Historie vývoje nanotechnologií a jejich aplikace v medicíně. Nanotechnologie v medicíně je naše budoucnost! Recenze na téma nanotechnologie v medicíně

Medicína a farmacie v nanosvětě

Redakce STRF pokračuje ve vydávání materiálů o nanotechnologiích. Tentokrát budeme hovořit o nanomedicíně, která se v posledních letech rozvíjí mimořádně rychlým tempem a přitahuje pozornost všech nejen pro své ryze reálné úspěchy, ale také pro svůj společenský přínos.

Nanotechnologie je interdisciplinární obor základní a aplikované vědy a techniky, který je souborem teoretického zdůvodnění, technik a metod používaných při studiu, navrhování, výrobě a využívání nanostruktur, zařízení a systémů, včetně cílené kontroly a modifikace tvaru, nanotechnologie, nanotechnologie a nanotechnologie. velikost, interakce a integrace jejich složek nanoprvků (asi 1–100 nm), aby se získaly objekty s novými chemickými, fyzikálními a biologickými vlastnostmi.

Nanotechnologie v zásadě umožní vytvářet naprosto libovolné objekty manipulací s jednotlivými atomy látky. Nahrazením jiných technologií nejen porazí stárnutí a nemoci, ale také poskytne lidstvu fantastické materiální bohatství. V praxi dnes nanotechnologie v medicíně, farmacii a příbuzných oborech řeší tyto hlavní problémy:

• Tvorba pevných látek a povrchů s modifikovanou molekulární strukturou. V praxi to bude poskytovat kovy, anorganické a organické sloučeniny, nanotrubice, biologicky kompatibilní polymery (plasty) a další materiály, které napodobují tkáně živých organismů, sloužící jako nosiče léků nebo implantáty.
• Vývoj nanokontejnerových technologií pro vektorovou dodávku léků.
• Syntéza nových chemických sloučenin tvorbou molekul bez chemických reakcí. V příštích 10–20 letech to povede k vytvoření zásadně nových léků, které syntetici, lékárníci a lékaři „navrhnou“ na základě konkrétního onemocnění, a dokonce i konkrétního pacienta.
• Vývoj samoreplikačních (samomnožících se) systémů založených na bioanalogech - bakterie, viry, prvoci.
• Tvorba přesných lékařských nanomanipulátorů a diagnostických přístrojů.

S ohledem na jeden atom jako součást vyvíjejí nanotechnologové metody pro konstrukci materiálů se specifikovanými vlastnostmi z těchto částí. Mnoho společností již ví, jak sestavit atomy a molekuly do určitých struktur. V budoucnu budou všechny molekuly sestaveny jako dětská stavebnice, protože lze postavit jakoukoli chemicky stabilní strukturu, kterou lze popsat vhodným vzorcem.

Vývoj nanomedicíny

Podle kanonické definice předního vědce v této oblasti R. Freitase je nanomedicína: „monitorování, korekce, navrhování a řízení lidských biologických systémů na molekulární úrovni pomocí vyvinutých nanozařízení a nanostruktur.“ V medicíně tedy perspektiva využití nanotechnologií spočívá v konečném důsledku v nutnosti změnit strukturu buňky na molekulární úrovni pomocí nanorobotů nebo jiných nanotechnologií.

Nanomedicína se v posledních letech rozvíjí mimořádně rychlým tempem a přitahuje pozornost všech nejen pro své ryze reálné úspěchy, ale také pro svůj společenský přínos. Tento termín (odráží i budoucnost) dnes označuje využití nanotechnologií v diagnostice, sledování a léčbě nemocí.

Rozvoj nanomedicíny úzce souvisí s revolučním pokrokem v genomice a proteomice, který vědcům umožnil přiblížit se k pochopení molekulárního základu nemocí. Nanomedicína se rozvíjí tam, kde jsou genomická a proteomická data kombinována se schopnostmi, které umožňují vytvářet materiály s novými vlastnostmi na nanometrické úrovni.

Existuje 5 hlavních oblastí aplikace nanotechnologií v medicíně: dodávka aktivních léčiv, nové metody a prostředky léčby na úrovni nanometrů, diagnostika in vivo, diagnostika in vitro, lékařské implantáty.

Místo léků a bioaktivních molekul v nanometrovém světě

V roce 1959 slavný americký teoretický fyzik R. Feynman řekl, že „existuje úžasně složitý svět malých forem a jednoho dne (například v roce 2000) budou lidé překvapeni, že před rokem 1960 nikdo nebral výzkum tohoto světa vážně. Medicína a farmacie patří mezi nejdůležitější praktické aplikace práce nanotechnologů, protože výše popsaný svět je světem těchto vědních disciplín. Jsou to rozměry, které jsou charakteristické pro hlavní biologické struktury – buňky, jejich složky (organely) a molekuly. Poprvé myšlenku využití mikroskopických zařízení (která by měla zahrnovat nanočástice) v medicíně vyjádřil R. Feynman ve své slavné přednášce „Tam dole je spousta místa“. Ale až v posledních letech se Feynmanovy návrhy přiblížily realitě, i když, podotýkáme, jsou stále daleko od mikrorobota, kterého navrhoval, schopného proniknout do srdce oběhovým systémem, provádět tam operaci chlopní a také provádět celou řadu podobné postupy, které bouří představivost.

Konkretizací výše prezentovaných názorů lze dnešní specifické úkoly nanotechnologií v medicíně rozdělit do několika skupin: nanostrukturní materiály včetně povrchů s nanoreliéfem, membrány s nanootvory; nanočástice (včetně fullerenů a dendrimerů); mikro- a nanokapsle; nanotechnologické senzory a analyzátory; lékařské aplikace rastrovacích sondových mikroskopů; nanonástroje a nanomanipulátory; mikro- a nanozařízení s různým stupněm autonomie .

Tedy „nano“ ( řecký– část na miliardu) při aplikaci na popsané objekty znamená, že jejich velikosti jsou v rozmezí 10-9 m, což odpovídá úrovním biologické organizace od atomové po subcelulární. Definice „nanočástic“ tedy zahrnuje téměř všechny supramolekulární (supramolekulární) komplexy, to znamená tvorbu „malých“ i velkých organických molekul (v moderní terminologii „hostitel“) s iontovými nebo kovalentně konstruovanými molekulami („host“ "). Podle již zavedené tradice v biologické a lékařské literatuře však nanočástice znamenají velmi specifické (a především uměle vytvořené) molekulární struktury.

Tyto myšlenky dnes vyžadují extrémní specifikaci.

Ve své recenzi, publikované před několika dny (13. září, časopis Nature Nanotechnology, 2009, DOI: 10.1038/nnano.2009.242), vědci ze Spojených států a Francie tlačí na přehodnocení termínu „nanočástice“. Domnívají se, že je potřeba přesnější systematizace těchto částic pro další výzkum a praktickou aplikaci v různých oblastech. S tímto úhlem pohledu nelze než souhlasit, ačkoli podobné návrhy, podotýkáme, zazněly již dříve poměrně často.

Zde jsou například velikosti (tabulka 1) molekul některých látek (molekul, částic) v nanometrech:

Stůl 1.

Odborníci vyjadřují nejdůležitější myšlenku, že klasifikace nových objektů jako nanomateriálů by neměla být založena „slepě na jejich velikosti“ – ale na základě toho, zda tato velikost vede ke vzniku nových vlastností takových objektů.

Navzdory tomu, že v mnoha zemích již nanomateriály našly široké uplatnění i v kosmetice a opalovacích přípravcích, v těchto zemích neexistují jasná pravidla upravující bezpečné používání nanočástic a je zřejmé, že bez jasné definice pojmu „nanočástice“ ”, vznik takových Je stěží vhodné vůbec očekávat pravidla. Ačkoli existuje názor, že za nanoobjekt by měl být považován jakýkoli objekt, jehož velikost v alespoň jednom z jeho rozměrů je menší než 100 nm, v recenzi publikované v Přírodní nanotechnologie, výzkumníci trvají na zavedení přísnější klasifikace.

Autoři recenze poznamenávají, že není možné nanočástice jednoduše klasifikovat, „česat je všechny jedním kartáčem“, ale dodávají, že ne vše, co je „malé“, musí být nutně nanomateriály. Nabízí se otázka, jaká kritéria by se měla používat při systematizaci nanomateriálů? Přezkum zkoumá různé fyzikálně-chemické vlastnosti, které mohou tvořit základ navrhované nové klasifikace. Například velikost nanosystému ovlivňuje strukturu jeho krystalové struktury, která zase určuje reaktivitu nanočástic a charakteristiky jejich interakce s prostředím. Bylo například zjištěno, že vlastnosti nanočástic o velikosti 10–30 nm se výrazně liší od větších útvarů.

Co to je – nanotechnologie ve farmacii?

Odvětví cíleného designu nových léků neboli designu léků (lék – lék, design – design, konstrukce) přímo souvisí s předmětem nanotechnologie, protože interagující objekty – lék a cíl – jsou molekulárními objekty. Základními koncepty používanými v návrhu brzdy jsou cíl a droga. Cíl je makromolekulární biologická struktura, pravděpodobně spojená se specifickou funkcí, jejíž porušení vede k onemocnění a na kterou je třeba mít určitý vliv. Nejčastějším cílem jsou receptory a enzymy. Lék je chemická sloučenina (obvykle s nízkou molekulovou hmotností), která specificky interaguje s cílem a tak či onak modifikuje buněčnou odpověď vytvořenou cílem. Pokud je cílem receptor, pak lékem bude s největší pravděpodobností jeho ligand, tedy sloučenina, která specificky interaguje s aktivním místem receptoru. Například F1-adenosintrifosfatáza (F1-ATPáza), která patří do skupiny enzymů zajišťujících syntézu energie ve všech organismech, včetně procesu fotosyntézy v rostlinných buňkách. Průměr molekuly enzymu je 10–12 nm.

Supramolekuly jsou asociáty dvou nebo více chemických částic spojených mezimolekulárními nekovalentními vazbami z fragmentů, které mají geometrickou a chemickou shodu (komplementaritu). Přeskupení molekul vede k různým jejich kombinacím. Takové systémy jsou předmětem studia supramolekulární chemie (tento termín navrhl nositel Nobelovy ceny J.-M. Lehn) a chemie „host-host“ a dosud nebyly příliš studovány, i když již byly objeveny nové materiály s jedinečnými vlastnostmi. vytvořené na jejich základě. Například použití porézní struktury, která hraje roli „hostitele“ (a v jiných případech tuto roli obvykle plní organický ligand), umožňuje reverzibilní umístění „hosta“ v nanoměřítku pro selektivní transport a uvolňování drogy. Po nanokrystalech jsou nepochybně dalším slibným objektem podrobného studia supramolekulární struktury. V těchto termínech interakcí cílených léčiv (velikosti 1–10 nm) s biocílem (proteinem nebo systémem proteinů o velikosti až 100 nm) vzniká komplex „ligand-biocíl“ („substrát-receptor“, resp. typu „host-host“), což je podle všech známých charakteristik supramolekulární struktura (supramolekulární komplex). Není také pochyb o tom, že samotné součásti takového systému jsou strukturálními objekty nanotechnologie.

Pokračujeme-li v těchto úvahách, připomínáme, že terapeutický účinek cíleného léku na biocíl v nanoměřítku lze provést pouze za podmínky vytvoření nanosystému supramolekulárního „ligand-biocíl“ a pouze během jeho existence.

To znamená, že vývoj cílených léků spadá pod výše uvedenou definici nanotechnologie, protože jejich mechanismus účinku je založen na cílené interakci s biocílem odpovědným za onemocnění. Právě tato interakce na nanoměřítku, realizovaná prostřednictvím nekovalentní (a koordinační, včetně vodíkové) chemické vazby mezi léčivem (ligandem) a proteinem (cílem), je studována během vývoje a určuje selektivitu, účinnost a nižší toxicitu cílených léků ve srovnání s předchozí generací léků, to znamená, že zlepšuje spotřebitelské vlastnosti.

Navíc během své existence je systém „ligand-biotarget“ ve všech svých vlastnostech biostrojem a výsledkem jeho práce bude modifikace nemoci (úplné nebo částečné vyléčení). Účinnost nanobiostroje tedy závisí na síle a trvání vazby složek diskutovaného komplexu, což pro trvalý cíl závisí výhradně na vlastnostech inovativního cíleného ligandového léčiva.

