Наномедицина сегодня и завтра И. В. Артюхов

Взаимосвязь предметных областей

Масштабы объектов в нанобиологии … в электронный микроскоп … в оптический микроскоп Различимо глазом 100 нм 10 1 мк мк нм 10 1 нм нм мм Ато мы Молекулы Органеллы Клетки эукариот Бактерии Нанобактери и Вирусы

Пример работы фермента

Молекулярный мотор жгутика бактерии

Принцип работы молекулярного мотора

Молекулярный мотор вируса

Сборка структур из отдельных атомов (IBM) Ксенон на никеле Железо на меди 8+8 Цезий+йод на меди Натрий и йод на меди Моноксид углерода на платине «Квантовый загон»

Различные наноподшипники

Вариант конструкции наноманипулятора

Наномедицина сегодня Наноматериалы Наночастицы Наносенсоры и нанодатчики Использование сканирующей зондовой микроскопии Автономные микроустройства Микропротезы Наноманипуляторы

Наноматериал для замены костной ткани

Использование биосовместимого матрикса в инженерии органов и тканей («куртка из живой кожи»)

Молекула дендримера

Наносенсоры и нанодатчики

Скан пурпурной мембраны бактерии Halobacterium salinarium

Микрокапсулы для доставки лекарственных средств Biomedical Engineering Center at The Ohio State University in Columbus University of Illinois, Chicago

Современные диагностические микроустройства Капсула-эндоскоп Самодвижущийся робот- эндоскоп Передаваемое изображение

Изображение, полученное с помощью микрокамеры Раковые клетки в молочной железе. Изображение получено с помощью микрокамеры ~0.1 мм, вводимой через поры соска (Guy's Hospital, Лондон)

«Микросубмарина» германской фирмы microTEC в просвете аорты

«Микросубмарина» конструкции Университета штата Юта

Протез сетчатки

Нанопинцет

«Мокрые» нанотехнологии Путь «Сверху вниз» Путь «Снизу вверх» Наномедицина завтра

Три пути к наномедицине будущего

Респироциты в сравнении с эритроцитами

Сенсоры и молекулярные насосы на поверхности респироцитов

Нанороботы в кровяном русле

Энергетика наноустройств Получение энергии В химической форме (в организме: глюкоза+кислород, АТФ) Излучение (звуковое, электромагнитное) Накопление энергии в химической форме в механической форме

Управление наноустройствами Бортовые системы управления на основе: Молекулярной электроники Наномеханических вычислений Квантовых вычислений Внешнее управление Прямая связь с ЦНС

Гидрофторполиэтилен как носитель информации

Связь между наноустройствами Химические переносчики информации: цитокины, гормоны, нейропептиды, феромоны Прямая передача молекул гидрофторполиэтилена Ультразвук (распространение по костной ткани) Электромагнитное излучение Кабельные сети Коммунициты

Навигация наноустройств в организме Абсолютная навигация Инерционные сенсоры ускорения, поворота Сенсоры электромагнитного поля Соматографическая навигация Взаимоориентация Исследование окружения (мембраны, матрикс) Навициты Цитографическая навигация

Диагностика Температура, давление, вязкость Ph, концентрации различных веществ Наличие антигенов, полинуклеотидов, гормонов, нейротрансмиттеров Атомно-силовое сканирование ОМБП (внешний осветитель; несколько нм; до 30 нм в глубину) Акустическая микроскопия («эхолокатор», «томограф») МРТ Электромониторинг нейронов и др. клеток Химический мониторинг синапсов

Перемещение наноустройств Перемещение в жидкости -//- по поверхности -//- в толще ткани Цитопенетрация

Применения (внеклеточные наноустройства) Инфекционные болезни и болезни иммунной системы Атеросклероз и другие болезни сердечно-сосудистой системы Онкологические заболевания «Ремонт» межклеточного матрикса Инженерия органов и тканей

Применения (внутриклеточные наноустройства) ~1 μ 3 Размер: ~1 μ 3 (~ 1 / 1000 от объёма клетки) «Ремонт» генетического материала клетки – восстановление разрывов хромосом, удаление встроившихся участков генетического материала вирусов, таких, как герпес, исправление генетических дефектов и приобретённых мутаций, восстановление теломер. Перевод молекул белков из неправильной конформации в правильную (ренатурация) Разделение «сшитых» молекул белков Управление активацией/деактивацией генов (например, с целью перепрограммирования клетки рубцовой ткани и превращения её в полнофункциональную клетку ткани) Удаление или обезвреживание молекул вредных веществ (например, соединений тяжёлых металлов) Полный «ремонт» клетки, повреждённой внешним воздействием, вплоть до оживления погибшей клетки Восстановление клетки после замораживания