый специальными химическими реактивами, при таких изменениях начнет флуоресцировать или светиться.

Чтобы увидеть это свечение, доктор Бэйкер и его коллеги собираются создать специальное устройство, сканирующее сетчатку глаза. Лазер такого устройства должен засекать свечение лимфоцитов, когда те один за другим проходят сквозь узкие капилляры глазного дна. Если в лимфоцитах находится достаточное количество помеченных сенсоров, то для того, чтобы выявить повреждение клетки, понадобится 15-секундное сканирование, заявляют ученые.

Сама идея находится пока в состоянии исследования, однако она уже привлекла внимание руководства НАСА, которое выделило на проведение дальнейших исследований 2 млн. долларов. НАСА заинтересовала возможность создания вышеописанных датчиков, постоянно отслеживающих уровень радиации, которому подвергается космонавт, и появление любых признаков болезни или инфекции в его организме. По словам Бэйкера, его команда работает над подобной технологией выявления раковых клеток, однако для завершения исследования пока еще далеко. Пока неясно, например, каким образом можно будет уловить свечение наносенсоров в белых клетках крови, когда вокруг находится огромное количество более темных красных кровяных клеток. Исследователи уже добились определенных успехов на лабораторных опытах с культурами клеток, и уже в этом году планируется испытать новую технологию на животных.

Другие материалы рубрики


  • Еще с доврачебных, шаманских времен в лекарском искусстве господствовал взгляд на болезнь как на результат вторжения в организм какого-то враждебного внешнего агента: ранящего оружия, паразита, яда, злого духа и т. д. Основатели античной медицины предложили другое понимание: болезнь — это прежде всего внутренний разлад, нарушение порядка и равновесия в самом организме. Долгое время эти концепции боролись между собой: каждая из них претендовала на универсальность, и в моду входила то одна, то другая. В конце концов они поделили между собой сферы влияния: болезни были разделены на вызываемые внешними факторами и происходящие от внутренних причин. И только сравнительно недавно, во второй половине прошлого века, медики начали понимать, что это деление условно и что в развитии почти всякой болезни внешние и внутренние причины взаимодействуют между собой самым причудливым образом.



  • В последние годы при изучении генома человека сделано несколько эпохальных открытий, касающихся связи молекулярных механизмов старения и злокачественного перерождения. Они свидетельствуют о том, что естественное старение «защищает» нас от рака.
    Будучи в Гонконге, я забрел на Голливудроуд в один из многочисленных в том районе антикварных магазинчиков — в витрине мое внимание привлекла удивительно тонкой резьбы ваза из слоновой кости. Табличка рядом с вазой, рассчитанная явно на туристов, гласила, что изображенная на ней луноликая красавица, богиня Запада Си-ванму, безраздельно правила в райском саду бессмертных у подножия горы Кунлунь. Греческие боги поддерживали свое бессмертие амброзией и нектаром, а Си-ванму дарила вечную молодость с помощью волшебного снадобья из персиков, росших в саду.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Новый пандемический штамм вируса А возникает каждые 20-70 лет (штаммы гриппа отличаются набором гемагглютинина и нейраминидазы), за 2-3 года в рамках штамма возникает эпидемический серотип — вариант вируса с другим строением поверхностных белков. Именно он приводит к крупным эпидемиям. Считается, что источником нового пандемического штамма гриппов А являются животные — водоплавающие птицы и свиньи. Причем новые штаммы возникают в сельских районах Китая. Исключением является «Сиднейский» вирус — это австралийский штамм А/Сидней/5/97 (H3N2), вызвавший эпидемию в Восточной Европе в 2000 г.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Травмоопасность детей хорошо известна всем родителям. Бывает: стоит отвернуться – и уже ребенок упал, ушибся, возможен перелом, срочно нужен врач. Детская травматология Киева на левом берегу находится на улице Алишера Навои. Далековато ехать по пробкам. К тому же если произошла травме головы, оттуда все равно направят на Подвысоцкого. Живя на Троещине, не обязательно ездить далеко. Частные клиники на Троещине в своем штате имеют врачей всех специальностей, в том числе и травматологов.



