Med-Practic
Посвящается выдающемуся педагогу Григору Шагяну

События

Анонс

У нас в гостях

Aктуальная тема

Случаи, открытия

Нанотехнологии в медицине и фармации

Нанотехнологии в медицине и фармации

Сегодня много говорят о том, что человечество стоит на пороге новой научно-технической революции — нанотехнологической. Пожалуй, не существует исчерпывающего определения понятия «нанотехнология», но по аналогии с микротехнологиями можно сказать, что это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра (1 нм = 10–9 м), ничтожно малыми величинами, которые в сотни раз меньше длины волны видимого света, сопоставимыми с размерами атомов. Поэтому переход от «микро» к «нано» — это даже не переход, а скачок от манипуляций веществами к манипуляциям отдельными атомами.

 

Наночастицы существуют в космосе, атмосфере, гидросфере, горных породах и магме, образующейся в глубинных зонах Земли. Они могут образовываться при фазовых переходах из жидкого или газообразного состояния в твердое в процессе выветривания горных пород, при физических процессах (электрические разряды и реакции конденсации, происходящие в солнечной туманности). Известно, что химия и физика наночастиц сильно отличаются от химии и физики макроэлементов; именно наночастицы являются так называемым зародышем, из которого образуются крупные кристаллы полезных ископаемых и силикатов.


Появление высокоразрешающих методик изучения вещества дало исследователям инструмент для прямого наблюдения за процессами зарождения минералов, изучения различных веществ на наноуровне. Исследование природных ультрадисперсных систем инициировало создание новых материалов для развития нанотехнологий — одного из самых приоритетных направлений современных исследований.

 

Из истории нанотехнологии: все меньше, и меньше, и меньше

 

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «нераскалываемый», для описания самой малой частицы вещества.

 

1905 г. — Альберт Эйнштейн доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нм.

 

1931 г. — немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

 

1959 г. — американский физик, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман опубликовал работу, в которой оценил перспективы глобальной «миниатюризации».

 

1968 г. — Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании «Bell», разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

 

1974 г. — японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот термин «нанотехнологии» и предложил использовать его для обозначения механизмов размером менее 1 мк (1 мк = 10–6 м).

 

1985 г. — американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром 1 нм.

 

1989 г. — Дональд Эйглер, сотрудник компании «IBM», выложил название своей фирмы атомами ксенона.

 

1998 г. — голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

 

1999 г. — американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как молекулярные цепочки.

 

2000 г. — правительство США поддержало создание Национальной инициативы в области нанотехнологии (National Nanotechnology Initiative). Из федерального бюджета на проведение нанотехнологических исследований было выделено 500 млн долларов, а в 2002 г. ассигнования составили 604 млн долларов.

 

Новые свойства, новые структуры, новое качество


Чем же наномир отличается от микромира, нанотехнология — от микротехнологии? Во-первых, нанотехнологии позволяют создавать структуры с новыми свойствами, которые еще не известны человеку. Казалось бы, чтобы изменить свойства материала, нужно изменить его химический состав. В наномире же появляется новое качество. Размер и форма нанообъекта могут существенно влиять на его оптические, магнитные, электрические свойства, даже на цвет. Во-вторых, микроэлектроника — микроэлектронная технология — «работает» преимущественно в области информационной техники (например, компьютеров). Нанотехнологии под силу решение более грандиозных задач. Она стремится преобразовать практически все сферы человеческой жизнедеятельности. Лозунг нанотехнологии достаточно смел: подавляющее большинство из того, что может быть сделано человеческими руками, должно быть или может быть сделано методами нанотехнологии.

 

Нанотехнология развивается в трех направлениях: изготовление электронных схем с активными элементами, размеры которых сравнимы с таковыми молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин — механизмов и роботов размером с молекулу; непосредственная манипуляция атомами и молекулами, сборка из них всего существующего.
Реализация всех этих направлений уже началась. Почти 10 лет назад были получены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборке из них соответствующих конструкций, разработаны и изготовлены первые наноэлектронные элементы. По оценкам специалистов, в ближайшие годы начнется масштабное производство наноэлектронных чипов, например микросхем памяти емкостью в десятки гигабайт. Нанотехнологический контроль изделий и материалов буквально на уровне атомов в некоторых областях промышленности стал обыденными делом. Уже сегодня широко используют нанотехнологические методы, позволяющие создавать активные элементы (транзисторы, диоды) размером с молекулу и формировать из них многослойные трехмерные схемы. Еще один пример — DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц.