Poté, formalizací pojmů, lze tvrdit, že nanotechnologie ve farmacii je soubor metod a technik studia, designu, výroby a použití, jejichž hlavní fáze by měly být zváženy:

• biologický screening, tedy hledání aktivních molekul (1–10 nm), které interagují s biocílem (protein nebo proteinový systém o velikosti až 100 nm).
• studium mechanismu účinku (hledání biocíle a identifikace mechanismu interakce aktivní molekuly s ním).
• počítačový návrh potenciálně aktivních sloučenin výpočtem interakčních energií kandidátních molekul a biocíle (proteinu) ve vzdálenosti několika nanometrů, tedy výpočtem možných struktur a poloh molekul odpovídajících minimální energii takové interakce (dynamická simulace což na superpočítači s kapacitou asi 200 teraflopů trvá přibližně 24 hodin).
• cílená kontrola a modifikace tvaru, velikosti, interakce a integrace dílčích prvků v nanoměřítku („ligand-biotarget“, asi 1–100 nm), což vede ke zlepšení nebo vzniku dalších provozních a/nebo spotřebitelských charakteristik a vlastností výsledné produkty (zvýšená účinnost, biologická dostupnost, snížení toxicity a vedlejších účinků výsledných inovativních léčiv).
• výroba hotových lékových forem v nano velikosti (lipozomální formy, biodegradabilní polymery, nanočástice pro cílený transport atd.).
• použití cílených inovativních léků, které poskytují nanoměříkové účinky na biocíl, což vede k terapeutickému účinku.

Rád bych připomněl slova akademika V. L. Ginzburga: „Současně biologie, využívající především stále pokročilejších fyzikálních metod, rychle postupovala a po rozluštění genetického kódu v roce 1953 se začala zvláště rychle rozvíjet. Dnes je to biologie, zejména molekulární biologie, která zaujala místo přední vědy. S takovou terminologií a v podstatě nedůležitým rozdělením „míst“ ve vědě lze nesouhlasit. Chci jen zdůraznit fakta, kterým nerozumí všichni fyzici, zvláště v Rusku. Fyzika pro nás zůstává otázkou života, mladou a krásnou, ale pro lidskou společnost a její vývoj zaujala místo fyziky biologie.“

Systémy dodávání biologicky aktivních látek

Jedním z nejjednodušších a nejúčinnějších způsobů, jak dopravit molekuly léčiva do lidského těla, je transdermální (přes kůži). Právě pro svou jednoduchost dosud neexistují žádné teoretické zákazy dodávat většinu známých biologicky aktivních sloučenin tímto způsobem, bez ohledu na jejich molekulovou hmotnost (velikost) nebo fyzikálně-chemické vlastnosti. U níže popsaných nanonosičů je však transdermální metoda považována za jednu z možných metod transportu nanoobjektů. (Obrázek ukazuje nanočástice používané pro dodávání terapeutických molekul: 1 – lipozom a adenovirus; 2 – polymerní nanostruktura; 3 – dendrimer; 4 – uhlíková nanotrubice

Různé jednosložkové a vícesložkové liposomy vznikající v lipidových roztocích. Pro praktické účely jsou zajímavé liposomy s velikostí ne větší než 20–50 nm, které se používají jako prostředek pro dodávání léčiv do biologického cíle. Sama příroda si navíc předem připravila velkou sadu nanonosičů, např. viry. Určitým způsobem zpracované adenoviry lze efektivně využít k očkování přes kůži. Umělé biogenní nanočástice schopné cíleného dodávání zahrnují kromě lipozomů také lipidové nanotrubice , nanočástice a nanoemulze lipidového původu, některé cyklické peptidy, chitosany, nanočástice z nukleových kyselin.

Bakterie jako nanobiostroje, doručování léků. Již bylo prokázáno, že bakterie mohou být použity jako prostředek k cílenému dodávání léků do nemocných tkání. Odborníci zavedli bakterie MC-1 do krevního systému krys. Tyto bakterie se dokážou rychle pohybovat díky rotaci svých bičíků, ale navíc obsahují magnetické nanočástice, díky čemuž jsou citlivé na magnetické pole a pohyb po siločarách. Takové siločáry může vytvořit například přístroj magnetické rezonance. Vědci se domnívají, že než se pokusíme vytvořit umělé nanostroje, které se mohou pohybovat lidským tělem, měli bychom věnovat pozornost již existujícím výtvorům přírody.

Nanokuličky a nanokapsle patří do rodiny polymerní nanočástice. Jsou-li nanokuličky pevné matrice na jejichž povrchu polymeru je distribuována účinná látka, pak v nanokapslích tvoří polymerní obal dutinu naplněnou kapalinou. V důsledku toho se účinná látka uvolňuje do těla různými mechanismy – z nanosfér je uvolňování exponenciální a z nanokapslí probíhá konstantní rychlostí po dlouhou dobu. Polymerní nanočástice lze získat z přírodních nebo syntetických polymerů, jako jsou polysacharidy, kyseliny polymléčné a polyglykolové, polylaktidy, polyakryláty, akrylové polymery, polyethylenglykol (PEG) a jeho analogy atd. Polymerní materiály se vyznačují souborem cenných vlastností pro léčiva transport, jako je biokompatibilita, schopnost biodegradace, funkční kompatibilita.

Zvláště zajímavé jsou dendrimery. Představují nový typ polymerů, které nemají obvyklou lineární, ale „větvenou“ strukturu. První vzorek byl získán již v 50. letech a hlavní metody pro jejich syntézu byly vyvinuty v 80. letech. Termín „dendrimery“ se objevil dříve než „nanotechnologie“ a zpočátku spolu nesouvisely. V poslední době jsou však dendrimery stále častěji zmiňovány v souvislosti s jejich nanotechnologickými a nanomedicínskými aplikacemi. Dendrimery jsou jedinečnou třídou polymerů, protože jejich velikost a tvar lze velmi přesně řídit chemickou syntézou, která je pro nanonosiče kritická. Dendrimery se získávají z monomerů prováděním postupných konvergentních a divergentních polymerací (včetně použití metod syntézy peptidů), čímž je definována povaha větvení. Typickými monomery používanými při syntéze jsou polyamidoamin a aminokyselina lysin. „Cílové“ molekuly se vážou na dendrimery buď vytvářením komplexů s jejich povrchem, nebo tím, že jsou zabudovány hluboko mezi jejich jednotlivé řetězce. Kromě toho mohou být potřebné funkční skupiny stereospecificky umístěny na povrchu dendrimerů, které budou interagovat s viry a buňkami s maximálním účinkem. Příkladem vytvoření účinné látky na bázi dendrimeru je lék Vivigel, gel, který může chránit před infekcí HIV.

Mezi uhlíkovými nanočásticemi tvořenými pouze atomy uhlíku jsou nejrozšířenější fullereny A nanotrubice, které lze získat pomocí různých chemických nebo fyzikálně chemických metod. Například v průmyslovém měřítku se fullereny vyrábějí tepelným rozprašováním sazí obsahujících uhlík v atmosféře inertního plynu za sníženého tlaku v přítomnosti katalyzátoru. Fullereny se podle odborníků mohou stát základem nejen pro aplikační systémy, ale také pro novou třídu léků. Hlavním rysem je jejich tvar rámu: molekuly uvnitř vypadají jako uzavřené, duté „skořápky“. Nejznámější z karbonových rámových konstrukcí je fulleren C 60, jehož zcela nečekaný objev v roce 1985 způsobil boom výzkumu v této oblasti (Nobelova cena za chemii za rok 1996 byla udělena objevitelům fullerenů). Po vyvinutí způsobu výroby fullerenů v makromnožstvích bylo objeveno mnoho dalších, lehčích nebo těžších fullerenů: od C 20 do C 70, C 82, C 96 a vyšších. Na bázi fullerenů se vyvíjejí vehikula pro podávání léků pro léčbu pacientů infikovaných HIV a pacientů s rakovinou.

V roce 1991 byly opět – zcela nečekaně (teoretici nepředpověděli jejich existenci) objeveny dlouhé, válcovité uhlíkové útvary, tzv. nanotrubice. Vyznačují se rozmanitostí tvarů: velké a malé, jednovrstvé a vícevrstvé, rovné a spirálové; jedinečná síla, demonstrují celou řadu nejneočekávanějších elektrických, magnetických a optických vlastností. Ve skutečnosti lze nanotrubice použít jako mikroskopické nádoby pro přepravu mnoha chemicky nebo biologicky aktivních látek: bílkovin, jedovatých plynů, složek paliv a dokonce i roztavených kovů. Pro potřeby medicíny mají nanotrubice důležitou zvýšenou afinitu k lipidovým strukturám, jsou schopny tvořit stabilní komplexy s peptidy a DNA oligonukleotidy a dokonce tyto molekuly zapouzdřit. Kombinace těchto vlastností předurčuje jejich použití ve formě účinných transportních systémů pro vakcíny a genetický materiál.

NA anorganické nanočástice, jedna z nejdůležitějších tříd nanonosičů, zahrnuje sloučeniny oxidu křemičitého a také různé kovy (zlato, stříbro, platina). Často má taková nanočástice křemíkové jádro a vnější obal tvořený atomy kovu. Použití kovů umožňuje vytvářet nosiče s řadou unikátních vlastností. Jejich aktivita (a zejména uvolňování terapeutického činidla) tedy může být modulována tepelnými účinky (infračervené záření) a také změnami magnetického pole. V případě heterogenních kompozitů v pevné fázi, například kovových nanočástic na povrchu porézního nosiče, se v důsledku jejich interakce objevují nové vlastnosti.

Snad nejběžnější platformové technologie jsou mikroenkapsulace, stejně jako technologie výroby matricových, vícevrstvých tablet a kapslí. Například v Rusku byly vyvinuty a nyní patentovány platformové technologie pro vytváření nanokomplexů aktivních látek s biokompatibilními a biologicky odbouratelnými syntetickými a přírodními polymery. Nanoformulace může vést ke zvýšení aktivity léčiva 2–4krát a také ke vzniku výraznějších terapeutických vlastností. V některých případech již probíhají preklinické studie známých léků v nových nanobaleních (například taxol nebo dlouhodobě působící Nurofen). Platformové technologie pro řízené uvolňování léčiv jsou relevantní pro cílené dodávání vysoce toxických protinádorových léčiv. Tradiční onkologické léky jsou rovnoměrně distribuovány po celém těle: dostávají se do míst onemocnění a do zdravých orgánů. Problém lze vyřešit pomocí cíleného dodávání léčiva spolu s biologicky odbouratelným polymerem – léčivo se pak neuvolňuje okamžitě, ale při degradaci polymeru. Existují ale ještě pokročilejší metody cíleného podávání léků pomocí nanočástic genetického materiálu, DNA nebo RNA. Částice o velikosti asi 200 nanometrů nebo o něco menší mohou opustit krevní oběh pouze v oblastech zánětu – tam, kde jsou rozšířeny póry kapilár.

Při cestování krevním řečištěm mohou nanočástice zarůst bílkovinami krevní plazmy a jsou absorbovány imunitními strážci – makrofágy. Aby se prodloužila životnost nanočástic v těle, jsou na ně navázány polymerní řetězce. Další možností je připojení k nanočástici. protilátky nádorové buňky, které znají cestu k cíli, a antibiotikum, které zničí maligní útvar. Vědci například navrhují lipozomální protirakovinný lék, ve kterém jsou teplotně citlivé lipozomy obaleny polymerem a vybaveny protilátkami, které určují „adresu doručení“.

Četné očkování pro všechny druhy nemocí se staly rutinním postupem, ale samotná technika zůstala v průběhu minulého století prakticky nezměněna. Stříkačky s roztokem antigenů budou v blízké budoucnosti nahrazeny nanonosiči (velikost až 500 nm), schopnými dopravit antigeny přes kůži k tam přítomným imunitním buňkám. Bylo prokázáno, že použití malých nanočástic (pouze 40 nm) umožňuje dodání antigenů přímo přes vlasové folikuly.

