Развитие нанотехнологии в медицине в 21 веке

Нанотехнологии - совокупность приемов и методов, применяемых при изучении, проектировании, производстве и использовании наноструктур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих их наномасштабных элементов (около 1-100 нм), для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами.  

 Современное  состояние и тенденции развития  нанотехнологий в мире и России  являются толчком для развития  наномедицины. Уже созданы наномоторы (диаметр 500 нм), которые могут использоваться в наноробототехнике в качестве двигателей; наножидкостные и наноэлектронные системы, работающие в "лаборатории-на-чипе", проводящие экспресс-анализ ДНК, РНК, белка; производятся наноматериалы для искусственных протезов конечностей с хорошей адгезией к живым тканям; внедряются наноустройства, выполняющие определенные медицинские операции; разработано программное обеспечение для моделирования поведения нанороботов в теле человека.  

 Фармакология  уже имеет в своем арсенале  наночастицы, которые содержат  лекарства и могут доставлять  их в клетки. Широко применяются  липосомы - сферические двухслойные  мембраны, содержащие внутри лекарственные  вещества.  

 В настоящее  время существуют наноэлектромеханические устройства – это прототипы нанороботов, которые несут в себе огромные перспективы. Их использование направлено на лечение различных заболеваний. Сами же нанороботы представляют собой машины, размер которых – с молекулу. Они могут передвигаться, обрабатывать, выполнять заданные программы, а также передавать информацию.  

 Ученые во  главе с Адриано Кавальканти  (Adriano Cavalcanti) недавно предложили на  рассмотрение всему миру трехмерную  систему (3D) для изучения нанороботов,  их поведения и взаимодействия с виртуальными биомолекулами в артериальных сосудах. Эту систему назвали NCD (Nanorobot Control Design). Можно сказать, что это – революционный прорыв в области медицины. С помощью данной системы представится возможность визуализации процессов работы нанороботов внутри человеческого организма. Благодаря NCD, будет ускорен процесс разработки и внедрения в тело человека медицинских нанороботов.  

 Что же  представляет собой подобный  механизм наноробота и как  он выглядит? В данном современном устройстве есть мотор, а также пластины, благодаря которым он перемещается. Наличие распознающего или, другими словами, сортировочного винта даст возможность ориентироваться в среде, которую он попал. С помощью винта происходит распознание клеток, которые необходимо лечить. Конусы его голубого цвета, они показывают радиус действия сенсоров. Предполагается, что контроль над такими нанороботами будет осуществляться при помощи мобильных телефонов, который будет поддерживать радиочастоты.  

 Уже долгие  годы ученые придумывают все новые и новые методы борьбы с раковыми клетками, имеющие свои плюсы и минусы, биологические, хирургические и т.д. Как известно в последнее время интенсивно стали развиваться нанотехнологии, и их участие в медицине, и без участия в методах лечения рака здесь конечно не обошлось.  

 В 2005 году  исследователи из Мичиганского  университета разработали быстрый  и эффективный метод производства  лекарств с использованием наночастиц  и молекул ДНК. 

 Ученые взяли  за основу молекулы дендромеров - крошечных разветвлённых полимеров, концы которых могут присоединять различные молекулы. Таким образом, молекулы дендромеров могут образовывать различные конструкции, которые могут служить "емкостями" для лекарств.

 В ходе  экспериментов с соединениями из дендромеров ученые установили, что они хорошо соединяются с молекулами ДНК. При этом молекулы ДНК выступают в качестве "скелета" сложной молекулы, доставляющей лекарство.  

 Главные активные  компоненты этой наносистемы - дендромеры - могут нести на себе различные молекулы: от лекарства и белковых маркеров до флуоресцентных агентов. В принципе, можно создать дендромер, который бы нес одновременно и маркер, и лекарство, но процесс синтеза такой молекулы очень трудоемок.  

 Наночастицы  - идеальное средство для доставки  лекарств внутрь клетки. Но до  сих пор ученые не могли  разместить на них маркеры,  позволяющие доставить лечебный  груз наночастицы точно в цель - внутрь больной клетки. Да и  само производство наночастиц дорого стоит и занимает много времени. Благодаря новой технологии наночастицы смогут стать одним из самых распространенных препаратов для лечения различных заболеваний.  

 Исследования  в 2007 году дали поводы предположить  что для уничтожения раковых опухолей так же можно использовать свойства плазмонов. Введенные в кровоток наносферы (частички кварца диаметром 100 нм, покрытые тонким слоем золота) концентрируются в быстрорастущей опухоли. Свет инфракрасного лазера проходит через кожу и разогревает наносферы, возбуждая в них резонансные колебания электронов. Высокая температура убивает клетки опухоли, а окружающие здоровые ткани остаются нетронутыми  

 В 2008 году  в результате многочисленных  исследований, наконец, российские  ученые создали новый препарат, побеждающий рак, аналогов которому нет в мире. И этот препарат – нанопорошок (вещество, уменьшенное в миллионы раз, называется нановеществом, Размер одной наночастицы более чем в 10 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!)...

 В ходе  опытов физики выяснили, что свойства вещества зависят от его размеров. Если уменьшить любое твердое тело, оно приобретает новые свойства. В качестве исходного вещества для нанопорошка, применяемого для лечения рака, используются железо и никель. Никель дешев и почти безотходен: из 1,3 грамма никеля в процессе синтеза получается 1 грамм нановещества.

 Что же  происходит при использовании  нанопорошка? Раковые клетки по  своей структуре очень рыхлые  и пористые, а нановещество, наоборот, обладает огромной поглощательной способностью. Этими свойствами решили воспользоваться учёные: «накормить» прожорливые раковые клетки микроскопическими наночастицами.

 Введенный  в организм порошок мгновенно  всасывается больными клетками. Дальнейшая схема действия наночастиц  гениальна и проста. Скопления нанопорошка облучаются лазером. Сгорая, они попутно уничтожают и раковую опухоль. Электропроводимость тканей организма намного меньше, чем у нанопорошка, поэтому лазер не приносит вреда здоровым клеткам. Он убивает лишь раковые клетки, напичканные нанопорошком, и опухоль исчезает за считанные дни.

 Первые испытания  уральские ученые провели совместно  с московскими коллегами из  Института общей физики и Онкологического  центра имени Блохина. В кровь  мышей, предварительно зараженных  раковой клеткой, через вену вводились нанокомпозиты, покрытые углеродной оболочкой. Во время испытаний мышей облучали один раз в день по 15 минут. Результаты превзошли самые смелые ожидания ученых: через 20 дней раковая опухоль полностью рассосалась!  

 В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять “молекулярную хирургию” с помощью наноботов.  

 Ожидается  создание молекулярных роботов-врачей, которые могут “жить” внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая возникновение таковых.  

 Манипулируя  отдельными атомами и молекулами, наноботы смогут осуществлять  ремонт клеток.  

 Прогнозируемый  срок создания роботов-врачей, первая  половина XXI века.  

 Неизвестно, будет ли медицина широко использовать  подобные результаты исследований. Ведь лечение такими препаратами  выльется в большие деньги. Однако, так или иначе, нанотехнологии - это новое слово в науке