 

Нанотехнологии в фармации

 

Применение нанотехнологий в фармации оказалось весьма плодотворным. В течение последних 10–15 лет на основе давно и хорошо известных лекарственных веществ (ЛВ) созданы препараты, обладающие новыми свойствами. Традиционные лекарственные формы не обеспечивают доставку ЛВ внутрь целевых клеток. Эту задачу могут решить наноносители, с помощью которых возможен целенаправленный транспорт ЛВ в орган-мишень или ткань-мишень, что является одним из базовых элементов технологии контролируемого высвобождения ЛВ. При длительной циркуляции наноносителей в кровяном русле содержащееся в них ЛВ защищается от инактивации, а его действие пролонгируется.

 

В отличие от макро- (например желатиновых) и микрокапсул (размером 10–500 мкм) наноносители предназначены не только для перорального, но и для внутривенного (транспорт к органам-мишеням либо длительная циркуляция в кровяном русле), внутримышечного (депо ЛВ или постепенное поступление наноносителей либо выделяемых ими ЛВ в кровоток), инъекционного введения. Кроме того, возможно ингаляционное и интраокулярное введение наноносителей, а также интра- и трансдермальная подача ЛВ с помощью наноносителей.

 

Что же представляют собой наноносители? Они могут быть двух видов. Первый — собственно наночастицы, представляющие монолитные, обычно сферические образования, которые содержат ЛВ по всей массе частицы или только на ее поверхности. Выделение ЛВ из наночастицы происходит постепенно с контролируемой скоростью. К наночастицам относятся также нанокристаллы, состоящие только из ЛВ, подвергнутого измельчению до соответствующих размеров, что позволяет им растворяться со скоростью, превышающей скорость растворения частиц более крупных размеров. Существуют липидные наночастицы (наноэмульсии) — разновидность жировых эмульсий для подачи ЛВ.

Второй вид наноносителей — нанокапсулы. Это полые сферические контейнеры (толщина стенки ~10–30 нм), содержащие жидкую среду, в которой растворено ЛВ. Высвобождение ЛВ происходит за счет диффузии ЛВ через стенку нанокапсулы или в результате ее разрыва. Скорость высвобождения регулируется дизайном нанокапсул и способом их получения.

 

Взаимодействие наноносителей с клетками зависит от материала, из которого они изготовлены. Наиболее часто используют нанокристаллы ЛВ без дополнительного материала; липиды для получения липидных нанокапсул, то есть липосом, и липидных наночастиц; полимеризованные липиды (полимерные липосомы); термически или химически модифицированный сывороточный альбумин; химически модифицированные полисахариды; биодеструктирующиеся (распадающиеся в организме постепенно) полимеры. Поскольку нанокапсулы обладают большой удельной поверхностью, их используют, в частности, для доставки труднорастворимых ЛВ. При пероральном введении увеличивается абсолютная биодоступность, уменьшаются индивидуальная вариабельность и зависимость наноносителей от потребленной пищи. Добавляемые иногда биостабилизаторы делают нанокристаллы более прочными (например, предотвращают агрегацию) и позволяют контролировать их распределение в организме, время транспорта через пищеварительный тракт, а также биоадгезию, то есть прилипание к стенкам кишечника в определенном месте (мишень). Также снижается терапевтическая доза ЛВ. Актуально применение нанокристаллов анальгетиков, когда быстрое устранение боли и уменьшение вариабельности концентрации ЛВ в плазме играют решающую роль. Например, в результате дисперсии нанокристаллов напроксена примерно через 20 мин концентрация ЛВ в плазме в 3–5 раз выше по сравнению с обычной суспензией или таблетками.

 

Нанокристаллы ЛВ часто включают в макрокапсулы, матричные таблетки и т. д. Добавление биоспецифических мукоадгезивов (веществ, склеивающихся со слизистой оболочкой) позволяет локализовать действие нанокристаллов ЛВ в соответствующей области пищеварительного тракта.