Současně jsou dnes systémy dodávání účinných látek spojeny s riziky, tedy vedlejšími účinky. Ne nadarmo farmaceutický gigant Novartis, koncern Ciba a některé další velké společnosti spojily svůj další vývoj v tomto směru pouze s biologicky odbouratelnými nanonosiči.

Nanoterapie

Jako účinné látky lze použít i molekuly o velikosti nanometrů. Jedním z nových výšlapů je zdrcujícíúčinné léčivé látky až do velikosti nanometrů - asi polovina nových účinných látek, které jsou v současné době ve vývoji, se špatně rozpouští, to znamená, že mají nedostatečnou biologickou dostupnost.

Krystaly nanoaktivního léčiva sestávají z účinné látky a jsou vyráběny ve formě suspenze (nanosuspenze), která může být podávána intravenózně nebo může být vyrobena do granulí nebo tablet pro orální podávání. V tomto případě není potřeba polymerní matrice, jejíž zničení, jak se někteří vědci domnívají, může mít toxický účinek na buňky. Typická velikost nanokrystalů je 200–600 nm. Jedním z nanokrystalických léků uvedených do klinické praxe již v roce 2000 je Rapamune (Wyeth-Ayers Laboratories), imunosupresivní lék, který se používá po transplantaci orgánů. Termoterapie s nanočásticemi, má zřejmě velké vyhlídky. Je známo, že když blízké infračervené záření zasáhne nanotrubice, začnou vibrovat a zahřívat látku kolem nich. Účinnost této terapie se ukázala jako velmi vysoká: u 80 procent myší, které dostaly dávku roztoku vícestěnných nanotrubiček, rakovinné nádory v ledvině po nějaké době úplně zmizely. Téměř všechny myši z této skupiny přežily do konce studie, která trvala asi 9 měsíců. Probíhají klinické studie termoterapie nádorů mozku a rakoviny prostaty. Vědci zjistili, že kontakt nanotrubic s poškozenou kostní tkání u myší urychluje regeneraci kostní tkáně a snižuje pravděpodobnost zánětu během léčby. Stejně tak částice nanozlata zabíjejí mikroby a rozpoznávají a ničí rakovinné buňky.

Nanočástice lze také využít ke stimulaci vrozených regeneračních mechanismů. Hlavní důraz je zde kladen na umělou aktivaci a manipulaci s dospělými kmenovými buňkami. Některé pokroky zahrnují: amfifilní proteiny, které podporují buněčný růst za účelem opravy poškozených mích; potažení oblastí mozkového nádoru magnetickými nanočásticemi a částicemi citlivými na enzymy; nanočásticové sondy pro intracelulární dodávání léčiv a genovou expresi, kvantové tečky, které detekují a kvantifikují biomarkery pro lidský karcinom prsu.

Nanoprotilátky Jsou to nejmenší dosud známé molekuly proteinového antigenu (velikost 2–4 nm). Jsou to fragmenty (variabilní domény) speciálních jednodoménových protilátek – skládají se z dimeru pouze jednoho zkráceného těžkého řetězce imunoglobulinu a jsou plně funkční v nepřítomnosti lehkého řetězce. Po syntéze jsou nanoprotilátky již funkční a nevyžadují žádné posttranslační úpravy. To umožňuje jejich okamžitou produkci v bakteriálních buňkách nebo kvasinkách, díky čemuž je proces tvorby těchto proteinů výrazně ekonomičtější. Je docela snadné provádět všechny druhy genetických manipulací s nanoprotilátkami, například vytvořit účinnější kombinační návrhy, které zahrnují dvě nebo více nanoprotilátek, stejně jako další proteinové domény nebo funkční skupiny. Takové protilátky v lidském těle neexistují, a proto nedochází k jejich adaptaci. Je tak možné obejít triky abnormálních, patologických buněk a mikroorganismů, které se dokázaly adaptovat na lidský imunitní systém a najít slabý článek v jejich obraně.

Biologicky aktivní přísady(doplňky stravy) vyvinuté pomocí nanotechnologie, tzv. nanoceutika, jsou zaměřeny na silné posílení schopností těla: od zvýšení stravitelnosti aktivních složek potravy až po zlepšení duševní činnosti a schopnosti koncentrace jsou vrcholem moderního trhu. Skupiny na ochranu práv spotřebitelů však prosazují přísnější vládní dohled nad skutečnou bezpečností a účinností produktů, které se dostanou na pulty obchodů.

O bezpečnosti nanotechnologií ve zdravotnictví

Obecný názor odborníků je, že výzkumníci dosud nevytvořili nástroje nezbytné pro 100% posouzení rizik spojených s nanotechnologiemi ve zdravotnictví. Takový vývoj je 3–5 let, a podle některých odhadů i více, za skutečným vytvořením nejdůležitějších lékařských nanomateriálů. Nanomateriály patří do zcela nové třídy výrobků a charakterizace jejich potenciální nebezpečnosti pro lidské zdraví a stav životního prostředí je povinná ve všech případech. Nanočástice a nanomateriály mají komplex fyzikálních, chemických vlastností a biologických účinků (včetně toxických), které se často radikálně liší od vlastností stejné látky ve formě spojitých fází nebo makroskopických disperzí (tab. 2).

Věda nestojí na jednom místě.

Technologie se vyvíjí rychlým tempem a umožňuje nám vytvářet zařízení a aplikace, které otevírají neomezené možnosti v široké škále lékařských oborů.

Díky tomu je člověk čím dál blíže pochopení toho, co se děje v jeho těle nejen na buněčné, molekulární, ale i na atomové úrovni – na nanoúrovni.

Zde je 25 způsobů, jak lze nanotechnologie využít v medicíně.

1. Nanoboti- Toto je generace nanostrojů budoucnosti. Budou schopni vnímat prostředí a přizpůsobovat se jeho změnám, provádět složité výpočty, komunikovat, pohybovat se, provádět molekulární montáž, opravovat nebo dokonce reprodukovat. Tato zařízení mají velký potenciál pro lékařské aplikace.
2. Nanopočítače. S jejich pomocí jsou nanoboti ovládáni. Snahy o vytvoření nanopočítačů, stejně jako pohyb směrem ke kvantovým počítačům, otevírají nové příležitosti pro medicínu.
3. Regenerace buněk. Poškození tělesných buněk je často velmi obtížné opravit kvůli neuvěřitelně malé velikosti buněk. S pomocí nanotechnologií je však možné toto obejít. Nanoboti nebo jiná zařízení by mohla být použita k manipulaci s molekulami a atomy na individuální úrovni nezbytné pro regeneraci buněk.
4. Stárnutí. Nanozařízení lze použít k odstranění některých známek stárnutí. Například laserová technologie již dokáže snížit výskyt stařeckých linií, skvrn a vrásek. Do budoucna se pomocí výkonné nanotechnologie plánuje tato znamení zcela odstranit.
5. Léčba rakoviny. K dnešnímu dni již byly učiněny první úspěšné kroky ve využití nanotechnologií v léčbě rakoviny. Tento proces je možný, protože malé, specializované funkce některých nanozařízení mohou být přesněji zacíleny na rakovinné buňky. To ničí rakovinné buňky bez poškození okolních zdravých buněk.
6. Nemoci kardiovaskulárního systému. Existuje možnost, že by nanoroboti mohli vykonávat řadu funkcí souvisejících se srdcem. Regenerace poškozené srdeční tkáně je pouze jednou z možností. Dalším využitím nanotechnologie je použití nanozařízení k čištění tepen od aterosklerotického plátu a dalších problémů.
7. Implantace zařízení. Namísto implantací zařízení, která se v současnosti používají v medicíně, by se mohli využít nanoboti k vytvoření potřebných struktur uvnitř těla.
8. Virtuální realita. Díky použití injekcí nanobotů mohou lékaři snáze studovat lidské tělo. Vytvoření virtuální reality by mohlo lékařským profesionálům pomoci učinit některé operace „realističtějšími“.
9. Dodávka léků. Systémy pro automatizaci podávání léků pomáhají zlepšit konzistenci mezi systémy těla. Současně jsou léky poskytovány systému, který je potřebuje. Aby bylo zajištěno, že konkrétní léky budou uvolněny ve správný čas a bez lidské chyby, mohou být aplikační systémy naprogramovány pomocí nanotechnologií.
10. . Nanotechnologie umožňuje nanorobotům proniknout do těla a provést změny v genomu. Díky tomu je možné korigovat genom a v důsledku toho léčit různá genová onemocnění.
11. Nanotpinze. Tato zařízení jsou navržena pro provoz nanostruktur. Lze je použít k pohybu nanozařízení po těle nebo k jejich umístění před instalací. Nanotrubičky se obvykle vyrábějí pomocí nanotrubiček.
12. Kmenové buňky. Nanotechnologie může skutečně pomoci dospělým kmenovým buňkám vyvinout se v jakýkoli potřebný typ buňky. Výzkum na myších ukazuje, že nanotrubice umožňují dospělým kmenovým buňkám vyvinout se ve funkční neurony.
13. Regenerace kostí. Pomocí nanotechnologií lze urychlit regeneraci kostí. Nanočástice mají různé chemické složení, které může pomoci spojit kosti dohromady a může dokonce pomoci v některých případech poranění míchy.
14. Vizualizace. Nanotechnologie je velmi slibná pro použití v oblasti lékařského zobrazování, umožňuje rychlé získání přesných, specifických obrazů. Nanozařízení se používají v molekulárním zobrazování a vedou ke zlepšení diagnostiky různých onemocnění a stavů.
15. Diabetes. Namísto odběru krve k testování hladiny cukru v krvi umožňuje nanotechnologie diabetikům používat čočky. Změna barvy může indikovat hladinu cukru v krvi.
16. Chirurgická operace. V moderním světě již robotičtí chirurgové existují, ale nanochirurgie je perspektivní obor, ve kterém lze využít některé lasery a také nanozařízení, která lze naprogramovat k provádění některých chirurgických operací.
17. Epilepsie. Vyvíjejí se nanočipy, které mohou pomoci kontrolovat záchvaty. Tyto čipy jsou navrženy tak, aby analyzovaly mozkové signály, následně je analyzovaly a provedly nezbytné úpravy mozku tak, aby bylo možné lépe kontrolovat záchvaty epilepsie.
18. Senzorická zpětná vazba. Nanočipy by mohly být užitečné pro lidi, kteří ztratili schopnost cítit svá těla. K tomu nanočipy zachycují elektrické impulsy a interpretují je.
    
19. . Protetika jde stále dopředu. Nanotechnologie umožňuje ovládat protézy pomocí mozku. Existuje již několik příkladů použití nanočipů pro tento účel.
20. Lékařská kontrola. Pomocí nanotechnologií je možné sledovat stav různých tělesných systémů. Nanočipy implantované do těla monitorují zdravotní stav a odesílají přijaté informace do počítače nebo jiného zařízení.
21. Lékařské zprávy. Kromě monitorování vlastních systémů těla lze nanotechnologie využít k zasílání informací poskytovatelům zdravotní péče, a tím zvýšit efektivitu elektronických lékařských záznamů.
22. Prevence nemoci. Přítomnost nanozařízení v těle může skutečně pomoci předcházet různým onemocněním. Správným naprogramováním je možné se některým nemocem vyhnout a napravit vznikající problémy dříve, než se stanou vážnými problémy. Nanozařízení mohou dokonce pomoci předcházet chronickým onemocněním.
23. Prenatální diagnostika. Existuje několik způsobů, jak využít nanotechnologie v prenatální diagnostice. Nanozařízení mohou proniknout do dělohy a dokonce i do plodu, aniž by způsobily poškození. Navíc mohou potenciálně pomoci odstranit mnoho problémů v děloze.
24. Individuální medicína. Tím, že se nanotechnologie dokáže přesně přizpůsobit genomu každého jedince, umožní přesněji určit vhodnou léčbu a upravit léčebný plán na míru individuálním potřebám těla.
25. Výzkum. Nanotechnologie umožňuje rychlý pokrok lékařského výzkumu tím, že k tomu poskytuje potřebné nástroje, s jejichž pomocí se člověk dozvídá nové věci o stavbě a fungování lidského těla, a díky výzkumu v oblasti fyziky a chemie nanotechnologie poskytuje tělo se stavebními materiály.

