Наносенсоры
Важнейшим направлением научных исследований сегодня является диагностика заболеваний до того, как они причинят необратимый или долговременный ущерб здоровью. И главная проблема, что симптомы некоторых патологий проявляются не сразу. Например, развитие бактериальной инфекции или воспаления в тканях вокруг имплантата искусственного тазобедренного сустава вызывает образование рубцовой ткани, что ограничивает его подвижность. Однако к тому времени, как этот процесс становится очевидным, консервативное лечение не может спасти ситуацию. Единственное, что остается сделать врачам, – заменить имплантат новым. Но если на его поверхность предварительно нанести слой наночастиц-сенсоров, можно будет контролировать развитие инфекции, заблаговременно предупреждая врачей о необходимости лечения.
Разработкой такой технологии сегодня занимаются сотрудники кафедры химической инженерии Северо-Восточного университета в Бостоне (США). Их наносенсоры, изготовленные из углеродных нанотрубок, способны отличать костную ткань (которая в идеале должна прикрепляться к имплантату) от бактериальных клеток или провоспалительных веществ, указывающих на инфекцию или образование рубцовой ткани. В сенсор встроен передатчик, который отправляет эту информацию на компьютер, помогая врачу принять решение о необходимости терапии.
Наноубийцы
Наночастицы могут не только диагностировать, но и лечить заболевания, например, уничтожая вирусы и бактерии в организме человека. Серьезную проблему для современной медицины представляют собой так называемые биопленки – скопления бактерий и других микроорганизмов в разных органах и тканях, которые вырабатывают средства защиты от лекарств и факторов иммунитета. Антибиотики практически не проникают в биопленки, поэтому связанные с ними инфекции, например некоторые пневмонии, хронические бронхиты, осложненные кистозные фиброзы, очень плохо поддаются традиционному лечению. Но и тут разработки бостонских ученых могут изменить положение дел. Им удалось создать наночастицы, которые проникают в биопленку и разрушают ее, восстанавливая здоровую ткань.
Еще один проект, реализуемый на кафедре химической инженерии Северо-Восточного университета, – использование наночастиц для борьбы с вирусами, например гриппа и Эболы. По задумке ученых наночастицы золота прикрепляются к вирусам, после чего при помощи инфракрасного излучения нагреваются и разрушают их структуру.
Похожий принцип используют специалисты Научного центра здравоохранения Университета Техаса в Хьюстоне (США) для лечения рака простаты. Наночастицы, состоящие из нескольких слоев кварца, образующего сферу, и покрытые тончайшим слоем золота, находят раковые клетки и проникают в них, а затем под воздействием лазерного луча начинают вибрировать и нагреваться до экстремальных температур, уничтожая злокачественные новообразования.
Этой команде ученых удалось продвинуться дальше остальных. Сегодня их технология находится на стадии клинических испытаний. Первые пациенты, испробовавшие на себе действие позолоченных наноубийц, чувствуют себя хорошо, но о долгосрочных результатах говорить пока рано. И хотя в целом с раком простаты неплохо справляются традиционные методы лечения, связанные с ними риски развития серьезных побочных эффектов, приводящих к потере некоторых функций мочеполовой системы, остаются очень высокими. Ученые надеются, что при помощи наноубийц смогут точечно воздействовать на опухоль, не повреждая здоровые ткани и нервы, что значительно снизит вероятность развития таких проблем, как недержание мочи или импотенция.
Читайте также:Китайские ученые разработали пептид для предотвращения кариеса
Нанотранспортеры
Специалисты Гарвардской медицинской школы в Бостоне (США) разработали наночастицы, которые, действуя подобно беспилотным летательны аппаратам, могут доставлять лекарства непосредственно в артерии, пораженные атеросклеротическими бляшками. Сотрудники лаборатории наномедицины и биоматериалов успешно провели первую серию экспериментов на мышах. Им удалось реструктурировать атеросклеротические бляшки, уменьшив вероятность их разрыва, который может привести к сердечному приступу. Наночастицы из биоразлагаемых полимеров, несущие в себе противовоспалительное лекарственное средство, полученное из естественного человеческого белка, проникали в атеросклеротические бляшки-мишени, укрепляя их фиброзные крышки. Ученые отмечают, что бляшки стабилизировались уже после пяти недель терапии, тогда как при приеме традиционных лекарственных форм противовоспалительных средств лечение заняло бы годы и сопровождалось бы множеством побочных эффектов.
Врачи и химики из Йены и Мюнхена (Германия) преуспели в создании нанотранспортеров для так называемых маленьких интерферирующих РНК-молекул, которые способны отключать определенные гены, связанные с самыми разными болезнями. Главная проблема, связанная с применением этого генетического материала, заключается в том, что он должен работать исключительно в клетках-
мишенях, чтобы не повредить здоровую ткань. Для этого и нужны нанотранспортеры, способные нацеливаться на выбранные типы клеток и высвобождать там свою активную полезную нагрузку – маленькие интерферирующие РНК-молекулы. После выполнения своей миссии наночастицы отфильтровываются из крови либо через почечную ткань, либо через клетки печени.
Читайте также: Китайские ученые разработали пептид для предотвращения кариеса
Нанофабрики
Теоретически наночастицы могут не только доставлять, но и самостоятельно производить лекарства. Команда исследователей Массачусетского технологического института (США) разработала прототип «нанофабрики», который сначала проникает в злокачественную опухоль, а затем, активируясь при помощи ультрафиолетового излучения, начинает производить белки для борьбы с раком. Такое «предприятие» собирается из липидной оболочки, рибосом, аминокислот и ферментов, необходимых
для синтеза белка. Из всех этих компонентов складывается так называемая «химическая клетка» DMNPE, в которую заключается последовательность ДНК того белка, который необходимо получить. Под воздействием ультрафиолета комплекс ДНК-DMNPE распадается, и ДНК включается в работу.
Национальные институты здравоохранения США включили наномедицину в пятерку самых приоритетных областей развития медицины в XXI веке.
Пока ученые видят основное применение этой технологии в борьбе со злокачественными опухолями и их метастазами, которые по статистике являются причиной смерти от рака в девяти из десяти случаев. «Нанозаводы» также позволят решить главную проблему белковых онкопрепаратов, которая заключается в том, что организм разрушает их, прежде чем они достигают места назначения. Кроме того, наносинтез белков, включаемый дистанционно, может помочь избежать побочных эффектов.
Наноспасатели
Ученые из Университета Райса, Медицинского колледжа Бэйлора и Техасского медицинского университета (США) обнаружили, что инъекции наночастиц, представляющих собой комбинированные полиэтиленгликоль-гидрофильные углеродные кластеры, поразительно эффективны для защиты от повреждений, вызываемых окислительным стрессом, который развивается в результате черепно-мозговой травмы, инфаркта или инсульта. Эксперименты ученых показали, что, выступая катализатором, одна такая наночастица способна нейтрализовать 20 тыс. молекул активных форм кислорода в секунду, ускоряя их превращение в молекулярный кислород, необходимый поврежденным тканям, и пероксид водорода. Таким образом, инъекция, сделанная как можно скорее после травмы или инсульта, поможет предотвратить повреждение головного мозга, почти мгновенно восстановив нормальный уровень кислорода в системе его кровообращения. Это открытие может оказаться очень полезным инструментом для аварийно-спасательных служб, скорой помощи и военных медиков, работающих на поле боя.
Читайте также: Один любит арбуз, другой – свиной хрящик: ученые рассказали, как вкусы меняются на протяжении…
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