 

Для плохорастворимых ЛВ суспензия нанокристаллов ведет себя аналогично раствору и может быть использована в аэрозолях. Инъекционное введение нанокристаллов позволяет более длительно «удерживать» ЛВ в месте введения, контролировать биораспределение ЛВ в организме и избежать поглощения ЛВ фагоцитирующими клетками.

 

Помимо внутриклеточного и целенаправленного транспорта важным преимуществом наноносителей является способность транспортировать ЛВ внутрь клеток в неактивном состоянии с последующим перевариванием в лизосомах с выделением ЛВ. Полимерные нанокапсулы и наночастицы с сорбцией ЛВ в массе частицы транспортируют высокотоксичные ЛВ внутрь клеток при минимальном проявлении общей токсичности. Это свойство было использовано при создании нанокапсул и наночастиц с противоопухолевыми высокотоксичными ЛВ.

 

Кроме противоопухолевых средств, наноносители используют для доставки антибактериальных и противомалярийных препаратов, адреноблокаторов, других ЛВ, требующих внутриклеточного введения, а также диагностических маркеров, с помощью которых выявляют наличие в организме трансформированных (измененных) клеток на самых ранних стадиях заболевания.

 

Ученые полагают, что наноносители чрезвычайно перспективны с точки зрения введения вакцин, а также генетического материала. Возможно, именно нанокапсулы окажутся наиболее подходящей лекарственной формой для разовой иммунизации против вируса СПИДа.

 

По прогнозам специалистов, препараты на наноносителях получат широкое распространение уже в ближайшие годы.

 

Нанотехнология — будущему (говорят футурологи)


Медицина: создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя возникающие генетические повреждения и предотвращая старение клеток. Достижение бессмертия. Прогнозируемый срок реализации: вторая половина XXI века.

 

Биология: «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.
Кибернетика: «пересаживание» человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: вторая четверть XXI века.

 

Разумная среда обитания: окружающая среда станет «разумной» и исключительно комфортной для человека за счет внедрения логических наноэлементов во все ее атрибуты. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века…

 

Автор. Александра Демецкая
Источник. РА - Журнал “Фармацевт практик” 10-2007 (7)
Информация. med-practic.com
Авторские права на статью (при отметке другого источника - электронной версии) принадлежат сайту www.med-practic.com
Loading...
Share |

Вопросы, ответы, комментарии

Читайте также

8 ноября 1895 г. физик Вильгельм Рентген открыл «рентгеновские лучи»
8 ноября 1895 г. физик Вильгельм Рентген открыл «рентгеновские лучи»

118 лет назад физик Вильгельм Рентген открыл «рентгеновские лучи» Физик Вильгельм Рентген открыл «рентгеновские лучи» Рентгеновские лучи видят насквозь...

Страницы истории Праздники, памятные дни
10 невероятных случаев в медицине
10 невероятных случаев в медицине

Медицина многогранна и удивительна: львиную долю ее составляют монотонные клинические исследования и длительное медикаментозное лечение. Однако находится место и для шокирующих происшествий, чудесных исцелений...

9 ноября 1801 родился Гейл Борден - американский предприниматель, изобретатель сгущенного молока
9 ноября 1801 родился Гейл Борден - американский предприниматель, изобретатель сгущенного молока

Гейл Борден родился 9 ноября 1801 года в штате Нью-Йорк (США). Начинал свой трудовой путь с работы землемером в штате Техас, сделал градостроительный план города Гальвестон, затем основал еженедельник...

Страницы истории
Использование паутины в медицинских целях
Использование паутины в медицинских целях

Этот отряд членистоногих вызывает к себе неоднозначное отношение. Большинство людей недолюбливает пауков, и неприязненно смахивает паутину, если она имела неосторожность повстречаться на пути. А между тем, использование паутины в медицинских...

Лечение
Из клеток пуповинной крови получили полноценные нейроны
Из клеток пуповинной крови получили полноценные нейроны

Долгое время врачи использовали кровь, остававшуюся в плаценте и пуповине после рождения ребенка, для лечения различных заболеваний: рака, нарушений иммунной системы и метаболических нарушений. Клетки пуповинной крови...