„Nejnápadnějším a nejjednodušším příkladem využití nanotechnologie v medicíně a kosmetice je obyčejný mýdlový roztok, který má čisticí a dezinfekční účinek. Tvoří se v něm nanočástice a micely. Mýdlo je zázrak nanotechnologie, takový je už v době, kdy o existenci nanočástic nikdo ani netušil. Tento nanomateriál však není tím hlavním pro rozvoj moderních nanotechnologií ve zdravotnictví a kosmetologii.

Dalším starověkým využitím nanotechnologie v kosmetologii byl fakt, že barviva, jimiž australští domorodci nanášeli zářivé válečné barvy, stejně jako barva na vlasy starověkých řeckých krasavic, obsahovala také nanočástice, které poskytovaly velmi dlouhotrvající a odolný barevný efekt.

Šungitová voda: je užitečná nebo stále škodí?

Pravděpodobně se již mnozí ve volném prodeji setkali s tzv. šungitovou vodou, jejíž výrobci prohlašují její unikátní léčivé vlastnosti, získané údajně působením přírodních fullerenů na ni. Pojďme si o této vodě povědět trochu podrobněji. Faktem je, že v Karélii, poblíž jezera Onega, byl po mnoho staletí léčivý pramen, u kterého ruský císař Petr I. nařídil výstavbu prvního letoviska v Rusku, „Marcial Waters“. Lidé využívali léčivých vlastností této vody již od pradávna. Její zvláštností je fakt, že takovou vodu nelze dlouhodobě skladovat – po pár hodinách ztrácí své jedinečné vlastnosti.

Studie provedené na Ukrajině a v Karélii ukázaly, že marcialová voda je důsledkem vlivu fullerenů obsažených v přírodním minerálu šungitu. Vědci se domnívají, že původ šungitu byl s největší pravděpodobností výsledkem pádu velkého uhlíkového meteoritu. Každá molekula fullerenu je schopna vytvořit a udržet kolem sebe vodní shluk, jehož rozměry jsou mnohonásobně větší než její vlastní průměr.

Tyto vodní shluky jsou schopny vykazovat antioxidační účinek, tedy zachycovat volné radikály, které jsou „úlomky různých organických sloučenin“ a ničí živý organismus. Vitamíny C, E, A, kyselina jantarová a řada dalších látek mají vysoké antioxidační vlastnosti.

Provedené studie s marcialovými vodami ukazují na vysoký léčivý účinek na rakovinu, aterosklerózu, cukrovku, onemocnění ledvin a jater, mozkové poruchy atd.

Tyto studie však mají i své odpůrce. Řada vědců vyjadřuje obavy z volného prodeje šungitové vody právě proto, že na rozdíl od marcialových vod může obsahovat i fragmenty fullerenů, které jsou, jak známo, extrémně nestabilní. Pitím vody napuštěné šungitem může člověk pít nejen užitečné klastry. Fullereny nebo jejich fragmenty snadno překonávají hematoencefalickou bariéru, to znamená, že pronikají do živých tkání, včetně mozku. Tyto nanočástice zároveň dokážou dodatečně transportovat různé látky, které normálně bariérou neprojdou a neproniknou nervovou tkání.

Použití azbestocementových desek ve stavebnictví (vyrábějí se z nich například stěny koupelen a toalet) je v mnoha zemích světa považováno za nebezpečné. Azbest se skládá z malých jehličkovitých mikro- a nanostruktur. U horníků, kteří těží azbest a vdechují azbestový prach po mnoho let, je téměř zaručeno, že kvůli vystavení tomuto prachu dostanou rakovinu plic. Za účelem péče o zdraví se v mnoha zemích světa demontují azbestové konstrukce. Lze si připomenout příklad vládní budovy v bývalém východním Německu, kterou nové úřady prakticky zbouraly kvůli aktivnímu používání azbestových materiálů v ní.

Je absurdní předpokládat, že ze stejného hlinitokřemičitanu můžete vzít minerál (kámen), rozemlít ho, pak na něj napustit vodu a nabídnout spotřebiteli. Užívání šungitové vody by mělo být prováděno pod přísným lékařským dohledem s dlouhodobým studiem možných pozitivních i negativních důsledků.

"Nebezpečné" nano

Na Radě federace 19. března 2008 Sergej Ivanov nejednoznačně prohlásil, že nanotechnologii dosud ovládali pouze podvodníci, kteří již inzerují všechny druhy nanokrémů. "Nikdo neví, co se stane s tvou rukou, když si je nasadíš." A žádné nano tam není. Vzali jen módní slovo,“ varoval 1. místopředseda vlády. Jiní podvodníci se mezitím snaží proniknout do 130 miliard rublů, které stát přidělil státní korporaci „Ruské nanotechnologie“ a předkládají „falešné a prakticky nemožné projekty“.

Jak uvádí vědecká publikace Science Daily, bylo zjištěno, že i vzduch kolem nás často obsahuje částice, které jsou škodlivé pro lidské zdraví. Částice ve vzduchu v metru jsou obzvláště destruktivní pro DNA, říká Hanna Karlsson, vědecká pracovnice Karolinska Institutet (Švédsko).

Částice obsažené v kyslíku stockholmského metra mají podle jejího názoru na lidskou DNA silnější vliv než částice obsažené ve výfukových plynech automobilů. Studie ukázala, že vzduch v metru obsahuje železné částice, které vznikají díky tření kol o kolejnice. Největší škody lidskému organismu způsobují při vstupu do plic, kdy se v buňkách těla tvoří volné radikály. Volné radikály jsou rychle se pohybující molekuly, které nejvíce poškozují lidskou DNA. Zároveň, jak vědec poznamenává, poškození buněk způsobené radikály může být eliminováno samotnou buňkou, ale pokud zůstane „neléčené“, zvyšuje to riziko rakoviny.

Podobné částice, které byly během studie objeveny, vznikají při tření pneumatik automobilů o asfalt a vedou také k různým zánětlivým onemocněním v těle.

Kvůli vysoké penetrační schopnosti nanočástic vyjadřují někteří vědci také obavy ohledně použití různých pevných předmětů o velikosti nano v řadě kosmetických přípravků: krémy, pleťové vody atd. Mechanismus a chování nanočástic po aplikaci na kůži nebyly plně prozkoumány. Je pravděpodobné, že nanočástice nebudou chtít zůstat v kůži dlouho a budou cestovat po celém těle.

Globální problémy, kterým lidstvo čelí, však vyžadují okamžitou a někdy i drastickou akci. Při řešení mnoha z nich mohou významně pomoci nanotechnologie. Za posledních 20 let tak bylo identifikováno nejméně 30 infekčních onemocnění (AIDS, virus Ebola, ptačí chřipka atd.), přičemž úmrtnost na ně představuje 30 % z celkového počtu úmrtí na celém světě. Každý rok je jen ve Spojených státech diagnostikováno 1,5 milionu nových případů rakoviny. Úmrtnost na ně ve světě je nejméně 500 tisíc lidí ročně. Podle předpovědí se do roku 2020 může počet pacientů s rakovinou ve světě zvýšit o 50 % a dosáhnout 15 milionů lidí ročně.

"Nanorukávy"

Ředitel Laboratoře pro nanofotoniku, profesor na Rice University v Houstonu, Naomi Halas a Peter Nordlander vytvořili novou třídu nanočástic s unikátními optickými vlastnostmi – nanosleeves. Mají průměr 20krát menší než mají červené krvinky (erytrocyty) a volně se pohybují v oběhovém systému. Na povrch návleků jsou speciálním způsobem připevněny speciální proteiny – protilátky, které napadají rakovinné buňky. Pár hodin po jejich zavedení je tělo ozářeno infračerveným světlem, které nanonávleky přeměňují na tepelnou energii. Tato energie ničí rakovinné buňky, zatímco sousední zdravé buňky prakticky nejsou poškozeny.

Tato unikátní nanotechnologie již byla úspěšně testována na experimentálních myších s rakovinnými nádory. Již 10 dní po ozáření se všechna nemocná zvířata z nemoci zcela uzdravila. Navíc, jak bylo uvedeno, následné testy neodhalily žádná ložiska nových maligních nádorů.

„Nanoneuroknitting“ a další úspěchy

Mark Greenstaff z Bostonské univerzity informoval o velmi úspěšné práci na vytvoření nanorozvětvených rozvětvených polymerů nazývaných dendrimery pro léčbu očních ran.

Výzkumníci z University of Hong Kong, profesoři Rutledge Ellis-Behnke a Gerald Schneider, navíc informovali vědeckou komunitu, že brzy zahájí klinické testování technologie zvané „nanoneuroknitting prasklého očního traktu s obnovením jeho funkcí“. Tato technika je vlastně technologií zítřka a umožní řešit řadu závažných medicínských problémů v oboru oftalmologie.

„Naše technologie nám umožňuje postavit nanovlákenný most přes přerušený oční trakt, někdy můžeme stejně úspěšně postavit lešení sestávající z samostatně sestavených nanovlákenných peptidů,“ řekl ruské agentuře ITAR-TASS. Profesor Ellis-Behnke.

Dalším z nejdůležitějších úkolů zůstává zvyšování střední délky života. V současné době je průměrná délka života v Evropě 74 let u mužů a 80 let u žen. V Rusku jsou tato čísla výrazně nižší, zejména u mužů, jejichž délka života je podle některých údajů pouze 57 let. Tyto ukazatele lze výrazně zvýšit použitím progresivních prostředků proti stárnutí.

Jak poznamenávají média, zejména elektronická, v Americe se pomocí nanotechnologií dařilo léčit infarkty u myší a králíků. Takový výzkum vede Dr. Samuel Stupp a jeho kolegové z Northwestern University, Evanston, Illinois. Vědci vyvolali srdeční infarkt a poškození infarktem u myší. Poté byly všechny experimentální myši rozděleny do tří kontrolních skupin. První skupině byl půl hodiny po infarktu píchnut lék na bázi látek schopných samoorganizace do dlouhých a tenkých nanovláken, která vyplňují ránu v srdečním svalu. Zároveň mají vlastnost vázat se na tkáňový heparin, který akumuluje tzv. růstové faktory, které také podporují hojení poškozené srdeční tkáně.

Druhá skupina myší dostávala pouze léky s izolovanými růstovými faktory. Třetí skupina zůstala kontrolní skupinou a nedostávala žádné léky. Měsíc po léčbě bylo zjištěno, že u myší první skupiny umožnilo podávání nanopreparátů srdci téměř úplně se zotavit a fungovat stejně jako u zdravých myší. Myši ve druhé a třetí skupině se zotavovaly výrazně hůře; Podobné studie byly provedeny a potvrzeny na pokusných králících.

"Nanomedicínské" zázraky

Výhodou lékařské nanotechnologie oproti klasické terapii, která spočívá v chemickém ovlivnění onemocnění podáváním léků, je to, že zajišťuje vytvoření potřebného prostředí v těle, ve kterém probíhá proces hojení.

Pro potvrzení účinnosti metody bylo účastníkům kongresu Asociace pro výzkum zraku a oftalmologie (ARVO) promítnuto video o procesu účinného hojení myších jater, které vědci vypreparovali. Videozáznam jasně ukázal, jak se krev okamžitě zastavila a okamžitě začal proces obnovy vypreparovaného orgánu. Využití této lékařské nanotechnologie může být podle Ellis-Behnkeho neocenitelné v neurochirurgii, protože minimalizuje negativní dopady operací mozku.

Očekává se, že využití těchto a dalších nanotechnologií v oblasti medicíny přispěje ke vzniku levných a rychlých metod včasné diagnostiky nemocí, nových metod pro vývoj a použití léků a možnosti obnovy poškozených struktura DNA.

Zpráva Ústavu biomedicínské chemie Ruské akademie lékařských věd uvádí, že ruští lékařští vědci v letech 1998-2005 publikovali více než 200 vědeckých prací dokazujících vysokou účinnost nanotechnologií při léčbě řady nemocí, včetně rakoviny, roztroušené sklerózy, meningitidy. , AIDS, chřipka a tuberkulóza. Ukazuje se, že tuzemská věda získala přesvědčivá data o možnosti použití nanočástic k výrobě účinných vakcín.

