Нанотехнологии в медицине сообщение
Обновлено: 06.07.2024
Цель настоящей работы - выявление областей применения наночастиц и перспектив их использования в качестве наноструктурных раневых биопокрытий.
Направлениями применения нанотехнологий являются аэрокосмическая, автомобильная, электронная промышленность и наномедицина, так как наночастицы по химической активности во много раз превосходят обычные атомы и обладают повышенной растворимостью даже в слабых кислотах (нанозолото), высокоразвитой поверхностью, избирательностью в химических реакциях.
В настоящее время решены вопросы растворимости и биодоступности лекарственных препаратов, уменьшены их побочные эффекты, разработаны системы их доставки к больным органам, избегая здоровые, которым они могут нанести вред. В современной медицине наноматериалы представлены в виде липосом, сфер, капсул и покрытий.
Наибольший интерес у нас вызвали нанопокрытия - активно развивающееся направление при разработке перевязочных средств для оптимизации процессов ранозаживления, так как необходимо учитывать их эффективность в конкретном случае, что предопределяет актуальность данного вопроса.
Профессором СГМУ Н.В. Островским были изучены образцы раневых биопокрытий на основе нетканого волокнисто-пористого полотна из волокон хитозана (ХТЗ), отличающихся молекулярной массой. В основе способа получения этих биопокрытий лежит процесс электроформования, то есть вытягивания тонких струй из раствора полимера под действием электрического поля высокой напряженности.
Установлено, что растворимое биопокрытие из низкомолекулярного ХТЗ легко моделируется по поверхности раны и практически сразу растворяется. Высокомолекулярный образец требует больше усилий для аппликации, но хорошо сорбирует избыток раневого отделяемого, не высушивает дно раны, быстро останавливает кровотечение и существенно снижает объем кровопотери. Также биопокрытие из ХТЗ длительное время сохраняет способность дренировать раненую поверхность, сорбировать тканевые токсины и поддерживать оптимальный микроклимат, в частности паро- и воздухопроницаемость, что создает оптимальные условия для заживления ран.
Разработанные перевязочные средства предназначены для лечения ожогов II – III AБ степени, донорских участков, длительно незаживающих ран, трофических язв, пролежней. Клинические исследования показали, что биопокрытия отличаются улучшенной абсорбцией раневого отделяемого, атравматичны, хорошо моделируются на ране, комфортны в ношении и быстро заживляют раны.
Наномедицина — нанонаука и наноинженерия, применяющие комплекс подходов для обеспечения применения нанотехнологических разработок в сфере практической медицины и здравоохранения.
Нанобиотехнология — область нанонауки и наноинженерии, применяющей методы и подходы нанотехнологии для создания устройств для изучения биологических систем. В рамках нанобиотехнологии также изучаются возможности использования живых систем для создания наноустройств.
Медицинская диагностика на основе наноустройств
Проведение медицинской диагностики заболеваний путем непосредственного наблюдения за молекулярными системами позволяет снизить ограничения традиционных методик, связанные с низкой чувствительностью и производительностью.
Внедрение нанотехнологических подходов в практику медицинской диагностики позволяет обеспечить следующие практические результаты:
- повышение чувствительности и экспрессности анализа позволяет осуществлять раннюю диагностику заболеваний, что уже в ближайшее время может быть использовано для обнаружения онкологических, эндокринных и сердечно-сосудистых заболеваний, вирусных и бактериальных инфекций;
- повышение производительности позволяет проводить комплексное обследование по набору диагностических критериев, что может быть использовано для индивидуализированного подхода к лечению и профилактике.
С учетом существующего в России задела в период 3—5 лет будут интенсивно развиваться, сертифицироваться и внедрятся в практику методики медицинской нанодиагностики онкологических заболеваний, вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекций, методы оценки лекарственной устойчивости бактериальных возбудителей (в том числе туберкулеза), системы фармакологического мониторинга для оценки индивидуальной переносимости лекарств.