НОВОСТИ. Нервная система НОВОСТИ. Цифры и факты
Открыты две новые группы крови - пятая и шестая
Открыты две новые группы крови - пятая и шестая

Учёные обнаружили две новые группы крови по типам Ланжерейс и Джуниор
Коллектив ученых из Университета Вермонта добавил к широко известным I, II, III и IV группам крови еще две: Ленджерис (Langereis) и Джуниор (Junior...

НОВОСТИ. Гематология НОВОСТИ. Открытия, происшествия
Ученые выявили причину ожирения на молекулярном уровне
Ученые выявили причину ожирения на молекулярном уровне

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха открыли еще одно свойство сигнальной молекулы Hif1. Оказывается, она препятствует сжиганию жиров и содействует развитию ожирения...

НОВОСТИ. Ожирение, похудение НОВОСТИ. Открытия, происшествия
Пациенту удалили опухоль весом в 90 кг
Пациенту удалили опухоль весом в 90 кг

Пациент не мог ходить из-за опухоли на правой ноге, которая весила больше основной части конечности.
Впервые во Вьетнаме проведена подобная операция: хирурги пытались срезать опухоль весом в 90 кг, но добились успеха только на 50%...

НОВОСТИ. Хирургия НОВОСТИ. Открытия, происшествия Знаете, что...?
FDA впервые одобрило препарат на основе стволовых клеток
FDA впервые одобрило препарат на основе стволовых клеток

В начале ноября стало известно, что управление по продуктам и лекарствам США (FDA) впервые одобрило применение в клинической практике препарата на основе стволовых клеток пуповинной крови. Препарат под названием HEMACORD...

Лечение Лекарственные средства
Швейцарские ученые создали искусственную роговицу глаза
Швейцарские ученые создали искусственную роговицу глаза

Новости о достижениях медицины все чаще напоминают сценарий научно-фантастического фильма. Особенно богатым на такие открытия стал 2010 год.
Чего только стоит изобретение швейцарских ученых — вместе с коллегами из Канады они создали искусственную роговицу глаза, предназначенную полностью заменить донорские трансплантаты...

Офтальмология
Свет будет оценивать эффективность лечения рака
Свет будет оценивать эффективность лечения рака

Ученые из Университета Ирвина применяют светодиоиды для создания новой методики лечения рака. Она получила название фотодинамической терапии.

Фоточувствительные вещества, поглощающие свет, вводятся в опухоли, и она подвергается облучению светом...

НОВОСТИ. Онкология
Создан принципиально новый прототип искусственной поджелудочной железы
Создан принципиально новый прототип искусственной поджелудочной железы

Ученые многие стран уже давно бьются над проблемой создания искусственной поджелудочной железы – такой прибор помог бы облегчить жизнь огромному количеству больных, в первую очередь, страдающим диабетом 1-го типа, при котором...

НОВОСТИ. Эндокринная система
Генная терапия. Лечим: наследственное... и приобретенное…
Генная терапия. Лечим: наследственное... и приобретенное…

За свою относительно недолгую историю генная терапия претерпела и «взлеты и падения»: иногда ученые и практические врачи видели в ней чуть ли не панацею, а затем наступал период разочарования и скептицизма…
Идеи о возможности введения в организм генов с терапевтической целью были высказаны еще в начале 60-х годов минувшего столетия, однако реальные шаги были сделаны лишь в конце 80-х и были тесно связаны с международным проектом по расшифровке генома человека...

Лечение Генетика Фармацевт практик 10.2007 (7)
Современная медицинская техника: искусственные органы
Современная медицинская техника: искусственные органы

У всех приборов, аппаратов и механизмов есть запчасти. Ведь это так удобно: износилась деталь, поставили новую — и нет никаких проблем! Вот бы создать «фабрику» запасных органов для человека! Этой работой с энтузиазмом занимаются медики, инженеры, химики, физики, биологи и кибернетики. И хотя задача оказалась не из легких, некоторые успехи в создании «человеческих запчастей» все же имеются...

Лечение Травматология и ортопедия Фармацевт практик 9.2007 (6)

Notice: Undefined index: HTTP_X_FORWARDED_FOR in /sites/med-practic.com/classes/flud_class.php on line 33

САМЫЕ ЧИТАЕМЫЕ СТАТЬИ