Tak, na Ústavu molekulární biologie pojmenované po. V. A. Engelhardt RAS na bázi nanotechnologie vytvořil biočip, který umožňuje během pár hodin diagnostikovat řadu společensky nebezpečných nemocí, mezi které patří například tuberkulóza. Dříve jen nezbytný lékařský výzkum vyžadoval alespoň měsíc. I když nebereme v úvahu sociální faktor, ekonomický efekt snížení nákladů na diagnostiku je 20 tisíc rublů na studii. Výzkum nanotechnologií v medicíně přitom v současnosti provádějí v Rusku dvě desítky vědeckých organizací.

Je třeba poznamenat, že rychlým tempem se rozvíjí i oblast lékařského výzkumu nanotechnologií. Výsledky získané na pokusných zvířatech přitom již nyní slibují výrazné vyhlídky v léčbě lidí. Obecně platí, že pokud zahrneme práci a úspěchy v oblasti genového inženýrství jako nanotechnologie, výsledky se ukážou být fantastické, ale obecně jde o jiný směr, který bude vyžadovat sepsání samostatné knihy.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Zveřejněno na http://www.allbest.ru/

VZDĚLÁVACÍ INSTITUCE

Státní univerzita Grodno pojmenovaná po. Ano, Kupala

Esej

na téma:"Nanomateriály v medicíně"

Připravila: studentka Bobritskaya Ekaterina Olegovna

Učitel: Trifonová I.V.

Úvod

Většina z nás si nedokáže představit život bez moderních výhod civilizace, výdobytků vědy, techniky a medicíny. Dalším krokem v tomto vývoji bude vývoj nanotechnologií, zejména velmi malých systémů, které mohou provádět příkazy od lidí.

Technologický pokrok směřuje k vývoji výkonnějších, rychlejších, kompaktnějších a štíhlejších strojů. Za limit takového vývoje lze považovat stroje o velikosti molekuly. Stroj vyrobený z kovalentně vázaných atomů je extrémně silný, rychlý a malý. Molekulární nanotechnologie se zabývá vývojem, tvorbou a řízením takových strojů. Toto odvětví otevírá nebývalé, fantastické vyhlídky pro lidskou interakci se světem.

Pojmy „nanotechnologie“, „nanomateriály“

Nanotechnologie je soubor procesů, které umožňují vytvářet materiály, zařízení a technické systémy, jejichž fungování je dáno nanostrukturou, tzn. jeho uspořádané fragmenty o velikosti od 1 do 100 nm (10-9 m; atomy, molekuly). Řecké slovo „nos“ zhruba znamená „gnome“. Když se velikost částic sníží na 100-10 nm nebo méně, vlastnosti materiálů (mechanické, katalytické atd.) se výrazně změní.

Nanomateriály jsou materiály strukturované na úrovni molekulové velikosti nebo v její blízkosti. Struktura může být více či méně pravidelná nebo náhodná. Povrchy s náhodnou nanostrukturou lze získat zpracováním částicovými paprsky, plazmovým leptáním a některými dalšími metodami.

U běžných struktur lze malé plochy povrchu strukturovat „zvenčí“ – např. pomocí rastrovacího mikroskopu. Dostatečně velké (~1 μ2 nebo více) plochy, stejně jako objemy hmoty, však lze strukturovat zřejmě pouze metodou samoskládání molekul.

Vlastní montáž je v živé přírodě rozšířená. Struktura všech tkání je dána jejich samoskládáním z buněk; Struktura buněčných membrán a organel je určena samoskládáním z jednotlivých molekul.

Samoskládání molekulárních komponent je vyvíjeno jako způsob, jak konstruovat periodické struktury pro výrobu nanoelektronických obvodů, a bylo dosaženo pozoruhodných pokroků.

V medicíně lze materiály s nanostrukturním povrchem použít k náhradě určitých tkání. Buňky těla rozpoznají takové materiály jako „své vlastní“ a připojí se k jejich povrchu.

V současné době došlo k pokroku ve výrobě nanomateriálů, které napodobují přirozenou kostní tkáň. Vědci z Northwestern University (USA) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp a další tak použili trojrozměrné samoskládání vláken o průměru asi 8 nm, imitující přírodní kolagenová vlákna, s následnou mineralizací a tvorbou hydroxyapatitových nanokrystalů orientovaných podél vláken. Vlastní kostní buňky byly dobře připojeny k výslednému materiálu, což umožňuje jeho použití jako „lepidlo“ nebo „tmel“ pro kostní tkáň.

Je také zajímavé vyvinout materiály, které mají opačnou vlastnost: neumožňují přichycení buněk k povrchu. Jednou z možných aplikací takových materiálů by mohla být výroba bioreaktorů pro pěstování kmenových buněk. Faktem je, že po připojení k povrchu se kmenová buňka snaží diferencovat a tvoří určité specializované buňky. Využití materiálů s povrchovou strukturou v nanoměřítku pro řízení procesů proliferace a diferenciace kmenových buněk představuje obrovské pole pro výzkum.

Nanopore membrány mohou být použity v mikrokapslích pro dodávání léčiv a pro jiné účely. Lze je tedy použít k filtraci tělesných tekutin od škodlivých látek a virů. Membrány mohou chránit nanosenzory a další implantovatelná zařízení před albuminem a podobnými povlakovými látkami.

Aplikace nanotechnologií v medicíně: současný stav

nanomateriálová molekulárně strukturovaná úprava

Pojem nanotechnologie přesvědčivě vstupuje do našich životů. V roce 1959 slavný americký teoretický fyzik Richard Feynman řekl, že existuje „úžasně složitý svět malých forem a jednoho dne budou lidé překvapeni, že před rokem 1960 nikdo nebral studium tohoto světa vážně“. Vývoj nanotechnologie byl v počáteční fázi určován především vývojem přístrojů pro sondovou mikroskopii. Tato zařízení jsou jako oči a ruce nanotechnologa.

Pokrok v oblasti nanotechnologií je v současnosti spojen s tvorbou nanomateriálů pro letecký, automobilový a elektronický průmysl.

Postupně je však medicína stále více označována za slibnou oblast pro využití nanotechnologií. Je to dáno tím, že nová technologie umožňuje pracovat s hmotou v měřítku, které se ještě nedávno zdálo fantastické – mikrometr a dokonce nanometr. Právě takové hodnoty jsou typické pro hlavní biologické struktury - buňky, jejich složky (organely) a molekuly.

Dnes můžeme říci o vzniku nového směru – nanomedicíny. Myšlenku použití mikroskopických zařízení v medicíně poprvé vyjádřil v roce 1959 R. Feynman ve své slavné přednášce „Tam dole je spousta místa“ (s odkazem na myšlenku Alberta R. Hibbse). Ale až v posledních letech se Feynmanovy představy přiblížily realitě.

Nyní jsme ještě docela daleko od mikrorobota popsaného Feynmanem, schopného dostat se do srdce přes oběhový systém a provést tam operaci chlopní. Moderní aplikace nanotechnologií v medicíně lze rozdělit do několika skupin: Nanostrukturní materiály včetně povrchů s nanoreliéfem, membrány s nanootvory; Nanočástice (včetně fullerenů a dendrimerů); Mikrokapsle a nanokapsle; Nanotechnologické senzory a analyzátory; Lékařské aplikace mikroskopů se skenovací sondou; Nanonástroje a nanomanipulátory; Mikro- a nanozařízení s různým stupněm autonomie.

Americká společnost C-Sixty Inc. Provádí preklinické testy produktů na bázi fullerenových nanokuliček C60 s chemickými skupinami uspořádanými na jejich povrchu. Tyto skupiny mohou být vybrány tak, aby se navázaly na předem vybrané biologické cíle. Rozsah možných aplikací je extrémně široký. Zahrnuje boj proti virovým onemocněním, jako je chřipka a HIV, rakovině a neurodegenerativním onemocněním, osteoporóze a cévním onemocněním. Například nanosféra může uvnitř obsahovat atom radioaktivního prvku a na povrchu skupiny, které mu umožňují připojit se k rakovinné buňce.

Podobný vývoj probíhá v Rusku. Institut experimentální medicíny (St. Petersburg) použil fullerenový adukt s polyvinylpyrrolidonem (PVP). Tato sloučenina je vysoce rozpustná ve vodě a dutiny v její struktuře mají podobnou velikost jako molekuly C60. Dutiny se snadno naplní molekulami fullerenu, což vede k vytvoření ve vodě rozpustného aduktu s vysokou antivirovou aktivitou. Protože PVP sám o sobě nemá antivirový účinek, veškerá aktivita je připisována molekulám C60 obsaženým v aduktu.

Pokud jde o fulleren, jeho účinná dávka je přibližně 5 μg/ml, což je výrazně méně než odpovídající údaj pro rimantadin (25 μg/ml), tradičně používaný v boji proti viru chřipky. Na rozdíl od rimantadinu, který je nejúčinnější v časném období infekce, má adukt C60/PVP stabilní účinek během celého cyklu reprodukce viru. Dalším výrazným rysem konstruovaného léku je jeho účinnost proti chřipkovým virům typu A a B, zatímco rimantadin působí pouze na první typ.

Nanosféry se dají využít i v diagnostice, například jako rentgenová kontrastní látka, která se přichytí na povrch určitých buněk a ukáže jejich umístění v těle.

Dendrimery jsou zvláště zajímavé. Představují nový typ polymerů, které mají spíše větvenou strukturu než obvyklou lineární.

Ve skutečnosti byla první sloučenina s takovou strukturou získána již v 50. letech a hlavní metody jejich syntézy byly vyvinuty především v 80. letech. Termín „dendrimery“ se objevil dříve než „nanotechnologie“ a zpočátku spolu nesouvisely. V poslední době jsou však dendrimery stále častěji zmiňovány v souvislosti s jejich nanotechnologickými (a nanomedicínskými) aplikacemi.

To je způsobeno řadou speciálních vlastností, které mají dendrimerové sloučeniny. Mezi nimi: předvídatelné, kontrolovatelné a reprodukovatelné velikosti makromolekul s velkou přesností; přítomnost kanálků a pórů v makromolekulách, které mají dobře reprodukovatelné tvary a velikosti; schopnost vysoce selektivní enkapsulace a imobilizace nízkomolekulárních látek s tvorbou supramolekulárních konstruktů „host-host“.

Mikro a nanokapsle

Miniaturní (~1 μ) kapsle s nanopóry lze použít k dodání léků na požadované místo v těle. Podobné mikrokapsle se již testují pro podávání a fyziologicky řízené uvolňování inzulínu u diabetu 1. typu. Použití pórů o velikosti cca 6 nm umožňuje chránit obsah kapsle před účinky imunitního systému organismu. To umožňuje umístit zvířecí buňky produkující inzulín do kapslí, které by jinak tělo odmítlo.

Mikroskopické kapsle relativně jednoduché konstrukce mohou také duplikovat a rozšířit přirozené schopnosti těla. Příkladem takového konceptu je koncept, který navrhl R. Freitas; Respirocyt je také umělým nosičem kyslíku a oxidu uhličitého, který svými schopnostmi výrazně převyšuje jak červené krvinky, tak stávající krevní náhražky (například na bázi fluorokarbonových emulzí).

Lékařské aplikace rastrovacích sondových mikroskopů

Rastrovací mikroskopy jsou skupinou zařízení jedinečných svými schopnostmi. Umožňují dosáhnout dostatečného zvětšení pro zobrazení jednotlivých molekul a atomů. Přitom je možné studovat předměty, aniž bychom je ničili, a dokonce, což je zvláště důležité z hlediska biomedicínských aplikací, v některých případech studovat živé předměty. Některé typy rastrovacích mikroskopů umožňují i ​​manipulaci s jednotlivými molekulami a atomy.

Kniha obsahuje dobrý přehled schopností rastrovacích mikroskopů pro studium biologických objektů. Jedinečné schopnosti rastrovacích mikroskopů určují vyhlídky na jejich využití v biomedicínském výzkumu. Jedná se především o studium molekulární struktury buněčných membrán.

Nanomanipulátory

Nanomanipulátory lze nazvat zařízeními určenými k manipulaci s nanoobjekty – nanočásticemi, molekulami a jednotlivými atomy. Příkladem jsou mikroskopy se skenovací sondou, které umožňují přesunout libovolné předměty dolů k atomům.