Системы адресной доставки лекарств
Направленный транспорт лекарств в очаг развития патологического процесса позволяет добиться повышения эффективности уже существующей лекарственной терапии. Мировой объем продаж лекарств с модифицированной системой доставки в настоящее время составляет 20% от общего объема рынка фармпрепаратов.
В долгосрочной перспективе существующий в России научный задел позволяет довести до коммерческих прототипов специфические системы доставки на основе антител или аптамеров, способных избирательно связываться с патологически измененными клетками.
Выполнение программы в части разработки систем адресной доставки лекарств позволит предложить новые терапевтические средства для лечения онкологических заболеваний, осложнений при трансплантации органов и тканей, гепатитов различной этиологии.
Биосовместимые наноматериалы
Особые свойства наноматсриалов могут быть использованы для выращивания искусственных органов и тканей. За рубежом разработана методика восстановления хрящевой ткани, которая имела механические и биохимические свойства, близкие к естественному хрящу. В России научно-практический задел по направлению сделан в области использования наноматсриалов для восстановления механических свойств зубной эмали. Ведутся разработки и в области разработки технологии обработки поверхностей методом нанонапыления с целью придания им антибактериальных свойств.
Дальнейшие перспективы развития включают комплекс согласованных опытно-конструкторских разработок, направленных на достижение практических результатов по двум направлениям: разработка способов улучшения эксплуатационных характеристик сертифицированных биоматериалов (как для нужд эндопротезирования и имплантации, так и для нужд медицинской технической промышленности) и разработка материалов с принципиально новыми качествами.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Доклад для научного кружка «медицинский техникум № 2
Преподаватель Власенко А. Б.
Нанотехнологии в эндокринологии
Оболочка разрабатываемых для этих целей нанороботов представлена нанокомпонентами углерода и металлов, что придает поверхности наноробота идеальную гладкость, делая ее химически инертной, а по прочности приближает ее к алмазу. На поверхности наноробота формируетя искусственный гликокаликс, предотвращающий адгезию фибриногена и маскирующий устройство от распознавания иммунной системой. Определение текущего местонахождения наноробота обеспечивается за счет радиочастотного идентифицирующего устройства. Движение наноробота осуществляется с потоком крови без дополнительного активного перемещения. В качестве датчиков для определения концентрации глюкозы предполагается использовать наносенсорнры на основе металлоксидных полупроводников.
Эллиминация нанороботов из организма может быть достигнута следующим образом: в поверхностный слой наноробота загружается гиалуронидаза, которая расщепляет гликокаликс поверхности робота. После истечения срока службы нанороботов (ожидаемое время полужизни около 3 месяцев) или при принятии решения о прекращении мониторинга уровня гликемии к нанороботам направляется радиосигнал, который инициирует высвобождение гиалуронидазы( Gough et al ., 2000). В результате происходит утрата поверхностного защитного слоя гликопротеинов, и нанороботы распознаются и эллиминируются иммунной системой организма.
Таким образом, использование нанороботов для контроля уровня глюкозы в крови может способствовать повышению качества жизни пациентов с сахарным диабетом и улучшению результатов их лечения.
Нанотехнологии в кардиологии
Борьба с последствиями артериального и венозного тромбоза остается важнейшей задачей современной кардиологии. В последнее время получены данные о тромболитическом эффекте малоинтенсивного ультразвука. Добавление микро - или нанопузырьков не только увеличивает разрешающую способность при осуществлении ультразвуковой визуализации, но и усиливает тромболитический эффект ультразвука, даже в отсутствие традиционных тромболитиков( Birnbaum et al ., 1998) механизм терапевтического эффекта нанопузырьков включает их прикрепление к тромбу, фрагментацию (после облучения ультразвуком) и их механическое разрушение тромба. Эта методика получила название сонотромболизиса( Daffertshofer , Hennerici , 2006)
В настоящее время проводятся клинические исследования, посвященные эффективности сонотромболизиса с использованием нанопузырьков, наполненных перфторпропаном, у пациентов с ишемическим инсультом ( Unger , 2006).
