В течение последних десятилетий не уменьшается интерес к нанотехнологиям. Заинтересованность связана с возможностью получения материалов с абсолютно новыми химическими, физическими и биологическими свойствами, благодаря маленькому размеру, структуре, химическому составу и большой площади поверхности.

Широкого использования наноматериалы находят в разных отраслях деятельности человека. В №4 и №5 2016 журнала «Страна знаний» уже публиковались статьи о развитии и основных принципах наномира.

В этой публикации хочется обратить внимание читателей на разработку и применение наноматериалов и нанотехнологий именно в медицине.

Наномедицина – это молодая наука, которая исследует целесообразность применения разработок специалистов по нанотехнологиям в медицинских целях (для целевой доставки лекарственных средств, в биосенсорах, протезах, при диагностировании, мониторинге и лечении).

Перед врачом стоит задача диагностировать заболевание и назначить лечение, а внедрение нанотехнологий в медицинский процесс в свою очередь позволяет существенно улучшить качество этих составляющих.

Всем известно: чем раньше распознать болезнь, тем легче её вылечить. Поэтому сегодня многие учёные посвящают свои работы усовершенствованию уже существующих и разработке новых методов диагностики на основе наноматериалов.

Этот метод диагностики получил название нанодиагностика. Новейшие методы диагностики заболеваний позволяют обнаруживать: вирусные инфекции и заболевания, вызванные бактериями; эндокринные, онкологические и сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера.

Диагностирования in vivo дает возможность обнаруживать заболевания на ранних стадиях, в основном благодаря улучшению качества диагностики, основанной на передаче визуальной информации о состоянии молекулярной структуры. In vitro диагностика развивается благодаря использованию наночастичек в инновационных методах измерения и в качестве биомаркеров.

Например, в компании Xageniс уже в промышленных масштабах производят наноприборы, в основе которых лежат наносферы с шипами нанозолота. Сердцевиной прибора является нанозонд, который может определять всего несколько молекул ДНК в образце крови пациента.

На наношипах сферической поверхности расположены молекулы «наживки», которые связывают специфические сегменты ДНК болезнетворных бактерий. Связывание происходит за счет электрического тока, который регистрируется чувствительными датчиками.

С помощью золотых наносфер стало возможным обнаруживать раковые клетки задолго до того, как они начинают образовывать опухоль.

Сейчас проходят масштабные клинические испытания данного прибора. Введение его в клиническую практику позволит в течение 20 минут проводить диагностирование нескольких возбудителей одновременно.

Также широкое применение в диагностике нашли аллотропные видоизменения углерода. Например команда ученых из Института Фундаментальных Наук (Institute for Basic Science), г. Сеул, Южная Корея, разработала двойной пластырь, который может одновременно проверять уровень сахара в крови больных диабетом и вводить лекарства при обнаружении повышенного уровня глюкозы.

Основой этого пластыря есть графен, очень прочный и гибкий материал, который состоит из атомов углерода. Для фиксирования изменений сахара исследователи добавили к графену наночастицы золота.

Когда больной диабетом человек ставит пластырь на кожу, то встроенные датчики захватывают пот и фиксируют в нём изменения pH и температуры. После фиксации высокого уровня сахара, срабатывают датчики, и микроиглами подается препарат, который нормализует уровень глюкозы.

Сейчас учёные проверили действие пластыря на мышах и на нескольких добровольцах. Внедрение данного устройства в медицинскую практику позволит больным людям своевременно контролировать и стабилизировать содержание сахара в крови.

В последнее время проводится активное внедрение в диагностику наночастиц металлов и оксидов металлов. Так материалам нанозолота характерна способность к поверхностно плазмонному резонансу. Частицы способны интенсивно отражать свет, чем обусловлено активное использование для диагностических целей. В частности для выявления аминокислот (цистеина и гомоцистеина).

Установлено, что присутствие гомоцистеина в концентрациях выше 15 мкмоль/л является маркером таких патологий, как болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания.

Наностержни золота с NLS-пептидом (nuclear localization signal peptide) способны специфически связываться с ядерными структурами, благодаря чему было получено изображение ядер раковых клеток. Для целевой фотоакустической визуализации рака желудка исследуют наполненные естественными киллерами (NK-клетками) кремнезем-модифицированные нанотрубки золота.

МРТ (магнитно-резонансная терапия) – это метод неинвазивной медицинской диагностики in vivo, который позволяет получить высококонтрастное изображение тканей тела (мозга, мышц, сердца, новообразований) и поэтому широко применяется в медицине.

Для лучшей визуализации злокачественных опухолей используют контрастные вещества на основе магнитных наночастиц железа. Еще в 2001 году контрастный препарат для диагностики рака печени Resovist® (компании Schering) был одобрен для европейского рынка. В состав Resovist® входят суперпарамагнитные наночастицы железа, покрытые карбоксидекстрином, которые накапливаются в процессе фагоцитоза в клетках ретикулоэндотелиальной системы печени.

Наночастицы оксидов железа, благодаря способности концентрироваться в лимфатических узлах, применяются в магнитно-резонансной ангеографии для определения метастазов в лимфатических узлах.

Также широкое применение в качестве визуализирующих веществ приобрели Gd-содержащие нанокомпозиты и хелатные соединения Марганца, которые используют для сканирования пищеварительного тракта.

Следует заметить, что Гадолиний токсичен и поэтому его необходимо связывать в комплексы, которые термодинамически и кинетически устойчивы. Существуют мультимодальные контрасты, в основе которых нанокомпозиты Магнетита (Fe₃O₄) с Гадолинием или Марганцем, такое сочетание позволяет более качественно визуализировать пораженные участки.

За последние годы среди учёных вырос интерес к оптически-активным веществам, связанным с магнитными наночастицами. Этот класс гибридных нанокомпозитов (построенных по многоуровневой иерархической структуре) можно успешно использовать для биомедицинской визуализации.

Широко исследуют наночастицы магнетита с флуоресцентными веществами такими, как полупроводниковые квантовые точки, органические красители (способные к флуоресценции) и комплексы металлов.

Таким образом, современный научно-технический прогресс связан со всесторонним исследованием наномира. Залогом успешного лечения является своевременная и максимально информативная диагностика заболеваний.

Учёные разных специальностей из ведущих лабораторий мира занимаются развитием нанодиагностики. Факультет естественных наук Национального университета «Киево-Могилянская академия» вместе с НИИ НАН Украины также работают над созданием и совершенствованием наноматериалов, нанокомпозитов.

Во многих странах начинают применять в практике продукты плодотворной работы этих исследователей. Это определенно поможет преодолеть неизлечимые на сегодня болезни. Поэтому успехов и вдохновения учёным и врачам!

(Продолжение следует)

Литература:
1. Застосування наночастинок у біомедицині/ П. Г. Телегеєва, Д. С. Єфременко, Г. Д. Телегеєв, С. С. Малюта// Biotechn. acta 2013, Вип. 6, №2.
2. Біологічні аспекти наномедицини/І.С. Чекман, В.Ф. Шаторна та ін.// Вісн. пробл. біолог. і медицини 2011, Вип.4 (90).
3. Нанокомпозити з функціями медико-біологічних нанороботів: синтез, властивості, застосування/ П. П. Горбик// Наносист., наноматер., нанотехнології 2013, Том. 11, №2.

К. О. Дорошенко, студентка кафедры химии, Национальный университет «Киево-Могилянская академия»