V současné době byly vytvořeny prototypy několika variant „nanotisk“. V jednom případě byly použity dvě uhlíkové nanotrubice o průměru 50 nm, uspořádané paralelně po stranách skleněného vlákna o průměru asi 2 mikrony. Když na ně bylo přivedeno napětí, mohly se nanotrubičky rozcházet a sbíhat jako půlky pinzety.

V jiném případě byly použity molekuly DNA, které mění svou geometrii při konformačním přechodu, neboli rušení vazeb mezi nukleotidovými bázemi na paralelních větvích molekuly.

Manipulátor pro nanoobjekty se však může svým designem lišit od makronástrojů. Byla tak prokázána schopnost pohybovat nanoobjekty pomocí laserového paprsku. V nedávné práci vědců na univerzitách Cornell a Massachusetts byli schopni „rozvinout“ molekulu DNA z nukleozomu. Zároveň to vytáhli za konec pomocí takových „laserových pinzet“.

mikro-a nanozařízení

V současné době jsou stále častější miniaturní zařízení, která lze umístit do těla pro diagnostické a případně terapeutické účely.

Moderní přístroj určený ke studiu gastrointestinálního traktu je velký několik milimetrů a na palubě nese miniaturní videokameru a osvětlovací systém. Přijaté rámce jsou přenášeny ven.

Bylo by nesprávné klasifikovat zařízení tohoto druhu jako nanomedicínu. Otvírají se však široké vyhlídky pro jejich další miniaturizaci a integraci s nanosenzory výše popsaných typů, palubními řídicími a komunikačními systémy založenými na molekulární elektronice a dalších nanotechnologiích a energetickými zdroji využívajícími látky obsažené ve vnitřním prostředí těla. . V budoucnu mohou být taková zařízení vybavena zařízeními pro autonomní pohyb a dokonce i manipulátory toho či onoho druhu. V tomto případě budou schopni proniknout do požadovaného bodu těla, sbírat tam místní diagnostické informace, podávat léky a v ještě vzdálenější budoucnosti provádět „nanochirurgické operace“ - ničení aterosklerotických plátů, ničení buněk se známkami maligní degenerace, obnovou poškozených nervových vláken atd. Taková zařízení (nanoroboti) budou podrobněji diskutována níže.

Lékařský nanorobot

Nanotechnologie umožní inženýrům postavit složité nanoroboty, které lze bezpečně vložit do lidského těla, aby mohli přepravovat důležité molekuly, ovládat mikroskopické objekty a komunikovat s lékaři prostřednictvím miniaturních senzorů, vybavených motory, manipulátory, generátory energie a počítači v molekulárním měřítku.

Myšlenka postavit takové nanoroboty je založena na skutečnosti, že lidské tělo je přirozený nano-stroj: v těle neustále funguje mnoho neutrofilů, lymfocytů a bílých krvinek, opravují poškozenou tkáň, ničí napadající mikroorganismy a odstraňují cizí částice z těla. různé orgány.

Nanorobotika vznikla, když byla potřeba pracovat s miniaturními objekty na molekulární úrovni. Nanoroboti jsou nanoelektromechanické systémy navržené k provádění konkrétních úkolů s přesností v nanoměřítku. Jejich výhodou oproti klasické medicíně je jejich velikost. Velikost částic ovlivňuje trvání a velikost účinku, proto lze léčiva v mikroměřítku používat v nižších koncentracích a mají dřívější nástup terapeutických účinků. Poskytuje také možnost dodání léku na konkrétní místo aplikace.

Typickým lékařským nanozařízením bude pravděpodobně robot o velikosti mikronů sestavený z nanočástí. Tito nanoroboti mohou působit na příkazy zvenčí nebo podle daného programu a provádět práci v makroměřítku

Nanotrubice a infračervené záření

Fototermální terapie využívající nanomateriály nedávno získala pozornost jako účinná strategie při vývoji nové generace léčby rakoviny.

Jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWNT) jsou potenciálním kandidátem na fototermální terapeutika, protože při ozařování blízkým infračerveným světlem (NIR, vlnová délka 700-1100 nm) produkují značné množství tepla. Pro vlny této délky jsou biologické tkáně včetně kůže téměř průhledné. Fototermální efekt způsobuje tepelnou smrt rakovinných buněk a proces probíhá neinvazivně.

Efektivitu kombinované terapie nanotrubičkami a zářením prokázaly výsledky in vivo destrukce solidního zhoubného nádoru. Tento způsob léčby myší ukázal úplnou destrukci nádorů bez škodlivých vedlejších účinků nebo relapsů během následujících 6 měsíců. V kontrolní skupině, když byla ošetřena konvenčními prostředky, byl prokázán konstantní růst nádoru až do smrti zvířat.

Objevuje se modifikace jednostěnných uhlíkových nanotrubic pomocí fosfolipidů. Jelikož jednostěnné nanotrubice vykazují hydrofobní vlastnosti, je téměř nemožné dosáhnout jejich průniku do buněk postižených tkání. Tento přístup umožnil skupině korejských vědců obejít tuto složitost.

Nádory transplantované na hřbety myší jsou lidské orální karcinomy. Pro ozařování byly myši umístěny pod IR lampu s výkonem 76 W/cm3. Délka sezení byla 3 minuty. Nádor zcela zmizel 20 dní po jediném ošetření. Ve stejné době bylo poprvé pozorováno zvýšení obsahu nanotrubiček ve svalu obklopujícím nádor, slezině, krvi a kůži. Během následujících sedmi dnů se nanotrubice nahromadily v krvi a játrech. Po sedmi dnech se počet nanotrubiček ve všech orgánech prudce snížil. Téměř všechny injikované nanotrubice byly vyloučeny játry a ledvinami během dvou měsíců.

Tyto výsledky nám umožňují považovat fototermální faktor za účinnou metodu léčby rakovinných nádorů.

Sklenice vyrobená z nanomateriálů značky Huashen.Léčba řady onemocnění strukturovanou vodou

O využití nanomateriálů v medicíně jsem toho slyšel hodně, ale poprvé jsem slyšel o skle vyrobeném z nanomateriálů značky Huashen. Ošetření pomocí skla z nanomateriálů značky HuaShen je ošetření pomocí strukturované (nízkomolekulární) vody.

Ochranná známka HuaShen patří společnosti Tianjin HuaShen Corporation, která sdružuje 6 skupin společností a podniků se systémem multidisciplinárních aktivit: vývoj vědeckých technologií, výroba a prodej informačních produktů a léků z přírodních surovin. Všechny vyráběné produkty jsou vyráběny s ohledem na zkušenosti a tradice čínské medicíny. Výrobky HuaShen se poprvé objevily na ruském trhu v roce 2000, v Bělorusku a na Ukrajině - v roce 2002, v Kazachstánu, Kyrgyzstánu a Tádžikistánu - v roce 2004.

Složení nanomateriálů používaných při výrobě skla značky HuaShen zahrnuje následující látky:

anhydrit titanu;

· oxid zinečnatý;

· více než 10 různých mikroelementů.

Voda nalitá do sklenice z nanomateriálů se během 20 minut přemění a poté je možné ji používat. Během této doby nanomateriály, ze kterých je sklo vyrobeno, přeměňují makromolekuly vody (skládající se z 13-15 molekul) na mikromolekuly (5-7 molekul). Výsledná voda se nazývá „nízkomolekulární“ a má 4 vlastnosti:

· vysoce rozpustný účinek;

· štípací akce;

· penetrační působení;

· působení na aktivaci metabolických procesů.

Podle různých zdrojů klinické studie potvrzují, že strukturovaná voda:

· snižuje cholesterol v krvi a čistí krevní tepny;

· zlepšuje trávicí funkce, upravuje kyselost;

· podporuje zrychlenou regeneraci tkání;

· podporuje odstraňování odpadních látek a toxinů z těla;

· podporuje imunitní systém;

· zvyšuje očekávanou délku života;

· Obnovuje metabolickou rovnováhu;

· čistí střeva;

· aktivuje a normalizuje funkci ledvin;

Pomáhá při léčbě zánětů ústní sliznice;

· je účinný při léčbě střevních onemocnění u dětí.

Strukturovaná (nízkomolekulární) voda ze sklenice značky HuaShen je odborníky doporučována pro použití při následujících onemocněních:

· Žaludeční onemocnění (gastritida, žaludeční vřed, dvanácterníkový vřed, překyselení, dyspepsie atd.) – voda pomáhá zlepšit sekreci žaludeční šťávy, stimuluje peristaltiku žaludku a střev, zlepšuje trávení, zvyšuje vstřebávání potravy.

· Diabetes mellitus – voda normalizuje metabolismus buněk slinivky břišní.

· Kardiovaskulární onemocnění: Většina srdečních onemocnění vzniká, protože se tuk hromadí v žilních tepnách a brání volnému průtoku krve. Při pití vody ze sklenice vyrobené z nanomateriálů se tukové zásoby ničí a odstraňují z těla. V důsledku toho se zlepšuje zásobení srdce a normalizuje se činnost srdečního svalstva.

· Hypertenze: u většiny pacientů je hlavní příčinou onemocnění zvýšené vstřebávání tuku, na stěnách cév se hromadí cholesterolové plaky a zužuje se průsvit v cévách. Při pravidelné konzumaci vody z brýlí HuaShen se krev čistí od kyselých látek, v důsledku čehož se snižuje tlak a změkčují cévy.

· Zácpa - voda upravená nanomateriály přivádí aktivní kyslík, v důsledku čehož zácpa rychle mizí.

· Kosmetický účinek: odstranění matnosti pokožky, vrásek, hrubé kůže, suchosti, stařeckých skvrn, zánětů kůže atd.

Postup přípravy a použití strukturované (nízkomolekulární) vody je následující:

· Obyčejná voda, lépe vyčištěná, se nalije do sklenice z nanomateriálů značky Huashen, která se v ní udržuje 20-30 minut. Během této doby se voda přemění na nízkomolekulární.

· Již strukturovanou (nízkomolekulární) vodu lze pít, používat k vaření, používat k mytí, používat k zalévání květin atd.

· Strukturovanou vodu ze sklenice lze přidávat do nádob s obyčejnou, čištěnou vodou v poměru 0,5 litru na 10 litrů (1:20). Po 20-30 minutách získá voda v přídavné nádobě správnou strukturu. Tím se zvýší objem vody připravené k použití.

· Struktura vody, která je získána pomocí nanomateriálů, je zachována mimo sklo po dobu 18-24 hodin.

· Doporučuje se konzumovat 30 ml na 1 kg lidské hmotnosti. voda, tzn. osoba vážící 70 kg. musí vypít alespoň 2,1 litru vody denně a vážit 100 kg. - 3 litry denně.

· Pro dosažení požadovaného účinku léčby je vhodné neustále konzumovat strukturovanou vodu.

Použitím skla vyrobeného z nanomateriálů značky HuaShen nelze léčit vybrané nemoci. Pití nízkomolekulární vody poskytuje komplexní zlepšení zdraví celého těla. Tělo se samočistí od desítek různých druhů jedů a toxinů. Strukturovaná voda navíc obohacuje buňky těla kyslíkem a vytváří tak prostředí, které působí proti vzniku rakovinných buněk.

Na jedné straně jsou vyhlídky nanotechnologického průmyslu skutečně obrovské. Nanotechnologie radikálně změní všechny oblasti lidského života. Ale na druhou stranu mohou být nanotechnologie pro společnost nebezpečné.

Vědci a ekologové předpověděli, že nejnebezpečnějšími environmentálními hrozbami v budoucnu budou nanomateriály, uměle vytvořené viry a roboti. Celý seznam hrozeb se skládá z 25 položek. Nejzávažnější problémy budou podle odborníků spojeny s bioroboty, kteří by se mohli stát novými invazivními druhy, s klimatickými experimenty, jako je „hnojení“ oceánu a rozmístění štítů na ochranu Země před sluncem.

Navíc zvýšená poptávka po biomase pro výrobu biopaliv, ničení mořských ekosystémů způsobené výrobou elektřiny na moři a experimenty na kontrolu invazních druhů pomocí geneticky modifikovaných virů budou představovat environmentální rizika.

Další hrozby na seznamu, které mohou značně poškodit životní prostředí, jsou spíše teoretické. Patří mezi ně problémy s roboty napodobujícími chování zvířat a mikroby vytvořené ze syntetických molekul. Odborníci se domnívají, že pokud budou tyto umělé formy života vypuštěny do volné přírody, mohly by se začít chovat jako invazní druhy.

Čas nás rychle žene do výšin nových vítězství a objevů, nanoroboti nejsou výjimkou, vše je teprve na začátku cesty a my můžeme jen sledovat, jak molekulární nanostroje změní život kolem nás.

Bibliografie

1. Rybalkina M. - „Nanotechnologie pro každého“, 2005

2. G.G. Elenin - „Nanotechnologie. Nanomateriály, nanozařízení"

Publikováno na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Studium působení a využití známých lékopisných léčivých rostlin. Studium principů a vlastností přípravy bylinných směsí pro prevenci a léčbu nemocí. Přehled nových technologií balení a skladování léčivých bylin.

abstrakt, přidáno 19.05.2012


Charakteristika apiterapie jako obecný název pro metody léčby různých lidských onemocnění pomocí živých včel, ale i včelařských produktů. Podstata a role léčebné metody včelího bodnutí. Zásady ošetřování medu. Analýza včelích produktů.

prezentace, přidáno 29.03.2015


Definice pojmu „desmurgie“. Seznámení se základy nauky o pravidlech přikládání a používání obvazů. Studium klasifikace obvazů a materiálů pro jejich provádění. Zvážení pravidel bandážování. Způsoby použití dlah a lékařské sádry.

prezentace, přidáno 02.03.2016


Analýza indikací pro použití stimulační terapie: snížení ukazatelů reaktivity, nedostatek léčebných účinků. Charakteristika metod obecné léčby onemocnění parodontu u dětí. Úvod do fyzioterapeutických metod léčby parodontu.

prezentace, přidáno 16.05.2014


Dermatomykózy jsou skupinou onemocnění kůže a jejích příloh způsobených zavlečením plísní do kůže. Příznaky, popisy klinických příznaků nemocí, léky na léčbu řady plísňových onemocnění. Popis antimykotik.

přednáška, přidáno 27.11.2009


Místo zánětlivých onemocnění lymfoidního kruhu hltanu ve struktuře patologie orgánů ORL. Projev, příznaky a diagnostika řady onemocnění: různé typy tonzilitidy, faryngomykózy, hltanové záškrty, adenoidy. Specifika léčby těchto onemocnění.

abstrakt, přidáno 17.02.2012


Historie zavedení pojmu "neuróza" v medicíně. Obecné mechanismy a charakteristiky tohoto jevu. Klasifikace neuróz v domácí psychiatrii. Popis příznaků různých typů neuróz, jejich vztah k jiným onemocněním, znaky léčby.

abstrakt, přidáno 11.09.2010


Mechanismy elektrických a elektromagnetických účinků na lidský organismus. Elektroléčba jako metoda léčby, rehabilitace a prevence nemocí. Způsoby terapeutické aplikace proudu. Indikace a kontraindikace pro použití elektroléčby.

abstrakt, přidáno 16.04.2019


Koncepce a principy provádění reflexní terapie. Analýza a hodnocení publikací věnovaných použití těchto metod v různých fázích léčby rakoviny. Výzkum účinnosti těchto technik a vyhlídky na jejich použití v budoucnu.

prezentace, přidáno 29.11.2015


Vlastnosti a klasifikace poranění maxilofaciální oblasti. Dislokace a zlomeniny zubů, zlomeniny dolní čelisti. Dislokace dolní čelisti: příčiny, klinické projevy, léčba. Vývoj metod pro diagnostiku a léčbu onemocnění maxilofaciální oblasti.

MDT 621.372.061

NANOTECHNOLOGIE V MEDICÍNĚ

Silakov K.I., student; Siláková T.T., Ph.D., docentka

Národní technická univerzita Ukrajiny "Kyjevský polytechnický institut", Kyjev, Ukrajina

Úvod

Než budeme hovořit o možných rizicích a perspektivách nanotechnologií v medicíně, musíme si říci, co to je? Pro tento pojem neexistuje žádná ucelená definice. „Nanotechnologie“ jsou technologie, které pracují s veličinami v řádu nanometrů. To je zanedbatelná hodnota, stokrát menší než vlnová délka viditelného světla a srovnatelná s velikostí atomů. Vývoj nanotechnologií probíhá ve 3 směrech:

Výroba elektronických obvodů o velikosti molekuly (atomu);

Vývoj a výroba strojů;

Manipulace s atomy a molekulami.

Co je nanomedicína? „Nanomedicína“ je sledování, korekce, návrh a řízení lidských biologických systémů na molekulární úrovni pomocí vyvinutých nanorobotů a nanostruktur (R. Freitas).

V současné době nanomedicína neexistuje, existují pouze projekty, jejichž realizace povede k nanomedicíně. Za pár let, až vznikne první nanorobot, budou znalosti nashromážděné nanomedicínou přivedeny k životu. Pak se během pár minut zbavíte viru chřipky nebo rané aterosklerózy. Nanoroboti budou schopni vrátit i velmi starého člověka do stavu, ve kterém se nacházel v mládí. Přejdou od chirurgie orgánů k chirurgii molekul, a my se tak staneme „nesmrtelnými“.

Nanomedicína. Perspektivy rozvoje a možná rizika

Vědci tvrdí, že přijde den, kdy bude možné s pomocí nanotechnologií zabudovat do lidských krvinek mikroskopické senzory, které varují před výskytem známek záření nebo rozvojem onemocnění. Předpokládané období realizace je první polovina 21. století, ale zatím se novináři a veřejnost přou: mohou mít nanosenzory škodlivý vliv na lidský organismus? Koneckonců, není známo, jak bude tělo reagovat na cizí tělesa do něj vnesená? Jak řekl E. Drexler: „neviditelná zbraň celosvětové revoluce, „šedé bahno“ pokrývající zemi“ je malinkou příčinou konce světa.

212 Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny "KPI"

Může nanotechnologie skutečně způsobit konec světa nebo je to jen bohatá fantazie některých vědců? Uspořádány jedním způsobem, atomy tvoří domy a čerstvý vzduch; nařízeno jinými, tvoří popel a kouř. Uhlí a diamanty, rakovina a zdravá tkáň: rozdíly v uspořádání atomů odlišovaly levné od drahého, nemocné od zdravého.

Vzhledem k tomu, že jeden atom je stavebním kamenem nebo „částí“, hledají nanotechnologové praktické způsoby, jak z těchto částí konstruovat materiály se specifickými vlastnostmi. Mnoho společností již ví, jak sestavit atomy a molekuly do určitých struktur. V budoucnu se budou jakékoliv molekuly skládat jako dětská stavebnice. Pro tento účel se plánuje využití nanorobotů (nanobotů). Lze postavit jakoukoli chemicky stabilní strukturu, kterou lze popsat. Vzhledem k tomu, že nanobot může být naprogramován tak, aby postavil jakoukoli strukturu, zejména aby postavil dalšího nanobota, bude velmi levný. Díky práci v obrovských skupinách budou nanoboti schopni vytvářet jakékoli objekty s nízkou cenou a vysokou přesností.

V medicíně je problémem využití nanotechnologií nutnost změny struktury buňky na molekulární úrovni, tzn. provádět „molekulární chirurgii“ pomocí nanobotů. Očekává se, že vytvoří molekulární robotické lékaře, kteří dokážou „žít“ uvnitř lidského těla, eliminovat všechna poškození, ke kterým dochází, nebo jejich vzniku předcházet. Manipulací s jednotlivými atomy a molekulami budou nanoboti schopni opravovat buňky. Předpokládané období pro vznik robotických lékařů, první polovina 21. století.

Ve skutečnosti nanomedicína zatím neexistuje, existují pouze nanoprojekty, jejichž realizace v medicíně nakonec umožní zvrátit stárnutí. Navzdory současnému stavu je nanotechnologie jako zásadní řešení problému stárnutí více než slibná. To je způsobeno skutečností, že nanotechnologie má velký potenciál pro komerční využití v mnoha průmyslových odvětvích, a proto, kromě seriózního vládního financování, výzkum v tomto směru provádí mnoho velkých společností.

Nanoboti nebo molekulární roboti se mohou podílet (jak spolu s genetickým inženýrstvím, tak místo něj) na přepracování genomu buňky, změně genů nebo přidání nových ke zlepšení buněčných funkcí. Důležité je, že takové přeměny lze v budoucnu provádět na buňkách živého, již existujícího organismu, měnit genom jednotlivých buněk a jakkoli transformovat samotný organismus! .

Možná se může zdát popis nanotechnologie přitažený za vlasy

Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny „KPI“ 213

Řada - Radiotechnika. Rádiové zařízení.-2012.-č.49

To je možné, protože jeho možnosti jsou tak neomezené, ale odborníci v oblasti nanotechnologií poznamenávají, že dosud nebyl publikován jediný článek kritizující Drexlerovy technické argumenty. Nikdo nebyl schopen najít chybu v jeho výpočtech. Mezitím investice do tohoto oboru (již ve výši miliard dolarů) rychle rostou a některé jednoduché molekulární výrobní metody se již naplno využívají. Nanotechnologie mohou vést svět k nové technologické revoluci a zcela změnit nejen ekonomiku, ale i prostředí člověka. V tomto článku se zabýváme pouze vyhlídkami těchto technologií na zrušení lidského stárnutí. Je docela možné, že po vylepšení pro zajištění „věčného mládí“ již nebudou nanoboti potřeba nebo je bude produkovat samotná buňka. K dosažení těchto cílů je nutné vyřešit tři hlavní úkoly:

1. Navrhněte a vytvořte molekulární roboty, kteří dokážou opravovat molekuly.

2. Navrhněte a vytvořte nanopočítače, které budou řídit nanostroje.

3. Vytvořte kompletní popis všech molekul v lidském těle, jinými slovy vytvořte mapu lidského těla na atomární úrovni.

Hlavním problémem je vytvoření prvního nanobota. Existuje několik slibných směrů. Jedním z nich je vylepšení rastrovacího tunelového mikroskopu nebo mikroskopu atomové síly a dosažení polohové přesnosti a uchopovací síly. Další cestou k vytvoření prvního nanobota je chemická syntéza. Je možné navrhnout a syntetizovat chemické složky, které jsou schopné samosestavení v roztoku. Další cesta vede přes biochemii. Ribozomy (uvnitř buňky) jsou specializované nanoboty a lze je použít k vytvoření všestrannějších robotů.

Skupina nanotechnologů z Foresight Institute uvedla, že rychlý růst nanotechnologií se vymkl kontrole, ale na rozdíl od Billa Joye namísto prostého zákazu rozvoje výzkumu v této oblasti navrhli zavést vládní kontrolu nad výzkumem. Takový dohled by mohl zabránit náhodné katastrofě, jakou by se nanoboti vytvořili (ad infinitum) a spotřebovali vše, co jim stálo v cestě jako stavební materiál, včetně továren, domácích mazlíčků a lidí.

Ray Kurzweil tvrdí, že do roku 2020 bude možné umístit do oběhového systému miliardy nanorobotů o velikosti buněk. Podle Roberta Freitase, předního vědce v oboru nanomedicíny, k tomu dojde nejdříve v letech 2030-2035. Tito nanoboti budou schopni zpomalit proces stárnutí, léčit jednotlivé buňky a interagovat s jednotlivými neurony. Takže s námi prakticky splynou.

Vědci ze státu Michigan říkají, že pomocí nanotechnologií bude možné zabudovat do lidských krvinek mikroskopické senzory, které budou varovat před známkami radiace nebo rozvojem onemocnění. V USA na návrh NASA vývoj takových nanosenzorů probíhá. James Beiner si „nanoboj“ proti kosmickému záření představuje takto: před startem astronaut injekční stříkačkou během letu vstříkne do krevního řečiště čirou kapalinu nasycenou miliony nanočástic, vloží malé zařízení (jako sluch; pomoc) do ucha. Během letu bude toto zařízení pomocí malého laseru hledat svítící buňky. To je možné, protože Buňky procházejí kapilárami ušního bubínku. Bezdrátově budou informace buněk přenášeny do hlavního počítače kosmické lodi a poté zpracovány. Pokud se něco stane, budou přijata nezbytná opatření.

To vše se může stát realitou zhruba za 5-10 let. Vědci používají nanočástice již více než 5 let. Nyní mohou být senzory tenčí než lidský vlas 1000krát citlivější než standardní testy DNA. Američtí vědci, kteří tyto nanosenzory vyvinuli, věří, že lékaři budou schopni provést celou řadu různých testů s použitím jediné kapky krve. Jednou z výhod tohoto systému je schopnost okamžitě odeslat výsledky analýzy do kapesního počítače. Vědci se domnívají, že vývoj plně funkčního modelu nanosenzoru, který mohou lékaři používat při své každodenní práci, potrvá zhruba pět let. Medicína bude s pomocí nanotechnologií schopna s jakoukoliv nemocí nejen bojovat, ale i předcházet jejímu vzniku a dokáže pomoci adaptaci člověka ve vesmíru.

Mohou „zastaralí nanoroboti“ ovlivnit lidi? Když mechanismus dokončí svou práci, nanolékaři budou muset odstranit nanoroboty z lidského těla. Nebezpečí, že „zastaralí nanoroboti“ zbývající v lidském těle nebudou správně fungovat, je proto velmi malé. Nanoroboti budou muset být navrženi tak, aby se vyhnuli poruchám a snížili zdravotní rizika. Jak budou nanoroboti odstraněni z těla? Některé z nich se budou moci samy odstranit z lidského těla přirozenými kanály. Jiné budou navrženy tak, aby je mohli lékaři odstranit. Proces odstranění bude záviset na designu daného nanorobotu.

Co lze udělat špatně při léčbě člověka nanorobotem? Předpokládá se, že primárním nebezpečím pro pacienta bude nekompetentnost ošetřujícího lékaře. Chyby ale mohou nastat i v neočekávaných případech. Jednou z možností by mohla být interakce mezi roboty, když se srazí. Takové vadné

Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny "KPI" 215

Řada - Radiotechnika. Rádiové zařízení.-2012.-č.49

bude těžké určit. Ilustrací tohoto případu může být práce dvou typů nanorobotů A a B v lidském těle. Pokud nanorobot A odstraní následky práce robota B, povede to k opakované práci robota A a tento proces bude pokračovat donekonečna, to znamená, že nanoroboti budou navzájem korigovat svou práci. Aby k takovým situacím nedocházelo, musí ošetřující lékař neustále sledovat práci nanorobotů a pokud se něco stane, přeprogramovat je. Důležitým faktorem je kvalifikace lékaře.

Jak bude lidské tělo reagovat na nanoroboty? Jak víte, náš imunitní systém reaguje na cizí tělesa. Důležitou roli proto hraje velikost nanorobotu, drsnost povrchu a mobilita zařízení. Tvrdí se, že problém biokompatibility není příliš obtížný. Cestou z tohoto problému bude vytvoření robotů na bázi diamantoidních materiálů. Díky silné povrchové energii a její silné hladkosti bude vnější plášť robotů chemicky inertní.

Nanotechnologie se již používají v medicíně. Jeho hlavní oblasti použití jsou: diagnostické technologie, farmaceutické přístroje, protetika a implantáty. Pozoruhodným příkladem je objev profesora Azize. Lidé s Parkinsonovou nemocí mají elektrody vložené do mozku přes dva drobné otvory v lebkách, které jsou napojeny na stimulátor. Zhruba po týdnu je pacientovi implantován samotný stimulátor do dutiny břišní. Pacient si může napětí upravit sám pomocí přepínače. Bolest lze zvládnout v 80 % případů. U někoho bolest zcela zmizí, u jiného ustoupí. Hlubokou mozkovou stimulaci podstoupily asi čtyři desítky lidí. Mnoho Azizových kolegů říká, že tato metoda není účinná a může mít negativní důsledky. Profesor je přesvědčen, že metoda je účinná. Ani jedno ani druhé se nyní neprokázalo.

Dalším revolučním objevem je biočip - malá destička, na kterou jsou v určitém pořadí naneseny molekuly DNA nebo proteinů, sloužící k biochemickým rozborům. Princip fungování biočipu je jednoduchý. Na plastovou destičku se nanesou specifické sekvence řezů štěpené DNA. Během analýzy je testovaný materiál umístěn na čip. Pokud obsahuje stejnou genetickou informaci, pak se páří. Výhodou biočipů je velké množství biologických testů s výraznou úsporou testovacího materiálu, činidel, mzdových nákladů a času na analýzu.

Vyhlídky rozvoje nanotechnologií jsou velmi velké. V současnosti používaná nanotechnologie je neškodná. Příkladem jsou nanočipy a opalovací kosmetika na bázi nanokrystalů. A taková

Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny série "KPI" - Radiotechnika. Rádiové zařízení.-2012.-č.49

technologie jako nanoroboti a nanosenzory jsou stále ve vývoji. Řeči o tom, že v důsledku nekonečného procesu sebereprodukce nanorobotů může tlustá vrstva „šedého mazu“ pokrýt celou Zemi, je zatím pouze teorie, nepotvrzená žádnými údaji. Nanotechnologie je oblast vědy, která je před zavedením jakýchkoli inovací vystavena tvrdé kritice. Vědci z NASA tvrdí, že úspěšně testovali nanoroboty na zvířatech. Ale máme tomu věřit? To si každý rozhodne sám. Riskantní může být použití nanotechnologií, jako jsou například nanosenzory. Koneckonců může selhat jakýkoli, i ten nejjednodušší systém, natož tak pokročilé technologie, jako jsou nanoroboti? A kromě toho je nutné vzít v úvahu individuální fyziologické vlastnosti každého člověka.

Vyhlídky na rozvoj nanotechnologií jsou tedy skvělé. V blízké budoucnosti bude s jejich pomocí možné nejen překonat jakékoli fyzické onemocnění, ale také zabránit jeho vzniku. O rizicích ale vědci nic neříkají. V bulvárním tisku je jen nespočet článků o tom, jak se lidé pod vlivem nanorobotů stanou neovladatelnými, jako zombie. Veřejnost tedy musí této problematice věnovat více pozornosti: aby vědci nejen zvažovali „obě strany mince“, ale aby si to veřejnost uvědomili.

Literatura

1. Igami M., Okazaki T. Současný stav v oblasti nanotechnologií: analýza patentů // Foresight. - 2008.- č. 3 (7). -S. 32-43.

2. Robert A. Freitas Jr. Současný stav nanomedicíny a lékařské nanorobotiky// Journal of Computational and Theoretical Nanoscience.-2005.- V. 2.- S.1-25.

3. Roco M.C. Národní nanotechnologická iniciativa: Minulost, přítomnost a budoucnost // Příručka o nanovědě, inženýrství a technologii. Ed. Goddard, W.A. a kol. CRC, Taylor a Francis, Boca Raton a Londýn.-2007.- S.3.1-3.26.

4. Robert A. Freitas Jr. // Nanomedicína, základní schopnosti. LandesBioscience, Austin.- 1999.- V. 1. S.7-20.

5. K. Eric Drexler. Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation.//John Wiley and Sons, NY, 1992.

6. K. Eric Drexler. // Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.- 1986.- V. 2.- S.17-25.

7. Lipsey R., Carlaw K., Bekar C. Ekonomické transformace: Technologie pro všeobecné použití a dlouhodobý ekonomický růst. // Oxford University Press.-2005.- S. 87, 110, 131, 212-218.

8. Hulman A. Ekonomický rozvoj nanotechnologií: přehled ukazatelů // Foresight. - 2009.- č. 1. - str. 31-32.

9. Youtie J., Lacopetta M., Graham S. Hodnocení podstaty nanotechnologie: můžeme odhalit vznikající technologii pro všeobecné použití? // Journal of Technology Transfer - 2008. - V. 33. - S. 315-329.

10. Ratner M. / M. Ratner, D. Ratner. Nanotechnologie: jednoduché vysvětlení dalšího skvělého nápadu. // Per. z angličtiny / M.: Williamsová. - 2004. - S. 20-22.

11. Kearnes M. Chaos and Control: Nanotechnology and the Politics of Emergence //

Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny „KPI“ 217

Řada - Radiotechnika. Rádiové zařízení.-2012.-č.49

Odstavec. - 2006. - č. 29. - S. 57-80.

12. Igami M. Bibliometrické ukazatele: výzkum v oblasti nanověd // Foresight. - 2008. - č. 2. - str. 36-45.

13. Miyazaki K., Islam N. Nanotechnologické systémy inovací. Analýza průmyslových a akademických výzkumných aktivit // Technovation. - 2007. - č. 27. - S. 661-675.

14. Artyukhov I.V., Kemenov V.N., Nesterov S.B. // Biomedicínské technologie. Kontrola stavu a směru práce. Materiály 9. vědeckotechnické konference "Vakuová věda a technika" - M.: MIEM.-2002, str. 244-247

15. Artyukhov I.V., Kemenov V.N., Nesterov S.B.//Nanotechnologie, biologie a medicína. Materiály 9. vědeckotechnického výboru "Vakuová věda a technologie" - M.: MIEM, 2002, s. 248-253.

16. Kouzlo mikročipů. // Ve světě vědy. - 2002. - č. 11. - str. 6-15.

Šilakov K.I., Šilaková T.T. Nanotechnologie v medicíně. Je uveden stručný přehled literatury z oblasti nanotechnologií v medicíně. Je třeba poznamenat, že v současné době existují pouze projekty, jejichž realizace povede k nanomedicíně. Vědci tvrdí, že přijde den, kdy bude možné s pomocí nanotechnologií zabudovat do lidských krvinek mikroskopické senzory, které varují před výskytem známek záření nebo rozvojem onemocnění. Očekává se také, že vytvoří molekulární robotické lékaře, kteří dokážou „žít“ uvnitř lidského těla a eliminovat všechna poškození, ke kterým dojde, nebo zabránit jejich vzniku. Manipulací s jednotlivými atomy a molekulami budou nanoboti schopni opravovat buňky. Předpokládané období realizace je polovina 21. století.

Klíčová slova: nanotechnologie, nanoelektronika, nanomateriály, nanobiotechnologie, nanomedicína, nanodiagnostika, nanoroboti

Šilakov K.I., Šilaková T.T. Nanotechnologie v medicíně Toto je krátký přehled literatury v oboru nanotechnologií v medicíně. Zdá se, že v současné době existují pouze projekty, které se stanou skutečností a povedou k nanomedicíně. Jsme přesvědčeni, že přijde den, kdy pomocí nanotechnologií v krvi lidí bude možné instalovat mikroskopické senzory, které budou předvídat výskyt známek radiačního poškození nebo vznik nemocí robotické léky, které mohou „žít“ v lidském těle, eliminovat všechny problémy nebo se vyhnout jejich následkům Manipulací s blízkými atomy a molekulami mohou nanoboti opravovat buňky.

Klíčová slova: nanotechnologie, nanoelektronika, nanomateriály, nanobiotechnologie, nanomedicína, nanodiagnostika, nanoroboti.

Šilakov K.I., Šilaková T.T. Nanotechnologie medicíny. Stručný přehled literatury je uveden v oblasti nanotechnologií v medicíně. Je zřejmé, že v současnosti nanomedicína neexistuje, existují pouze projekty, jejichž ztělesněním ve skutečnosti bude nanomedicína. Vědci tvrdí, že přijde ten den, kdy pomocí nanotechnologií v krvavých klecích člověka bude možné postavit mikroskopické senzory, varování při výskytu známek radiačního záření nebo rozvoje nemoci. Očekává se také vytvoření molekulárních robotů-doktorů, kteří dokážou "vžít" do lidského organismu, odstraní všechna vznikající poškození nebo zabrání vzniku takových poškození. Manipulací s oddělenými atomy a molekulami bude nano-boty schopen provádět opravy klecí. Předpokládaný termín realizace je polovina XXI.

Klíčová slova: nanotechnologie, nanoelektronika, nanomateriál, nanobiotechnologie, nanomedicína, nanodiahnostika, nanoroboti.

218 Newsletter Národní technické univerzity Ukrajiny "KPI"

Řada - Radiotechnika. Rádiové zařízení.-2012.-č.49