  • Стволовые клетки таят в себе невиданные возможности: от регенерации поврежденных органов и тканей до лечения заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии. Но реально ли применение этих клеток в медицине? Сумеют ли врачи приступить к лечению больных с их помощью сразу же после отмены соответствующих ограничений? По-видимому, нет. Даже сама идентификация стволовых клеток — это проблема. Прежде чем проводить те или иные эксперименты, необходимо убедиться, что эти клетки действительно являются тем «стволом», из которого, как ветви, вырастают все другие типы клеток, а также, что они способны к самовоспроизведению.
    Наиболее универсальны эмбриональные стволовые (ES — embrionic stem) клетки, впервые выделенные из мышиных эмбрионов 20 лет назад. Они были взяты на самой ранней стадии развития плода из той его части, которая в норме дает начало трем разным слоям (зародышевым листкам) более позднего эмбриона и, в конце концов, — всем органам и тканям. Это свойство ES-клеток предопределило их название — плюрипотентные.
    Большинство ES-клеточных линий человека, находящихся сегодня в распоряжении ученых, получены от необычных эмбрионов — они были созданы в результате искусственного оплодотворения in vitro. Однако при этом не все они идентичны.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Времена, когда врач ставил диагноз по пульсу больного, остались в далеком прошлом. Современная медицина требует, чтобы врачи не только владели сугубо медицинскими знаниями, но и умели работать со сложнейшим лечебным и диагностическим оборудованием. Ведь своими успехами медицина в значительной степени обязана достижениям физики, электроники, информатики. Пример тому — новые диагностические методы, разработанные под руководством директора Института радиотехники и электроники Российской академии наук Юрия Васильевича Гуляева и его ученика, заместителя директора того же института Сергея Аполлоновича Никитова.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Опустошительные пандемии и эпидемии чумы оставили разрушительный след в истории человечества. На протяжении последних двух столетий медики работали над созданием профилактической и лечебной вакцины от смертельно опасной инфекции. Иногда испытания новых препаратов стоили подвижникам жизни. Во второй половине ХХ века появились новые эффективные вакцины и антибактериальные препараты, которые дали людям надежду на полное избавление от «черной смерти». Но на самом деле почва для возникновения новых эпидемий чумы по-прежнему существует.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Остеохондроз представляет собой поражение (дистрофический процесс) межпозвонковых дисков и других позвоночных тканей. В процессе развития данного недуга происходит сжатие позвоночника, что приводит к механическому разрушению дисков.



  • Этот поэтический образ родился в Древней Греции, когда народная молва сохраняла за богами человеческие качества, умножая их всемогуществом.
    Любвеобильный Зевс постоянно изменял своей жене — богине Гере, вступая в интимные связи с прекрасными, но земными женщинами. Естественно, это заканчивалось рождением детей, которых, однако, громовержец не оставлял своими заботами. Младенец Геракл тоже находился под его божественным покровительством: желая дать сыну бессмертие, Зевс решил напоить его молоком Геры.
    Очевидно, уже в античном мире сложились представления о том, что с женским молоком ребенок получает не только питание, но и многое из того, что определит его жизненный путь. Но вернемся к мифу. Опыт по использованию богинь в качестве кормилиц не удался. Узнав чужого младенца, да еще и плод супружеской измены, Гера возмущенно оттолкнула дитя. По другой версии, шустрый Геракл все-таки куснул сосок, причинив богине сильную боль. Так или иначе, но струя Вторая Мировая война
    Современные конфликты
    молока из божественной груди пересекла небесный свод, и отдельные капельки, превратившись в звезды, образовали Млечный Путь. А те капли, которые попали на Землю, расцвели в виде прекрасных белых лилий.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Нобелевскую премию по медицине в 2011 году разделили на две половины. Одну получили Брюс Бютлер, профессор генетики и иммунологии Исследовательского института Скриппса (Ла-Хойя, США), и Жюль Хоффман, бывший руководитель лаборатории в Страсбургском университете, директор Института молекулярной биологии клетки, президент Французской академии наук в 2007–2008 годах (ныне в отставке), — за исследование механизмов активации врожденного иммунитета. Вторую половину присудили Ральфу Стайнману, выходцу из Канады, занимавшему пост профессора иммунологии в Рокфеллеровском университете (Нью-Йорк), — за открытие роли дендритных клеток в адаптивном иммунитете.
    Сразу вслед за именами лауреатов 3 октября 2011 года в новостных лентах появились сообщения о смерти Ральфа Стайнмана. Он скончался 30 сентября, а Нобелевский комитет не получил этой информации вовремя. Согласно уставу, самая престижная научная премия не может быть присуждена человеку, которого нет в живых, однако Нобелевский комитет объявил, что Стайнман остается лауреатом: на момент принятия решения не было известно о его кончине, таким образом, сделанный выбор соответствует духу премии, если не букве. И в конце концов, альтернативное решение общественность едва ли приняла бы с симпатией.