Сконструированные с помощью нанотехнологии молекулы, называемые нанолипоблокаторами, могут подавлять захват окислительных липопротеинов низкой плотности (ЛНП) активированными макрофагами( Chnari et al .,2006). Нанолипоблокаторы взаимодействуют с ЛНП двумя путями. Анионные нанолипоблокаторы взаимодействуют с нейтральными и слабоокисленными ЛНП, предотвращая их дальнейшее окисление. В то же время, нанолипоблокаторы не взаимодействуют напрямую с высокоокисленными ЛНП, но, связываясь со скэвенджер-рецепторами на поверхности макрофагов, подавляют неконтролируемый захват окислительных ЛНП последними ( Chnari et al ., 2006). В том же исследовании было показано, что анионные нанолипоблокаторы в значительной степени подавляли опосредованный скэвенджер-рецепторами захват ЛНП макрофагами. В результате понижалось количество вновь образованных пенистых клеток и содержание холистерина в макрофагах.
Наноматериалы захватывают важные позиции в технологии изготовления внутрисердечных и внутрисосудистых имплантантов. Так, предполагается, что импрегнация манжеты искусственных клапанов сердца наночастицами серебра может привести к значительному уменьшению риска развития септического эндокардита в послеоперационном периоде, а создание супергидрофобных поверхностей на подвижных элементах клапанов позволит избежать тромбоза клапана.
Включение в состав покрытие коронарных стентов наночастиц, содержащих антирестенотические и антитромбические препараты, может способствовать уменьшению вероятности развития таких поздних осложнений процедуры стентирование, как рестеноз и тромбоз.
Нанотехнологии в онкологии
Примером использования наночастиц для селективного воздействия на клетки-мишени может служить разрабатываемая методика очистки аутоиммунного костного мозга от остаточных опухолевых клеток у пациентов с онкогематологическими заболеваниями. В настоящее время метод аутологичной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) является эффективным способом лечения онкогематологических заболеваний. В то же время, 90% рецедивов после проведения данной терапии связано с присутствием опухолевых клеток в заготовленном трансплантате. Предложена технология элиминации опухолевых клеток из аутотрансплатанта костного мозга.
В диагностике опухолей используются различные типы наночастиц, включая квантовые точки, нанооболочки, коллоидные наночастицы металлов, суперпарамагнитные наночастицы и углеродные наноструктуры.
Основной проблемой на пути использования квантовых точек для диагностики опухолей является достаточно высокая токсичность металлов, входящих в состав первых. Для уменьшения токсичности применяют пассивирующие покрытия (сульфидами цинка и кадмия). Фотостабильность покрытых этими материалами квантовых точек не страдает. Дополнительное улучшение биосовместимости квантовых точек достигается их покрытием полиэтиленгликолем, белками и углеводами( Hartman et al .,2008) Нанооболочки, покрытые тонким слоем золота, могут использоваться для одновременной диагностики и терапии опухолей супермагнитные наночастицы могут служить эффективным контрастным агентом при проведении магнитно-резонансной томографии. Одним из перспективных способов направленной доставки суперпарамагнитных наночастиц в опухолевую ткань является их конъюгация с фолиевой кислотой. Подобно нанооболочкам, супермагнитные наночастицы могут использоваться для термической абляции опухолей. Нагревание наночастиц в данном случае обеспечивается облучением импульсным магнитным полем.
Углеродные нанотрубки также рассматриваются в качестве перспективных противоопухолевых наноструктур. Кроме углеродных нанотрубок, для визуализации и терапии опухолей в будущем могут применяться производные фуллерена. Эндоэндральные комплексы фуллерена ионами гадолиния Gd 3+ , называемые гадофуллеренами, в настоящее время используются в качестве неселективных контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии. Большой интерес вызывает перспектива использования гадофуллеренов для прицельной визуализации опухолей, однако к настоящему времени таких исследований не проводилось.
Потенциал применения практически безграничен, начиная от простейших исследований, которые дают более точную картину и заканчивая сложными хирургическими операциями.
Что такое наночастицы
Современная медицина имеет в своем арсенале множество патентов на лекарственные препараты.
Но уровень заболеваемости населения остается на прежнем пике и весьма высоком.
Прежде всего, это касается ЦНС и сердечно - сосудистой системы. Так происходит из-за невозможности лекарственных соединений проникнуть в мозг. Тогда ученые задумались о создании мельчайших частиц, которые смогут проникать сквозь мембрану.
Нанотехнологии работают с молекулами размером менее 10-9 метра. Отсюда и пошло название методики.
Такие размеры позволяют учитывать механические свойства электронов и фотонов, взаимодействия между атомами. Важная особенность таких разработок состоит в том, что физические характеристики вещества остаются прежними.
Нановолокна можно создавать на плоскости или в трехмерном объеме. Всего в 5 нм содержится 103 атомов.
Соединения могут быть органического происхождения, белковые структуры, так и металлические, углеродные.
Преимущества использования нанотехнологий
Появление и развитие нанотехнологий дали толчок к возникновению и активному внедрению наномедицины в лечебные учреждения.
Отрасль различает следующие функции:
- Наблюдение и отслеживание воспалительных процессов, доставки лекарственных препаратом с точностью до 1 мм;
- Контролирование биологических структур организма;
- Исправление и восстановление на молекулярном уровне тканей, внутренних органов.
Внедрение в общую медицину позволит быстро и безболезненно лечить пациентов, устранять врожденные и приобретенные дефекты.
Практическое применение нанотехнологий в медицине
Главными задачами перед наномедициной стоит разработка и создание систем доставки лекарств к клеткам.
Сооружение на месте поражения и воспалительных процессов внутри организма комплексных структур, матриц для восстановления тканей.
Большое применение находят инновации в нейрохирургии, травматологии. Уже сейчас применяются новейшие разработки в косметологии.
Охватывают все области медицины:
- Широко применяются биомаркеры, которые позволяют быстро и точно определить очаг воспаления, новообразований.
Диагностические центры используют оптико-биосенсорные, нанопроводящие, атомно-силовые нанотехнологии для визуального осмотра, внедрения биомаркеров в геномику и протеомику.
- Полупроводниковые кристаллы для диагностики имеют первостепенное значение, благодаря уникальным оптическим и электрическим свойствам.
- Микросенсорные чипы помогают определить содержание инсулина и глюкозы в крови.
- Карманный наноцитометр позволяет диагностировать инфекционные и соматические болезни по одной капле крови.
Говорить, что микрочастички являются панацеей от всех бед, не стоит.
Но достигнутые результаты уже сейчас восхищают и внушают надежду на излечивание любых болезней и поддержание отличного здоровья каждого человека.
Специальные нанороботы помогают доставить препараты непосредственно в место поражения.
Для того, чтобы ваше здоровье и здоровье вашей семьи всегда было в норме, а организм всегда отлично справлялся с сложными задачами, которые стоят перед ним, помимо лечения, грамотного приема пищи и воды , надо держать себя в хорошей физической форме .
Для этого рекомендуем иногда на пару недель посещать санатории , где вы одновременно получите диагностику своего здоровья, лечение и очень необходимый в современной жизни качественный отдых на море.Остановиться можно в нашем санатории .
Мы всегда Вам рады и всегда будем Вас ждать!
Чтобы наши лучшие статьи о здоровом образе жизни Вы видели чаще у себя в ленте, подпишитесь на наш канал . А если информация в этой статье Вам понравилась и была полезна для Вас - ставьте лайк (палец вверх).
Читайте также: