Применение наноматериалов и нанотехнологий в медицине

Наномедицина По каноническому определению ведущего учёного в данной области Р. Фрейтаса наномедицина это: "слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры".

Наноматериалы в медицине Электрические, магнитные, механические и некоторые другие свойства материала, состоящего из наночастиц, перестают быть постоянными и начинают зависеть от размеров и формы частиц. Иногда наноструктурированные материалы проявляют совершенно неожиданные качества, которые могут найти потенциальное применение в самых разных отраслях науки и техники, в частности в медицине. В настоящее время ведутся разработки новых медицинских препаратов, инструментов, лекарств и т.п. на основе уже известных свойств некоторых наноматериалов. Биохимикам, похоже, удалось найти способ срастить порванные во время травмы нервы. Имплантат состоит из полимерных нановолокон, которые служат направляющей для растущего нерва. Кроме того, эти нановолокна можно сделать биоактивными.

Аппарат Илизарова с использованием нанотехнологий В Кургане состоялась конференция «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине». Был предложен способ лечения людей с заболеваниями и повреждениями опорно-двигательного аппарата. Нанотехнологи направлены на стимуляцию регенерационного процесса, то есть, мобилизацию тех сил, которые есть в каждом организме. На конференции курганский научный центр представил технологии, которые позволяют сократить сроки лечения больных в разы.

Диагностика, мониторинг, биосенсоры Для диагностики раковых заболеваний сотрудниками Quantum Dot Corporation предложено использование нанокристаллов. Их уникальным свойством является способность изменять окраску в зависимости от размера. Похожие свойства проявляют и другие наночастицы (nanoshells). Здесь толщина оболочки из наночастиц металла вокруг диэлектрического ядра влияет на длину волны поглощаемого света и, следовательно, на цвет самой частицы. Важное отличие от существующих оптических тестов состоит в том, что в данном случае появляется возможность работать в инфракрасной области.

Диагностика, мониторинг, биосенсоры Lydia Sohn, доцент Калифорнийского университета Беркли, провела презентацию своего портативного наноцитометра во время «научной ярмарки», которая проводилась для членов Конгресса и Национального научного фонда (National Science Foundation). Наноцитометр – это карманное устройство, которое очень быстро определяет болезнь, тестируя всего одну каплю крови с помощью дешёвого доступного картриджа. Картридж состоит из кремниевого чипа, усеянного искусственными нанопорами, которые имитируют систему очистки человеческих клеток.

Диагностика, мониторинг, биосенсоры В лаборатории Oak Ridge National Laboratory (ORNL) разработан сенсор, обладающий высокой селективностью и чувствительностью Его наконечник представляет собой оптическое волокно диаметром 50 нм с присоединенными к нему антителами, которые могут распознавать и прикрепляться к определенным молекулам. Созданы биосенсоры на базе протеиновых нанопроволок. Здесь учеными исследуется, в частности: способность протеиновых волокон (которые образуют скелет клетки) проводить электричество в водной среде, возможность создания сенсоров на основе измерения изменений проводимости. Уже созданы биосенсоры на кремниевой нанопроволоке, обладающие высокой чувствительностью благодаря ее малым размерам.

Лекарства и сорбенты Ученым из США удалось впервые проткнуть живую клетку нанотрубкой без ее гибели и доставить в клеточную цитоплазму «полезный груз». Наиболее подходящими на роль «иголки» в наноразмерном диапазоне являются углеродные нанотрубки. Они имеют характерную игловидную форму и достаточно гибки и жестки, чтобы проткнуть мембрану. Однако самое главное то, что с их помощью можно доставлять внутрь клетки лекарства и фрагменты ДНК. Одной из серьезных проблем в современной медицине является доставка лекарств в определенное место организма, в строго определенных дозах. Ученые-нанотехнологи ведут поиски материалов, которые помогли бы решить эту задачу.

Лекарства и сорбенты Стент - эндопротез сосудов для предотвращения закупоривания артерий после хирургических операций. Однако, человеческий организм отторгает чужеродный материал. В Исследовательском Центре Дрезден- Россендорф разработан новый метод, позволяющий сделать поверхность металлических стентов нанопористой путём создания под ней миллионов нанопузырьков. Для этого поверхность стента бомбардируется высокой дозой ионов благородных газов. Управление энергией ионов, интенсивностью потока и температурой процесса позволяет с высокой точностью добиваться нужной пористости. На расширенную поверхность металла можно нанести большую дозу препаратов, увеличивающих биосовместимость имплантата, что позволяет выделять их в течение большего времени.

Лекарства и сорбенты Исследователи из Университета Делавэра (University of Delaware) и Вашингтонского Университета в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) смогли «заставить» молекулы синтетических полимеров самостоятельно собираться в длинные цепочки. Ученые синтезировали молекулы полимера, стоящего из трех блоков: полиакриловой кислоты, полиметилакрилата и полистирена. Как оказалось, благодаря растворителю, полимер стал формироваться из «блоков» в одномерную вытянутую «змеевидную» структуру. Для доставки лекарств «одномерные» цилиндры лучше, чем шары-мицеллы. Иммунная система выявляет последние в течение нескольких дней, в то время как длинные «поезда» могут курсировать в крови неделями.

Протезы, имплантанты, искусственные органы Благодаря своим особым свойствам наноматериалы могут быть в будущем использованы для выращивания искусственных органов и тканей. Композиты, включающие наночастицы, обладают большей прочностью, гибкостью, химической устойчивостью. В дальнейшем ученые планируют также заниматься разработкой наноматериалов, которые способствовали бы росту и заживлению тканей. На их основе предполагается создать матрицу, имитирующую структуру и химические свойства природной среды, в которой растут клетки ткани. Отдельную задачу представляет создание искусственных органов чувств. Роберт Фрейтас опубликовал доклад об исследованиях биосовместимости алмазных поверхностей и частиц с живыми клетками с целью использования их при создании нанороботов, искусственных органов и ортопедических протезов с алмазным покрытием

Нейрочип управляет нервной клеткой Джун Ли (Jun Li), исследователь из NASA, его командой разработали новый вид наноматериала, который обладает достаточно хорошей биологической совместимостью с нервной тканью. Кроме того, в перспективе ученые планируют изготовить нейрочип, способный выполнять различные нервные функции. Например, с его помощью можно будет облегчить жизнь людям с заболеваниями Паркинсона. Новый наноматериал – матрица вертикально расположенных нановолокон. Джуну и его коллегам удалось получить упорядоченную структуру из нановолокон методом химического осаждения пара, используя плазму и никелевые катализаторы.

Подводные камни наномедицины Ученые всего земного шара ищут способы заставить наночастицы улучшать человеческое здоровье. Однако остается под вопросом токсическое воздействие на организм человека, а также этические проблемы, которые появятся вместе с наномедициной, и на них нужно также обращать внимание, как и на выгоды.

Источники: