Historia del desarrollo de la nanotecnología y su aplicación en medicina. ¡La nanotecnología en medicina es nuestro futuro! Revisión sobre el tema de la nanotecnología en medicina.

Medicina y productos farmacéuticos en el nanomundo.

Los editores de STRF continúan publicando materiales sobre nanotecnología. En esta ocasión hablaremos de la nanomedicina, que se ha desarrollado a un ritmo excepcionalmente rápido en los últimos años y está atrayendo la atención de todos no sólo por sus logros puramente reales, sino también por su contribución social.

La nanotecnología es un campo interdisciplinario de ciencia y tecnología fundamentales y aplicadas, que es un conjunto de justificaciones teóricas, técnicas y métodos utilizados en el estudio, diseño, producción y uso de nanoestructuras, dispositivos y sistemas, incluido el control y la modificación específicos de la forma. tamaño, interacción e integración de sus elementos componentes a nanoescala (alrededor de 1-100 nm), para obtener objetos con nuevas propiedades químicas, físicas y biológicas.

En principio, la nanotecnología permitirá crear absolutamente cualquier objeto manipulando átomos individuales de una sustancia. Al reemplazar otras tecnologías, no sólo derrotará el envejecimiento y las enfermedades, sino que también proporcionará a la humanidad una riqueza material fantástica. En la práctica, la nanotecnología en la medicina, la industria farmacéutica y campos afines resuelve hoy los siguientes problemas principales:

• Creación de sólidos y superficies con estructura molecular modificada. En la práctica, esto proporcionará metales, compuestos inorgánicos y orgánicos, nanotubos, polímeros (plásticos) biológicamente compatibles y otros materiales que imitan los tejidos de los organismos vivos y sirven como vehículos de administración de fármacos o implantes.
• Desarrollo de tecnologías de nanocontenedores para la administración de fármacos por vectores.
• Síntesis de nuevos compuestos químicos mediante la formación de moléculas sin reacciones químicas. En los próximos 10 a 20 años, esto conducirá a la creación de medicamentos fundamentalmente nuevos que los sintéticos, los farmacéuticos y los médicos "diseñarán" basándose en una enfermedad específica, e incluso en un paciente específico.
• Desarrollo de sistemas autorreplicantes (autopropagantes) basados ​​​​en bioanálogos: bacterias, virus, protozoos.
• Creación de nanomanipuladores médicos de precisión y dispositivos de diagnóstico.

Considerando un solo átomo como parte, los nanotecnólogos están desarrollando métodos para construir materiales con características específicas a partir de estas partes. Muchas empresas ya saben cómo ensamblar átomos y moléculas en determinadas estructuras. En el futuro, cualquier molécula se ensamblará como un juego de construcción para niños, ya que se puede construir cualquier estructura químicamente estable que pueda describirse mediante una fórmula adecuada.

Desarrollo de la nanomedicina

Según la definición canónica del científico líder en este campo, R. Freitas, la nanomedicina es: “monitoreo, corrección, diseño y control de sistemas biológicos humanos a nivel molecular, utilizando nanodispositivos y nanoestructuras desarrolladas”. Así, en medicina, la perspectiva del uso de la nanotecnología radica, en última instancia, en la necesidad de cambiar la estructura de la célula a nivel molecular utilizando nanorobots u otras nanotecnologías.

La nanomedicina se ha desarrollado a un ritmo excepcionalmente rápido en los últimos años y ha llamado la atención de todos no sólo por sus logros puramente reales, sino también por su contribución social. Este término (que también refleja el futuro) hoy se refiere al uso de la nanotecnología en el diagnóstico, seguimiento y tratamiento de enfermedades.

El desarrollo de la nanomedicina está estrechamente relacionado con los avances revolucionarios en genómica y proteómica, que han permitido a los científicos acercarse a la comprensión de las bases moleculares de las enfermedades. Se está desarrollando la nanomedicina donde se combinan datos de genómica y proteómica con capacidades que permiten crear materiales con nuevas propiedades a nivel nanométrico.

Hay 5 áreas principales de aplicación de la nanotecnología en medicina: administración de fármacos activos, nuevos métodos y medios de tratamiento a nivel nanométrico, diagnóstico in vivo, diagnóstico in vitro, implantes médicos.

El lugar de las drogas y las moléculas bioactivas en el mundo nanométrico

En 1959, el famoso físico teórico estadounidense R. Feynman dijo que existe "un mundo sorprendentemente complejo de formas pequeñas, y algún día (por ejemplo, en el año 2000) la gente se sorprenderá de que antes de 1960 nadie tomara en serio la investigación de este mundo". La medicina y los productos farmacéuticos se encuentran entre las aplicaciones prácticas más importantes del trabajo de los nanotecnólogos, porque el mundo descrito anteriormente es el mundo de estas disciplinas científicas. Estas son las dimensiones que son características de las principales estructuras biológicas: las células, sus componentes (orgánulos) y las moléculas. Por primera vez, R. Feynman expresó la idea de utilizar dispositivos microscópicos (que deberían incluir nanopartículas) en medicina en su famosa conferencia "Hay mucho espacio ahí abajo". Pero sólo en los últimos años las propuestas de Feynman se han acercado a la realidad, aunque, observamos, todavía están lejos del microrobot que propuso, capaz de penetrar el corazón a través del sistema circulatorio, realizar allí cirugía valvular y también realizar toda una serie de operaciones. procedimientos similares que aturden la imaginación.

Concretando las opiniones presentadas anteriormente, las tareas específicas actuales de la nanotecnología en medicina se pueden dividir en varios grupos: materiales nanoestructurados, incluidas superficies con nanorrelieve, membranas con nanoagujeros; nanopartículas (incluidos fullerenos y dendrímeros); micro y nanocápsulas; sensores y analizadores nanotecnológicos; aplicaciones médicas de microscopios de sonda de barrido; nanoherramientas y nanomanipuladores; Micro y nanodispositivos de distintos grados de autonomía. .

Es decir, “nano” ( Griego– parte por billón) cuando se aplica a los objetos descritos implica que sus tamaños están dentro de 10 -9 m, lo que corresponde a los niveles de organización biológica desde atómico hasta subcelular. Por lo tanto, la definición de "nanopartículas" incluye casi cualquier complejo supramolecular (supramolecular), es decir, la formación de moléculas orgánicas tanto "pequeñas" como grandes (en terminología moderna - "anfitrión") con moléculas iónicas o construidas covalentemente ("invitado" "). Sin embargo, según la tradición ya establecida en la literatura biológica y médica, por nanopartículas se entienden estructuras moleculares muy específicas (y, sobre todo, creadas artificialmente).

Estas ideas hoy requieren una especificación extrema.

En su reseña, publicada hace apenas unos días (13 de septiembre, revista Nanotecnología de la naturaleza, 2009, DOI: 10.1038/nnano.2009.242), investigadores de Estados Unidos y Francia están presionando para reconsiderar el término “nanopartícula”. Creen que es necesaria una sistematización más precisa de estas partículas para futuras investigaciones y aplicaciones prácticas en diversos campos. No podemos dejar de estar de acuerdo con este punto de vista, aunque observamos que propuestas similares se han escuchado con bastante frecuencia antes.

Aquí, por ejemplo, se muestran los tamaños (Tabla 1) de las moléculas de algunas sustancias (moléculas, partículas) en nanómetros:

Tabla 1.

Los expertos expresan la idea más importante de que la clasificación de nuevos objetos como nanomateriales no debe basarse "ciegamente en su tamaño", sino en si este tamaño conduce a la aparición de nuevas propiedades de dichos objetos.

A pesar de que en muchos países los nanomateriales ya han encontrado un uso generalizado incluso en cosméticos y protectores solares, en estos mismos países no existen reglas claras que regulen el uso seguro de las nanopartículas, y es obvio que sin una definición clara del concepto de “nanopartícula ”, la aparición de tales No es apropiado esperar reglas en absoluto. Aunque existe la opinión de que se debe considerar nanoobjeto a cualquier objeto cuyo tamaño en al menos una de sus dimensiones sea inferior a 100 nm, en una revisión publicada en nanotecnología natural, Los investigadores insisten en introducir una clasificación más estricta.

Los autores de la revisión señalan que es imposible clasificar simplemente las nanopartículas, "peinándolas todas con un solo pincel", sin embargo, añaden que no todo lo que es "pequeño" son necesariamente nanomateriales. Surge la pregunta, ¿qué criterios se deben utilizar a la hora de sistematizar los nanomateriales? La revisión examina varias características fisicoquímicas que pueden formar la base de la nueva clasificación propuesta. Por ejemplo, el tamaño de un nanosistema afecta la estructura de su estructura cristalina, lo que, a su vez, determina la reactividad de las nanopartículas y las características de su interacción con el medio ambiente. Se ha descubierto, por ejemplo, que las propiedades de las nanopartículas con un tamaño de 10 a 30 nm difieren significativamente de las de formaciones más grandes.

¿Qué es la nanotecnología en los productos farmacéuticos?

La industria del diseño dirigido de nuevos fármacos, o diseño de fármacos (fármaco - fármaco, diseño - diseño, construcción) está directamente relacionada con el tema de la nanotecnología, ya que los objetos que interactúan - el fármaco y el objetivo - son objetos moleculares. Los conceptos básicos utilizados en el diseño de arrastre son objetivo y droga. Un objetivo es una estructura biológica macromolecular, presumiblemente asociada con una función específica, cuya violación conduce a una enfermedad y sobre la cual se debe ejercer un cierto impacto. Los objetivos más comunes son los receptores y las enzimas. Un fármaco es un compuesto químico (generalmente de bajo peso molecular) que interactúa específicamente con un objetivo y de una forma u otra modifica la respuesta celular creada por el objetivo. Si el objetivo es un receptor, lo más probable es que el fármaco sea su ligando, es decir, un compuesto que interactúa específicamente con el sitio activo del receptor. Por ejemplo, la F1-adenosina trifosfatasa (F1-ATPasa), que pertenece al grupo de enzimas que proporcionan la síntesis de energía en todos los organismos, incluido el proceso de fotosíntesis en las células vegetales. El diámetro de la molécula de enzima es de 10 a 12 nm.

Las supramoléculas son asociados de dos o más partículas químicas conectadas por enlaces intermoleculares no covalentes a partir de fragmentos que tienen correspondencia geométrica y química (complementariedad). La permutación de moléculas conduce a una variedad de combinaciones. Estos sistemas son objeto de estudio de la química supramolecular (este término fue propuesto por el premio Nobel J.-M. Lehn) y de la química "huésped-huésped", y todavía no se han estudiado mucho, aunque ya se han descubierto nuevos materiales con propiedades únicas. creado sobre su base. Por ejemplo, el uso de una estructura porosa que desempeña el papel de "huésped" (y en otros casos, este papel suele ser desempeñado por un ligando orgánico) permite la colocación reversible de un "huésped" a nanoescala para el transporte selectivo y la liberación de drogas. Sin duda, las estructuras supramoleculares son el siguiente objeto prometedor de estudio detallado después de los nanocristales. En estos términos, la interacción de fármacos dirigidos (tamaños de 1 a 10 nm) con un bioobjetivo (proteína o sistema de proteínas, de hasta 100 nm de tamaño) produce un complejo “ligando-bioobjetivo” (del “sustrato-receptor” o tipo "huésped-huésped") , que, según todas las características conocidas, es una estructura supramolecular (complejo supramolecular). Tampoco hay duda de que los propios componentes de dicho sistema son objetos estructurales de la nanotecnología.

Continuando con estas consideraciones, recordamos que el efecto terapéutico a nanoescala de un fármaco dirigido a un bioobjetivo solo puede llevarse a cabo bajo la condición de la formación de un nanosistema supramolecular "ligando-bioobjetivo" y solo durante la existencia de este último.

Es decir, el desarrollo de fármacos dirigidos entra dentro de la definición anterior de nanotecnología, ya que su mecanismo de acción se basa en la interacción dirigida con el bioobjetivo responsable de la enfermedad. Es esta interacción a escala nanométrica, realizada a través de un enlace químico no covalente (y de coordinación, incluido el hidrógeno) entre el fármaco (ligando) y la proteína (objetivo), la que se estudia durante el desarrollo y determina la selectividad, la eficiencia y la menor toxicidad de los medicamentos dirigidos en comparación con la generación anterior de medicamentos, es decir, mejora las propiedades del consumidor.

Además, durante su existencia, el sistema “ligando-bioobjetivo”, con todas sus características, es una biomáquina, y el resultado de su trabajo será la modificación de la enfermedad (cura total o parcial). Por tanto, la eficacia de una nanobiomáquina depende de la fuerza y ​​la duración de la unión de los componentes del complejo en cuestión, que, para un objetivo permanente, depende únicamente de las propiedades del fármaco ligando objetivo innovador.

Luego, formalizando los conceptos, se puede argumentar que la nanotecnología en productos farmacéuticos es un conjunto de métodos y técnicas de estudio, diseño, producción y uso, cuyas principales etapas deben considerarse:

• cribado biológico, es decir, la búsqueda de moléculas activas (1-10 nm) que interactúen con un bioobjetivo (proteína o sistema proteico, de hasta 100 nm de tamaño).
• estudiar el mecanismo de acción (buscar un bioobjetivo e identificar el mecanismo de interacción de la molécula activa con él).
• diseño por computadora de compuestos potencialmente activos, mediante el cálculo de las energías de interacción de las moléculas candidatas y un bioobjetivo (proteína) a una distancia de varios nanómetros, es decir, calculando posibles estructuras y posiciones de las moléculas correspondientes a la energía mínima de dicha interacción (simulación dinámica de lo que tarda aproximadamente 24 horas en una supercomputadora con una capacidad de unos 200 teraflops).
• control y modificación específicos de la forma, el tamaño, la interacción y la integración de los elementos constituyentes a nanoescala (“ligando-bioobjetivo”, alrededor de 1 a 100 nm), lo que conduce a la mejora o la aparición de características y propiedades operativas y/o de consumo adicionales del productos resultantes (aumento de la eficiencia, biodisponibilidad, reducción de la toxicidad y los efectos secundarios de los fármacos innovadores resultantes).
• producción de formas farmacéuticas acabadas de tamaño nanométrico (formas liposomales, polímeros biodegradables, nanopartículas para transporte dirigido, etc.).
• el uso de fármacos innovadores dirigidos que proporcionan efectos a nanoescala en el bioobjetivo, lo que conduce a un efecto terapéutico.

Me gustaría recordar las palabras del académico V.L. Ginzburg: “Al mismo tiempo, la biología, utilizando principalmente métodos físicos cada vez más avanzados, progresó rápidamente y, después de descifrar el código genético en 1953, comenzó a desarrollarse con especial rapidez. Hoy en día es la biología, especialmente la biología molecular, la que ha ocupado el lugar de la ciencia líder. Uno puede no estar de acuerdo con tal terminología y con la distribución esencialmente sin importancia de “lugares” en la ciencia. Sólo quiero enfatizar hechos que no todos los físicos comprenden, especialmente en Rusia. Para nosotros, la física sigue siendo una cuestión de vida, joven y hermosa, pero para la sociedad humana y su desarrollo, la biología ha tomado el lugar de la física”.

Sistemas de administración de sustancias biológicamente activas.

Una de las formas más sencillas y eficaces de introducir moléculas de fármacos en el cuerpo humano es la transdérmica (a través de la piel). Precisamente debido a su simplicidad, todavía no existen prohibiciones teóricas sobre la administración de la mayoría de los compuestos biológicamente activos conocidos de esta manera, independientemente de su peso molecular (tamaño) o propiedades fisicoquímicas. Sin embargo, para los nanoportadores que se describen a continuación, el método transdérmico se considera uno de los posibles métodos de transporte de nanoobjetos. (La figura muestra nanopartículas utilizadas para la administración de moléculas terapéuticas: 1 – liposoma y adenovirus; 2 – nanoestructura de polímero; 3 – dendrímero; 4 – nanotubo de carbono

Varios monocomponentes y multicomponentes. liposomas, formado en soluciones lipídicas. Los liposomas con un tamaño de no más de 20 a 50 nm, que se utilizan como medio para administrar un fármaco a un objetivo biológico, pueden ser de interés para fines prácticos. Además, la propia naturaleza ha preparado de antemano un gran conjunto de nanoportadores, por ejemplo, virus. Los adenovirus procesados ​​de cierta manera pueden usarse eficazmente para la vacunación a través de la piel. Además de los liposomas, las nanopartículas biogénicas artificiales capaces de administrarse de forma dirigida también incluyen nanotubos lipídicos. , nanopartículas y nanoemulsiones de origen lipídico, algunos péptidos cíclicos, quitosanos, nanopartículas de ácidos nucleicos.

Las bacterias como nanobiomáquinas, entregando medicamentos. Ya se ha demostrado que las bacterias pueden utilizarse como medio para administrar medicamentos de forma selectiva a los tejidos enfermos. Los expertos introdujeron la bacteria MC-1 en el sistema sanguíneo de ratas. Estas bacterias son capaces de moverse rápidamente debido a la rotación de sus flagelos, pero además contienen nanopartículas magnéticas, lo que las hace sensibles al campo magnético y hace que se muevan a lo largo de líneas de fuerza. Estas líneas de fuerza pueden crearse, por ejemplo, mediante un dispositivo de resonancia magnética. Los investigadores creen que antes de intentar crear nanomáquinas artificiales que puedan moverse por el cuerpo humano, debemos prestar atención a las creaciones ya existentes de la naturaleza.

Las nanoesferas y las nanocápsulas pertenecen a la familia nanopartículas poliméricas. Si las nanoesferas son matrices sólidas en cuya superficie polimérica se distribuye la sustancia activa, en las nanocápsulas la cubierta polimérica forma una cavidad llena de líquido. Como resultado, la sustancia activa se libera en el cuerpo a través de diferentes mecanismos: desde las nanoesferas la liberación es exponencial, y desde las nanocápsulas se produce a un ritmo constante durante un largo tiempo. Las nanopartículas poliméricas se pueden obtener a partir de polímeros naturales o sintéticos, como polisacáridos, ácidos poliláctico y poliglicólico, polilactidas, poliacrilatos, polímeros acrílicos, polietilenglicol (PEG) y sus análogos, etc. Los materiales poliméricos se caracterizan por un conjunto de valiosas propiedades para la fabricación de medicamentos. transporte, como biocompatibilidad, capacidad de biodegradación, compatibilidad funcional.

De particular interés son dendrímeros. Representan un nuevo tipo de polímeros que no tienen la estructura lineal habitual, sino una estructura "ramificada". La primera muestra se obtuvo allá por los años 50 y los principales métodos para su síntesis se desarrollaron en los años 80. El término "dendrímeros" apareció antes que "nanotecnología" y al principio no estaban asociados entre sí. Sin embargo, últimamente los dendrímeros se mencionan cada vez más en el contexto de sus aplicaciones nanotecnológicas y nanomédicas. Los dendrímeros son una clase única de polímeros porque su tamaño y forma pueden controlarse con mucha precisión mediante síntesis química, lo cual es fundamental para los nanoportadores. Los dendrímeros se obtienen a partir de monómeros realizando polimerizaciones secuenciales convergentes y divergentes (incluido el uso de métodos de síntesis de péptidos), especificando así la naturaleza de la ramificación. Los monómeros típicos utilizados en la síntesis son la poliamidoamina y el aminoácido lisina. Las moléculas "objetivo" se unen a los dendrímeros formando complejos con su superficie o incrustándose profundamente entre sus cadenas individuales. Además, los grupos funcionales necesarios se pueden colocar estereoespecíficamente en la superficie de los dendrímeros, que interactuarán con virus y células con el máximo efecto. Un ejemplo de creación de una sustancia activa a base de un dendrímero es el fármaco Vivigel, un gel que puede proteger contra la infección por VIH.

Entre las nanopartículas de carbono formadas únicamente por átomos de carbono, las más ampliamente distribuidas fullerenos Y nanotubos, que se puede obtener mediante diversos métodos químicos o fisicoquímicos. Por ejemplo, a escala industrial, los fullerenos se producen mediante pulverización térmica de hollín que contiene carbono en una atmósfera de gas inerte, a presión reducida, en presencia de un catalizador. Los fullerenos, según los expertos, pueden convertirse en la base no sólo de los sistemas de administración, sino también de una nueva clase de fármacos. La característica principal es la forma de su estructura: por dentro las moléculas parecen “cáscaras” cerradas y huecas. La más famosa de las estructuras de carbono es el fullereno C 60, cuyo descubrimiento completamente inesperado en 1985 provocó un auge de la investigación en este campo (el Premio Nobel de Química de 1996 fue otorgado a los descubridores de los fullerenos). Después de desarrollar un método para producir fullerenos en macrocantidades, se descubrieron muchos otros fullerenos, más ligeros o más pesados: de C 20 a C 70, C 82, C 96 y superiores. A partir de los fullerenos se están desarrollando vehículos de administración de fármacos para el tratamiento de pacientes infectados por el VIH y pacientes con cáncer.

En 1991, nuevamente, de manera completamente inesperada (los teóricos no predijeron su existencia), se descubrieron formaciones de carbono cilíndricas y largas, llamadas nanotubos. Se caracterizan por una variedad de formas: grandes y pequeñas, monocapa y multicapa, rectas y en espiral; fuerza única, demuestran una amplia gama de las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas más inesperadas. De hecho, los nanotubos se pueden utilizar como contenedores microscópicos para transportar muchas sustancias químicas o biológicamente activas: proteínas, gases venenosos, componentes de combustible e incluso metales fundidos. Para las necesidades médicas, los nanotubos tienen una afinidad importante por las estructuras lipídicas; son capaces de formar complejos estables con péptidos y oligonucleótidos de ADN e incluso encapsular estas moléculas. La combinación de estas propiedades determina su uso como sistemas eficaces de administración de vacunas y material genético.

A nanopartículas inorgánicas, una de las clases más importantes de nanoportadores, incluye compuestos de óxido de silicio, así como diversos metales (oro, plata, platino). A menudo, una nanopartícula de este tipo tiene un núcleo de silicio y una capa exterior formada por átomos de metal. El uso de metales permite crear soportes con una serie de propiedades únicas. Así, su actividad (y, en particular, la liberación de un agente terapéutico) puede modularse mediante efectos térmicos (radiación infrarroja), así como mediante cambios en el campo magnético. En el caso de compuestos heterogéneos en fase sólida, por ejemplo nanopartículas metálicas sobre la superficie de un soporte poroso, aparecen nuevas propiedades como resultado de su interacción.

Quizás el más común tecnologías de plataforma son la microencapsulación, así como tecnologías para producir tabletas y cápsulas matriciales, multicapa, con cubierta. Por ejemplo, en Rusia se han desarrollado y se están patentando tecnologías de plataforma para la creación de complejos nanométricos de sustancias activas con polímeros sintéticos y naturales biocompatibles y biodegradables. La nanoformulación puede conducir a un aumento de la actividad del fármaco de 2 a 4 veces, así como a la aparición de propiedades terapéuticas más pronunciadas. En algunos casos, ya se están realizando estudios preclínicos de fármacos conocidos en nuevos nanoenvases (por ejemplo, taxol o Nurofen de acción prolongada). Las tecnologías de plataforma para la liberación controlada de fármacos son relevantes para la administración dirigida de fármacos antitumorales altamente tóxicos. Los medicamentos oncológicos tradicionales se distribuyen uniformemente por todo el cuerpo: llegan a los lugares de la enfermedad y a los órganos sanos. El problema se puede resolver mediante la administración dirigida de un fármaco junto con un polímero biodegradable; entonces el fármaco no se libera instantáneamente, sino a medida que el polímero se degrada. Pero existen métodos aún más avanzados de administración selectiva de fármacos que utilizan nanopartículas de material genético, ADN o ARN. Las partículas que miden unos 200 nanómetros o un poco menos pueden salir del torrente sanguíneo sólo en las zonas inflamadas, donde los poros de los capilares están dilatados.

Mientras viajan por el torrente sanguíneo, las nanopartículas pueden llenarse de proteínas del plasma sanguíneo y ser absorbidas por los guardias inmunológicos: los macrófagos. Para prolongar la vida útil de las nanopartículas en el cuerpo, se les unen cadenas de polímeros. Otra opción es la unión a una nanopartícula. anticuerpos células tumorales que conocen el camino hacia el objetivo y un antibiótico que destruirá la formación maligna. Por ejemplo, los científicos están diseñando un fármaco anticancerígeno liposomal en el que los liposomas sensibles a la temperatura están envueltos en un polímero y equipados con anticuerpos que determinan la "dirección de entrega".

Numeroso vacunas para todo tipo de enfermedades se han convertido en un procedimiento rutinario, pero la técnica en sí se ha mantenido prácticamente sin cambios durante el último siglo. En un futuro próximo, las jeringas con una solución de antígenos serán reemplazadas por nanoportadores (de hasta 500 nm de tamaño), capaces de administrar antígenos a través de la piel a las células inmunes allí presentes. Se ha demostrado que el uso de pequeñas nanopartículas (sólo 40 nm) permite la entrega de antígenos directamente a través de los folículos pilosos.

Al mismo tiempo, los sistemas de administración de sustancias activas hoy en día están asociados con riesgos, es decir, efectos secundarios. No en vano el gigante farmacéutico Novartis, el consorcio Ciba y algunas otras grandes empresas han vinculado sus desarrollos futuros en esta dirección únicamente con nanoportadores biológicamente degradables.

Nanoterapia

También se pueden utilizar moléculas de tamaño nanométrico como sustancias activas. Una de las nuevas alzas es aplastante sustancias medicinales activas de hasta tamaños nanométricos: aproximadamente la mitad de las nuevas sustancias activas que se encuentran actualmente en desarrollo se disuelven mal, es decir, tienen una biodisponibilidad insuficiente.

Los cristales de fármacos nanoactivos consisten en el principio activo y se producen en forma de una suspensión (nanosuspensión) que se puede administrar por vía intravenosa o se puede producir en gránulos o tabletas para administración oral. En este caso, no es necesaria una matriz polimérica, cuya destrucción, según creen algunos científicos, puede tener un efecto tóxico en las células. El tamaño típico de los nanocristales es de 200 a 600 nm. Uno de los fármacos nanocristalinos introducidos en la práctica clínica allá por el año 2000 es Rapamune (Laboratorios Wyeth-Ayers), un fármaco inmunosupresor que se utiliza tras el trasplante de órganos. Termoterapia con nanopartículas, aparentemente, tiene grandes perspectivas. Se sabe que cuando la radiación infrarroja cercana incide sobre los nanotubos, estos comienzan a vibrar y a calentar la sustancia que los rodea. La eficacia de esta terapia resultó ser muy alta: en el 80 por ciento de los ratones que recibieron una dosis de una solución de nanotubos de paredes múltiples, los tumores cancerosos en el riñón desaparecieron por completo después de un tiempo. Casi todos los ratones de este grupo sobrevivieron hasta el final del estudio, que duró aproximadamente 9 meses. Se están realizando estudios clínicos de termoterapia para tumores cerebrales y cáncer de próstata. Los investigadores descubrieron que el contacto de los nanotubos con el tejido óseo dañado en ratones acelera la regeneración del tejido óseo y reduce la probabilidad de inflamación durante el tratamiento. Asimismo, las partículas de nanooro matan microbios y reconocen y destruyen las células cancerosas.

Las nanopartículas también se pueden utilizar para estimular mecanismos de regeneración innatos. El objetivo principal aquí es la activación y manipulación artificial de células madre adultas. Algunos avances incluyen: proteínas anfifílicas que apoyan el crecimiento celular para reparar la médula espinal dañada; recubrir áreas de tumores cerebrales con nanopartículas magnéticas y partículas sensibles a enzimas; sondas de nanopartículas para la administración intracelular de fármacos y la expresión genética, puntos cuánticos que detectan y cuantifican biomarcadores del cáncer de mama humano.

Nanoanticuerpos Son las moléculas proteicas de reconocimiento de antígenos más pequeñas conocidas hasta la fecha (de 2 a 4 nm de tamaño). Son fragmentos (dominios variables) de anticuerpos especiales de dominio único: constan de un dímero de una sola cadena pesada de inmunoglobulina truncada y son completamente funcionales en ausencia de una cadena ligera. Después de la síntesis, los nanoanticuerpos ya son funcionales y no requieren modificaciones postraduccionales. Esto permite que se produzcan inmediatamente en células bacterianas o en levaduras, lo que hace que el proceso de creación de estas proteínas sea mucho más económico. Es bastante fácil llevar a cabo todo tipo de manipulaciones de ingeniería genética con nanoanticuerpos, por ejemplo, para crear diseños de combinación más efectivos que incluyan dos o más nanoanticuerpos, así como otros dominios proteicos o grupos funcionales. Estos anticuerpos no existen en el cuerpo humano y, por lo tanto, no existe ninguna adaptación a ellos. De este modo, es posible evitar los trucos de células y microorganismos anormales y patológicos que han logrado adaptarse al sistema inmunológico humano y encontrar un eslabón débil en su defensa.

Aditivos biológicamente activos(suplementos dietéticos) elaborados con nanotecnología, los llamados nanocéuticos, tienen como objetivo mejorar poderosamente las capacidades del cuerpo: desde mejorar la digestibilidad de los componentes activos de los alimentos hasta mejorar la actividad mental y la capacidad de concentración, son lo más destacado del mercado moderno. Sin embargo, los grupos de derechos de los consumidores están presionando para que el gobierno supervise más estrechamente la seguridad y eficacia reales de los productos que llegan a las tiendas.

Sobre la seguridad de la nanotecnología en la atención sanitaria

La opinión generalizada de los expertos es que los investigadores aún no han creado las herramientas necesarias para evaluar al 100% los riesgos asociados a la nanotecnología en la asistencia sanitaria. Estos avances se remontan a entre 3 y 5 años, y según algunas estimaciones incluso más, detrás de la creación real de los nanomateriales médicos más importantes. Los nanomateriales pertenecen a una clase de productos completamente nueva y en todos los casos es obligatoria la caracterización de su peligro potencial para la salud humana y el estado del medio ambiente. Las nanopartículas y los nanomateriales tienen un complejo de propiedades físicas, químicas y efectos biológicos (incluidos los tóxicos), que a menudo son radicalmente diferentes de las propiedades de una misma sustancia en forma de fases continuas o dispersiones macroscópicas (Tabla 2).

La ciencia no se queda en un solo lugar.

La tecnología se desarrolla a un ritmo rápido y nos permite crear dispositivos y aplicaciones que abren posibilidades ilimitadas en una amplia variedad de campos médicos.

Como resultado, una persona está cada vez más cerca de comprender lo que sucede en su cuerpo, no solo a nivel celular, molecular, sino también atómico, a nivel nanométrico.

Aquí hay 25 formas en que se puede utilizar la nanotecnología en medicina.

1. nanobots- Ésta es la generación de nanomáquinas del futuro. Podrán sentir el entorno y adaptarse a sus cambios, realizar cálculos complejos, comunicarse, moverse, realizar ensamblajes moleculares, reparar o incluso reproducirse. Estos dispositivos tienen un gran potencial para aplicaciones médicas.
2. Nanocomputadoras. Con su ayuda, se controlan los nanobots. Los esfuerzos por crear nanocomputadoras, así como el movimiento hacia la computación cuántica, están abriendo nuevas oportunidades para la medicina.
3. Regeneración celular. El daño a las células del cuerpo suele ser muy difícil de reparar debido al tamaño increíblemente pequeño de las células. Sin embargo, con la ayuda de la nanotecnología es posible evitar esto. Se podrían utilizar nanobots u otros dispositivos para manipular moléculas y átomos a nivel individual necesarios para la regeneración celular.
4. Envejecimiento. Se pueden utilizar nanodispositivos para eliminar algunos signos de envejecimiento. Por ejemplo, la tecnología láser ya puede reducir la apariencia de líneas, manchas y arrugas de la edad. En el futuro, con la ayuda de potentes nanotecnologías, se prevé eliminar por completo estos signos.
5. Tratamiento para el cáncer. Hasta la fecha ya se han dado los primeros pasos exitosos en el uso de la nanotecnología en el tratamiento del cáncer. Este proceso es posible porque las funciones pequeñas y especializadas de algunos nanodispositivos pueden dirigirse con mayor precisión a las células cancerosas. Esto destruye las células cancerosas sin dañar las células sanas circundantes.
6. Enfermedades del sistema cardiovascular.. Existe la posibilidad de que los nanorobots puedan realizar una serie de funciones relacionadas con el corazón. La regeneración del tejido cardíaco dañado es sólo una posibilidad. Otro uso de la nanotecnología es utilizar nanodispositivos para limpiar las arterias de placa aterosclerótica y otros problemas.
7. Implantación del dispositivo. En lugar de implantar los dispositivos que se utilizan actualmente en medicina, se podrían utilizar nanobots para crear las estructuras necesarias dentro del cuerpo.
8. una realidad virtual. Gracias al uso de inyecciones de nanobots, los médicos pueden estudiar más fácilmente el cuerpo humano. La creación de la realidad virtual podría ayudar a los profesionales médicos a hacer que algunas cirugías sean más "realistas".
9. Entrega de medicamentos. Los sistemas para automatizar la administración de medicamentos ayudan a mejorar la coherencia entre los sistemas del cuerpo. Al mismo tiempo, se proporcionan medicamentos al sistema que los necesita. Para garantizar que medicamentos específicos se liberen en el momento adecuado y sin errores humanos, los sistemas de administración se pueden programar mediante nanotecnología.
10. . La nanotecnología permite que los nanorobots penetren en el cuerpo y realicen cambios en el genoma. Gracias a esto, es posible corregir el genoma y, como resultado, curar diversas enfermedades genéticas.
11. Nanopinzas. Estos dispositivos están diseñados para operar nanoestructuras. Se pueden utilizar para mover nanodispositivos por el cuerpo o para colocarlos antes de su instalación. Las nanopinzas normalmente se construyen con nanotubos.
12. Células madre. De hecho, la nanotecnología puede ayudar a que las células madre adultas se conviertan en cualquier tipo de célula necesaria. La investigación en ratones muestra que los nanotubos permiten que las células madre adultas se conviertan en neuronas funcionales.
13. regeneración ósea. Utilizando la nanotecnología se puede acelerar la regeneración ósea. Las nanopartículas tienen diferentes composiciones químicas que pueden ayudar a conectar los huesos e incluso pueden ayudar en algunos casos de lesión de la médula espinal.
14. Visualización. La nanotecnología es muy prometedora para su uso en el campo de las imágenes médicas, ya que permite la adquisición rápida de imágenes precisas y específicas. Los nanodispositivos se utilizan en imágenes moleculares y permiten mejorar el diagnóstico de diversas enfermedades y afecciones.
15. Diabetes. En lugar de extraer sangre para comprobar los niveles de azúcar en sangre, la nanotecnología hace posible que los diabéticos utilicen lentes para hacerlo. El cambio de color puede indicar su nivel de azúcar en sangre.
16. Cirugía. Ya existen cirujanos robóticos en el mundo moderno, pero la nanocirugía es un campo prometedor en el que se pueden utilizar algunos láseres, así como nanodispositivos que se pueden programar para realizar algunas operaciones quirúrgicas.
17. Epilepsia. Se están desarrollando nanochips que pueden ayudar a controlar las convulsiones. Estos chips están diseñados para analizar las señales cerebrales, luego analizarlas y realizar los ajustes necesarios en el cerebro de tal manera que sea posible controlar mejor los ataques de epilepsia.
18. Retroalimentación sensorial. Los nanochips podrían resultar útiles para las personas que han perdido la capacidad de sentir su cuerpo. Para ello, los nanochips interceptan los impulsos eléctricos y los interpretan.
    
19. . Las prótesis siguen avanzando. La nanotecnología permite controlar las prótesis utilizando el cerebro. Ya existen algunos ejemplos del uso de nanochips para este fin.
20. control medico. Con la ayuda de la nanotecnología, es posible controlar el estado de varios sistemas del cuerpo. Los nanochips implantados en el cuerpo monitorean el estado de salud y envían la información recibida a una computadora u otro dispositivo.
21. Informes médicos. Además de monitorear los propios sistemas del cuerpo, la nanotecnología se puede utilizar para enviar información a los proveedores de atención médica, aumentando así la eficacia de los registros médicos electrónicos.
22. La prevención de enfermedades. La presencia de un nanodispositivo en el cuerpo realmente puede ayudar a prevenir diversas enfermedades. Con una programación adecuada, es posible evitar algunas enfermedades y corregir problemas emergentes antes de que se conviertan en problemas graves. Los nanodispositivos pueden incluso ayudar a prevenir enfermedades crónicas.
23. Diagnóstico prenatal. Hay varias formas de utilizar la nanotecnología en el diagnóstico prenatal. Los nanodispositivos pueden penetrar el útero e incluso el feto sin causar daños. Además, potencialmente pueden ayudar a eliminar muchos problemas en el útero.
24. medicina individual. Al poder adaptarse con precisión al genoma de cada individuo, la nanotecnología permitirá determinar con mayor precisión el tratamiento adecuado y adaptar el plan de tratamiento a las necesidades individuales del cuerpo.
25. Investigación. La nanotecnología permite que la investigación médica avance rápidamente al proporcionar las herramientas necesarias para ello, con la ayuda de las cuales la persona aprende cosas nuevas sobre la estructura y el funcionamiento del cuerpo humano, y gracias a las investigaciones en el campo de la física y la química, la nanotecnología proporciona la Cuerpo con materiales de construcción.

“El ejemplo más llamativo y sencillo del uso de la nanotecnología en medicina y cosmética es una solución jabonosa común que tiene un efecto limpiador y desinfectante. En él se forman nanopartículas y micelas. El jabón es un milagro de la nanotecnología, ya lo era cuando nadie sospechaba siquiera la existencia de nanopartículas. Sin embargo, este nanomaterial no es el principal para el desarrollo de nanotecnologías modernas en salud y cosmetología.

Otro uso antiguo de la nanotecnología en cosmetología fue el hecho de que los tintes utilizados por los aborígenes australianos para aplicar pinturas de guerra brillantes, así como el tinte para el cabello de las antiguas bellezas griegas, también contenían nanopartículas que proporcionaban un efecto colorante muy duradero y duradero.

Agua de Shungit: ¿es útil o sigue siendo perjudicial?

Probablemente, muchos ya se han topado con la llamada agua de Shungit en el mercado, cuyos productores afirman sus propiedades curativas únicas, supuestamente obtenidas como resultado de la influencia de los fullerenos naturales. Hablemos de esta agua con un poco más de detalle. El hecho es que en Karelia, cerca del lago Onega, durante muchos siglos existió un manantial curativo, cerca del cual el emperador ruso Pedro I ordenó la construcción del primer balneario de Rusia, las "Aguas Marciales". La gente ha utilizado las propiedades curativas de esta agua desde la antigüedad. Su peculiaridad es el hecho de que dicha agua no se puede almacenar durante mucho tiempo; después de unas horas pierde sus propiedades únicas.

Los estudios realizados en Ucrania y Karelia han demostrado que el agua marcial es consecuencia de la influencia de los fullerenos contenidos en el mineral natural shungit. Los científicos creen que el origen de la shungita probablemente fue el resultado de la caída de un gran meteorito de carbono. Cada molécula de fullereno es capaz de formar y mantener un grupo de agua a su alrededor, cuyas dimensiones son muchas veces mayores que su propio diámetro.

Estas acumulaciones de agua son capaces de ejercer un efecto antioxidante, es decir, atrapar radicales libres, que son "fragmentos de diversos compuestos orgánicos" y destruyen un organismo vivo. Las vitaminas C, E, A, el ácido succínico y varias otras sustancias tienen altas propiedades antioxidantes.

Los estudios realizados con aguas marciales indican un alto efecto curativo sobre el cáncer, la aterosclerosis, la diabetes, las enfermedades renales y hepáticas, los trastornos cerebrales, etc.

Sin embargo, estos estudios también tienen sus oponentes. Varios científicos expresan su preocupación por la venta abierta del agua de Shungit precisamente porque, a diferencia del agua marcial, también puede contener fragmentos de fullerenos, que, como se sabe, son extremadamente inestables. Al beber agua con una infusión de shungit, una persona puede beber no solo racimos útiles. Los fullerenos o sus fragmentos superan fácilmente la barrera hematoencefálica, es decir, penetran en los tejidos vivos, incluido el cerebro. Al mismo tiempo, estas nanopartículas pueden transportar además una variedad de sustancias que normalmente no atraviesan la barrera ni penetran en el tejido nervioso.

El uso de losas de fibrocemento en la construcción (por ejemplo, las paredes de los baños y aseos están hechas de ellas) se considera peligroso en muchos países del mundo. El amianto está formado por pequeñas micro y nanoestructuras en forma de agujas. Los mineros que extraen asbesto e inhalan polvo de asbesto durante muchos años tienen casi garantizado que contraerán cáncer de pulmón debido a la exposición a este polvo. Para cuidar la salud, en muchos países del mundo se desmantelan estructuras de amianto. Se puede recordar el ejemplo de un edificio gubernamental en la antigua Alemania Oriental, que las nuevas autoridades prácticamente demolieron debido al uso activo de materiales de amianto.

Es absurdo suponer que se puede tomar un mineral (piedra) del mismo aluminosilicato, molerlo, luego infundirle agua y ofrecerlo al consumidor. El uso del agua de Shungit debe realizarse bajo estricta supervisión médica, con un estudio a largo plazo de las posibles consecuencias tanto positivas como negativas.

Nano "peligroso"

En el Consejo de la Federación el 19 de marzo de 2008, Sergei Ivanov afirmó ambiguamente que hasta ahora la nanotecnología sólo ha sido dominada por estafadores que ya anuncian todo tipo de nanocremas. “Nadie sabe qué le pasará a tu mano cuando te los pongas. Y allí no hay ningún nano. Simplemente adoptaron una palabra de moda”, advirtió el primer viceprimer ministro. Mientras tanto, otros estafadores intentan usurpar los 130 mil millones de rublos que el Estado asignó a la corporación estatal "Nanotecnologías Rusas" y presentan "proyectos falsos y prácticamente imposibles".

Como señala la publicación científica Science Daily, se ha demostrado que incluso el aire que nos rodea contiene a menudo partículas nocivas para la salud humana. Las partículas del aire del metro son especialmente destructivas para el ADN, afirma Hanna Karlsson, científica del Instituto Karolinska (Suecia).

En su opinión, las partículas contenidas en el oxígeno del metro de Estocolmo tienen un efecto más fuerte en el ADN humano que las partículas contenidas en los gases de escape de los automóviles. El estudio demostró que el aire del metro contiene partículas de hierro, que se forman debido a la fricción de las ruedas sobre los rieles. Causan el mayor daño al cuerpo humano cuando ingresan a los pulmones, cuando se forman radicales libres en las células del cuerpo. Los radicales libres son moléculas de rápido movimiento que causan el mayor daño al ADN humano. Al mismo tiempo, como señala el científico, el daño celular causado por los radicales puede ser eliminado por la propia célula, pero si no se trata, aumenta el riesgo de cáncer.

Partículas similares descubiertas durante el estudio surgen de la fricción de los neumáticos de los automóviles sobre el asfalto y también provocan diversas enfermedades inflamatorias en el cuerpo.

Debido a la alta capacidad de penetración de las nanopartículas, algunos científicos también expresan su preocupación por el uso de diversos objetos nanosólidos sólidos en una serie de preparaciones cosméticas: cremas, lociones, etc. El mecanismo y el comportamiento de las nanopartículas tras su aplicación sobre la piel no se han estudiado completamente. Es probable que las nanopartículas no quieran permanecer mucho tiempo en la piel y viajen por todo el cuerpo.

Sin embargo, los problemas globales que enfrenta la humanidad requieren acciones inmediatas y a veces drásticas. La nanotecnología puede proporcionar una ayuda significativa para resolver muchos de ellos. Así, en los últimos 20 años se han identificado al menos 30 enfermedades infecciosas (SIDA, virus del Ébola, gripe aviar, etc.), cuya tasa de mortalidad representa el 30% del número total de muertes en todo el mundo. Cada año, sólo en Estados Unidos se diagnostican 1,5 millones de nuevos casos de cáncer. La tasa de mortalidad por ellos en el mundo es de al menos 500 mil personas por año. Según las previsiones, en 2020 el número de pacientes con cáncer en el mundo podría aumentar un 50% y alcanzar los 15 millones de personas al año.

"Nanomangas"

La directora del Laboratorio de Nanofotónica y profesora de la Universidad Rice de Houston, Naomi Halas y Peter Nordlander, han creado una nueva clase de nanopartículas con propiedades ópticas únicas: las nanomangas. Al tener un diámetro 20 veces menor que el de los glóbulos rojos (eritrocitos), se mueven libremente por todo el sistema circulatorio. De una manera especial, se adhieren proteínas especiales a la superficie de las mangas: anticuerpos que atacan las células cancerosas. Unas horas después de su introducción, el cuerpo se irradia con luz infrarroja, que las nanomangas convierten en energía térmica. Esta energía destruye las células cancerosas, mientras que las células sanas vecinas prácticamente no resultan dañadas.

Esta nanotecnología única ya se ha probado con éxito en ratones experimentales con tumores cancerosos. Ya 10 días después de la irradiación, todos los animales enfermos se recuperaron completamente de la enfermedad. Además, como se señaló, las pruebas posteriores no revelaron focos de nuevos tumores malignos.

“Nanoneuroknitting” y otros logros

Mark Greenstaff, de la Universidad de Boston, informó sobre un trabajo de gran éxito en la creación de polímeros ramificados de tamaño nanométrico llamados dendrímeros para el tratamiento de heridas oculares.

Los investigadores de la Universidad de Hong Kong, los profesores Rutledge Ellis-Behnke y Gerald Schneider, informaron además a la comunidad científica que pronto comenzarán las pruebas clínicas de una tecnología llamada "nanoneurotejido de un tracto ocular roto con restauración de sus funciones". Esta técnica es en realidad la tecnología del mañana y permitirá resolver una serie de problemas médicos graves en el campo de la oftalmología.

"Nuestra tecnología nos permite construir un puente de nanofibras sobre un tracto ocular cortado; a veces también podemos erigir con éxito un andamiaje compuesto de péptidos de nanofibras autoensamblados", dijo a la agencia rusa ITAR-TASS. Profesor Ellis-Behnke.

Otra de las tareas más importantes sigue siendo aumentar la esperanza de vida. Actualmente, la esperanza de vida media en Europa es de 74 años para los hombres y de 80 años para las mujeres. En Rusia, estas cifras son mucho más bajas, especialmente entre los hombres, cuya esperanza de vida, según algunos datos, es de sólo 57 años. Estos indicadores se pueden aumentar significativamente con el uso de agentes antienvejecimiento progresivos.

Como señalan los medios, especialmente los electrónicos, en Estados Unidos, con la ayuda de la nanotecnología, fue posible curar ataques cardíacos en ratones y conejos. Esta investigación está dirigida por el Dr. Samuel Stupp y sus colegas de la Universidad Northwestern, en Evanston, Illinois. Los científicos indujeron ataques cardíacos y daños por infarto en ratones. Después de lo cual todos los ratones experimentales se dividieron en tres grupos de control. Al primer grupo, media hora después del infarto, se le inyectó un fármaco a base de sustancias capaces de autoorganizarse en nanofibras largas y delgadas, que rellenan la herida en el músculo cardíaco. Al mismo tiempo, tienen la propiedad de unirse a la heparina tisular, en la que se acumulan los llamados factores de crecimiento, que también favorecen la curación del tejido cardíaco dañado.

El segundo grupo de ratones recibió sólo fármacos con factores de crecimiento aislados. El tercer grupo siguió siendo el grupo de control y no recibió ningún medicamento. Un mes después del tratamiento, se descubrió que en los ratones del primer grupo, la administración de nanopreparados permitió que el corazón se recuperara casi por completo y funcionara de la misma forma que en los ratones sanos. Los ratones del segundo y tercer grupo se recuperaron significativamente peor; ni siquiera los factores de crecimiento ayudaron. Se han realizado y confirmado estudios similares en conejos de experimentación.

Milagros "nanomédicos"

La ventaja de la nanotecnología médica sobre la terapia convencional, que consiste en influir químicamente en la enfermedad mediante la administración de fármacos, es que garantiza la creación en el cuerpo del entorno necesario en el que se produce el proceso de curación.

Para confirmar la eficacia del método, a los participantes en el congreso de la Asociación para la Investigación en Visión y Oftalmología (ARVO) se les mostró un vídeo del proceso de curación eficaz de un hígado de ratón disecado por los investigadores. La grabación de video mostró claramente cómo la sangre se detuvo inmediatamente y comenzó de inmediato el proceso de restauración del órgano disecado. Según Ellis-Behnke, el uso de esta nanotecnología médica puede tener un valor incalculable en neurocirugía, ya que minimizará los efectos negativos de la cirugía cerebral.

Se espera que el uso de estas y otras nanotecnologías en el campo de la medicina contribuya al surgimiento de métodos rápidos y económicos para diagnosticar enfermedades en una etapa temprana, nuevos métodos para el desarrollo y uso de medicamentos y la posibilidad de restaurar los daños. Estructura del ADN.

Un informe del Instituto de Química Biomédica de la Academia Rusa de Ciencias Médicas indica que los científicos médicos rusos publicaron entre 1998 y 2005 más de 200 artículos científicos que demuestran la alta eficacia de la nanotecnología en el tratamiento de una serie de enfermedades, entre ellas el cáncer, la esclerosis múltiple y la meningitis. , SIDA, gripe y tuberculosis. Se indica que la ciencia nacional ha recibido datos convincentes sobre la posibilidad de utilizar nanopartículas para producir vacunas eficaces.

Así, en el Instituto de Biología Molecular que lleva su nombre. V. A. Engelhardt RAS, basándose en la nanotecnología, ha creado un biochip que permite diagnosticar en unas horas una serie de enfermedades socialmente peligrosas, entre las que se incluye, por ejemplo, la tuberculosis. Anteriormente, sólo la investigación médica necesaria requería al menos un mes. Incluso si no tomamos en cuenta el factor social, el efecto económico de reducir los costos de diagnóstico es de 20 mil rublos por estudio. Al mismo tiempo, dos docenas de organizaciones científicas llevan a cabo actualmente en Rusia investigaciones sobre la nanotecnología en la medicina.

Cabe señalar que el campo de la investigación en nanotecnología médica también se está desarrollando a un ritmo rápido. Al mismo tiempo, los resultados obtenidos en animales de experimentación ya prometen importantes perspectivas en el tratamiento de humanos. En general, si incluimos el trabajo y los logros en el campo de la ingeniería genética como nanotecnología, los resultados serán fantásticos, pero en general esta es una dirección diferente que requerirá escribir un libro aparte.

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INSTITUCIÓN EDUCATIVA

Universidad Estatal de Grodno que lleva el nombre. Ya.

Ensayo

sobre el tema de:"Nanomateriales en medicina"

Preparado por: estudiante Bobritskaya Ekaterina Olegovna

Profesora: Trifonova I.V.

Introducción

La mayoría de nosotros no podemos imaginar la vida sin los beneficios modernos de la civilización, los logros de la ciencia, la tecnología y la medicina. El siguiente paso en este desarrollo será el desarrollo de la nanotecnología, en particular, sistemas muy pequeños que puedan ejecutar órdenes de personas.

El progreso tecnológico se orienta hacia el desarrollo de máquinas más potentes, más rápidas, más compactas y más elegantes. El límite de tal desarrollo pueden considerarse máquinas del tamaño de una molécula. La máquina, construida a partir de átomos unidos covalentemente, es extremadamente fuerte, rápida y pequeña. La nanotecnología molecular se ocupa del desarrollo, creación y control de este tipo de máquinas. Esta industria abre perspectivas fantásticas y sin precedentes para la interacción humana con el mundo.

Los conceptos de “nanotecnología”, “nanomateriales”

La nanotecnología es un conjunto de procesos que permiten crear materiales, dispositivos y sistemas técnicos, cuyo funcionamiento está determinado por la nanoestructura, es decir. sus fragmentos ordenados varían en tamaño de 1 a 100 nm (10-9 m; átomos, moléculas). La palabra griega "nos" significa aproximadamente "gnomo". Cuando el tamaño de las partículas se reduce a 100-10 nm o menos, las propiedades de los materiales (mecánicas, catalíticas, etc.) cambian significativamente.

Los nanomateriales son materiales estructurados en o cerca del nivel de tamaño molecular. La estructura puede ser más o menos regular o aleatoria. Se pueden obtener superficies con una nanoestructura aleatoria mediante procesamiento con haces de partículas, grabado con plasma y algunos otros métodos.

Al igual que con las estructuras regulares, pequeñas áreas de la superficie se pueden estructurar "desde fuera", por ejemplo, utilizando un microscopio de sonda de barrido. Sin embargo, áreas suficientemente grandes (~1 μ2 o más), así como volúmenes de materia, aparentemente sólo pueden estructurarse mediante el método de autoensamblaje de moléculas.

El autoensamblaje está muy extendido en la naturaleza viva. La estructura de todos los tejidos está determinada por su autoensamblaje a partir de células; La estructura de las membranas celulares y los orgánulos está determinada por el autoensamblaje a partir de moléculas individuales.

Se está desarrollando el autoensamblaje de componentes moleculares como una forma de construir estructuras periódicas para fabricar circuitos nanoelectrónicos, y se han logrado avances notables.

En medicina, se pueden utilizar materiales con una superficie nanoestructurada para reemplazar determinados tejidos. Las células del cuerpo reconocen estos materiales como “propios” y se adhieren a su superficie.

Actualmente se ha avanzado en la producción de nanomateriales que imitan el tejido óseo natural. Así, los científicos de la Universidad Northwestern (EE. UU.) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp y otros utilizaron el autoensamblaje tridimensional de fibras de aproximadamente 8 nm de diámetro, imitando las fibras de colágeno naturales, seguido de la mineralización y la formación de nanocristales de hidroxiapatita orientados. a lo largo de las fibras. Las propias células óseas estaban bien adheridas al material resultante, lo que permite utilizarlo como "pegamento" o "masilla" para el tejido óseo.

También es interesante desarrollar materiales que tengan la propiedad contraria: no permiten que las células se adhieran a la superficie. Una posible aplicación de estos materiales podría ser la fabricación de biorreactores para el cultivo de células madre. El hecho es que, al adherir a la superficie, la célula madre busca diferenciarse, formando ciertas células especializadas. El uso de materiales con estructura superficial a nanoescala para controlar los procesos de proliferación y diferenciación de células madre representa un enorme campo de investigación.

Las membranas de nanoporos se pueden utilizar en microcápsulas para la administración de fármacos y otros fines. Por tanto, pueden utilizarse para filtrar fluidos corporales de sustancias nocivas y virus. Las membranas pueden proteger los nanosensores y otros dispositivos implantables de la albúmina y sustancias de recubrimiento similares.

Aplicación de la nanotecnología en medicina: estado actual

tratamiento estructurado molecular con nanomateriales

El término nanotecnología está entrando de manera convincente en nuestras vidas. En 1959, el famoso físico teórico estadounidense Richard Feynman dijo que existe "un mundo asombrosamente complejo de formas pequeñas, y algún día la gente se sorprenderá de que antes de 1960 nadie se tomara en serio el estudio de este mundo". En la etapa inicial, el desarrollo de la nanotecnología estuvo determinado principalmente por el desarrollo de dispositivos de microscopía de sonda. Estos dispositivos son como los ojos y las manos de un nanotecnólogo.

Actualmente, los avances en el campo de la nanotecnología están asociados con la creación de nanomateriales para las industrias aeroespacial, automotriz y electrónica.

Pero poco a poco, la medicina se considera cada vez más un área prometedora para el uso de la nanotecnología. Esto se debe al hecho de que la nueva tecnología permite trabajar con la materia en una escala que hasta hace poco parecía fantástica: micrómetro e incluso nanómetro. Precisamente estos valores son típicos de las principales estructuras biológicas: las células, sus componentes (orgánulos) y las moléculas.

Hoy podemos hablar del surgimiento de una nueva dirección: la nanomedicina. La idea de utilizar dispositivos microscópicos en medicina fue expresada por primera vez en 1959 por R. Feynman en su famosa conferencia "Hay mucho espacio ahí abajo" (con referencia a la idea de Albert R. Hibbs). Pero sólo en los últimos años las ideas de Feynman se han acercado más a la realidad.

Ahora todavía estamos bastante lejos del microrobot descrito por Feynman, capaz de llegar al corazón a través del sistema circulatorio y realizar allí una cirugía valvular. Las aplicaciones modernas de la nanotecnología en medicina se pueden dividir en varios grupos: materiales nanoestructurados, incluidas superficies con nanorrelieve, membranas con nanoagujeros; Nanopartículas (incluidos fullerenos y dendrímeros); Micro y nanocápsulas; Sensores y analizadores nanotecnológicos; Aplicaciones médicas de microscopios de sonda de barrido; Nanoherramientas y nanomanipuladores; Micro y nanodispositivos de distintos grados de autonomía.

La empresa estadounidense C-Sixty Inc. Realiza pruebas preclínicas de productos basados ​​en nanoesferas de fullereno C60 con grupos químicos ordenados en su superficie. Estos grupos pueden seleccionarse para unirse a objetivos biológicos preseleccionados. La gama de posibles aplicaciones es extremadamente amplia. Incluye la lucha contra enfermedades virales como la gripe y el VIH, el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas, la osteoporosis y las enfermedades vasculares. Por ejemplo, una nanoesfera puede contener un átomo de un elemento radiactivo en su interior y en su superficie grupos que le permiten unirse a una célula cancerosa.

En Rusia se están llevando a cabo avances similares. El Instituto de Medicina Experimental (San Petersburgo) utilizó un aducto de fullereno con polivinilpirrolidona (PVP). Este compuesto es muy soluble en agua y las cavidades de su estructura son de tamaño similar a las moléculas de C60. Las cavidades se llenan fácilmente con moléculas de fullereno, lo que da como resultado la formación de un aducto soluble en agua con alta actividad antiviral. Dado que la PVP en sí no tiene efecto antiviral, toda la actividad se atribuye a las moléculas C60 contenidas en el aducto.

En cuanto al fullereno, su dosis eficaz es de aproximadamente 5 μg/ml, cifra claramente inferior a la correspondiente a la rimantadina (25 μg/ml), utilizada tradicionalmente en la lucha contra el virus de la gripe. A diferencia de la rimantadina, que es más eficaz en el período inicial de la infección, el aducto C60/PVP tiene un efecto estable durante todo el ciclo de reproducción del virus. Otra característica distintiva del fármaco construido es su eficacia contra los virus de la influenza de tipo A y B, mientras que la rimantadina actúa solo contra el primer tipo.

Las nanoesferas también se pueden utilizar en el diagnóstico, por ejemplo, como agente de contraste de rayos X que se adhiere a la superficie de determinadas células y muestra su ubicación en el cuerpo.

Los dendrímeros son de particular interés. Representan un nuevo tipo de polímeros que tienen una estructura ramificada en lugar de la habitual lineal.

De hecho, el primer compuesto con tal estructura se obtuvo en los años 50, y los principales métodos para su síntesis se desarrollaron principalmente en los años 80. El término "dendrímeros" apareció antes que "nanotecnología" y al principio no estaban asociados entre sí. Sin embargo, últimamente los dendrímeros se mencionan cada vez más en el contexto de sus aplicaciones nanotecnológicas (y nanomedicinas).

Esto se debe a una serie de propiedades especiales que tienen los compuestos dendrímeros. Entre ellos: tamaños de macromoléculas predecibles, controlables y reproducibles con gran precisión; la presencia de canales y poros en macromoléculas que tienen formas y tamaños bien reproducibles; la capacidad de encapsulación e inmovilización altamente selectiva de sustancias de bajo peso molecular con la formación de construcciones supramoleculares de "huésped-huésped".

Micro y nanocápsulas

Se pueden utilizar cápsulas en miniatura (~1 μ) con nanoporos para administrar medicamentos en el lugar deseado del cuerpo. Ya se están probando microcápsulas similares para la administración y liberación fisiológicamente controlada de insulina en la diabetes tipo 1. El uso de poros con un tamaño de aproximadamente 6 nm permite proteger el contenido de la cápsula de los efectos del sistema inmunológico del cuerpo. Esto hace posible colocar células animales productoras de insulina en cápsulas que de otro modo serían rechazadas por el cuerpo.

Las cápsulas microscópicas de diseño relativamente simple también pueden duplicar y ampliar las capacidades naturales del cuerpo. Un ejemplo de tal concepto es el propuesto por R. Freitas; Además, un respirocito es un portador artificial de oxígeno y dióxido de carbono, significativamente superior en sus capacidades tanto a los glóbulos rojos como a los sustitutos de la sangre existentes (por ejemplo, a base de emulsiones de fluorocarbono).

Aplicaciones médicas de los microscopios de sonda de barrido

Los microscopios de barrido son un grupo de dispositivos únicos en sus capacidades. Le permiten lograr un aumento suficiente para ver moléculas y átomos individuales. Al mismo tiempo, es posible estudiar objetos sin destruirlos e incluso, lo que es especialmente importante desde el punto de vista de las aplicaciones biomédicas, en algunos casos estudiar objetos vivos. Algunos tipos de microscopios de barrido también permiten la manipulación de moléculas y átomos individuales.

El libro contiene una buena descripción general de las capacidades de los microscopios de barrido para estudiar objetos biológicos. Las capacidades únicas de los microscopios de barrido determinan las perspectivas de su uso en la investigación biomédica. Se trata principalmente del estudio de la estructura molecular de las membranas celulares.

Nanomanipuladores

Los nanomanipuladores pueden denominarse dispositivos diseñados para manipular nanoobjetos: nanopartículas, moléculas y átomos individuales. Un ejemplo son los microscopios de sonda de barrido, que permiten reducir cualquier objeto a átomos.

Actualmente se han creado prototipos de varias variantes de las “nanopinzas”. En un caso se utilizaron dos nanotubos de carbono con un diámetro de 50 nm, dispuestos en paralelo a los lados de una fibra de vidrio con un diámetro de aproximadamente 2 micras. Cuando se les aplicaba voltaje, los nanotubos podían divergir y converger como mitades de pinzas.

En otro caso, se utilizaron moléculas de ADN que cambian su geometría durante una transición conformacional, o la ruptura de enlaces entre bases de nucleótidos en ramas paralelas de la molécula.

Sin embargo, un manipulador para nanoobjetos puede diferir en su diseño de las macroherramientas. Así, se demostró la capacidad de mover nanoobjetos mediante un rayo láser. En un trabajo reciente realizado por científicos de las universidades de Cornell y Massachusetts, pudieron "desenrollar" una molécula de ADN de un nucleosoma. Al mismo tiempo, lo tiraron hasta el final usando esas "pinzas láser".

Micro-y nanodispositivos

Actualmente, son cada vez más comunes dispositivos en miniatura que pueden colocarse dentro del cuerpo con fines diagnósticos y posiblemente terapéuticos.

Un dispositivo moderno diseñado para estudiar el tracto gastrointestinal tiene un tamaño de varios milímetros y lleva a bordo una cámara de vídeo en miniatura y un sistema de iluminación. Las tramas recibidas se transmiten al exterior.

Sería incorrecto clasificar dispositivos de este tipo como nanomedicina. Sin embargo, se abren amplias perspectivas para una mayor miniaturización e integración con nanosensores del tipo descrito anteriormente, sistemas de control y comunicación a bordo basados ​​en electrónica molecular y otras nanotecnologías, y fuentes de energía que utilizan sustancias contenidas en el ambiente interno del cuerpo. . En el futuro, estos dispositivos podrán equiparse con dispositivos de locomoción autónoma e incluso con manipuladores de un tipo u otro. En este caso, podrán penetrar en el punto deseado del cuerpo, recopilar allí información de diagnóstico local, administrar medicamentos y, en un futuro aún más lejano, realizar "operaciones nanoquirúrgicas": destrucción de placas ateroscleróticas, destrucción de células. con signos de degeneración maligna, restauración de fibras nerviosas dañadas, etc. Estos dispositivos (nanorobots) se analizarán con más detalle a continuación.

Nanorobot médico

La nanotecnología permitirá a los ingenieros construir nanorobots complejos que puedan insertarse de forma segura en el cuerpo humano para transportar moléculas importantes, controlar objetos microscópicos y comunicarse con los médicos a través de sensores en miniatura, equipados con motores, manipuladores, generadores de energía y computadoras a escala molecular.

La idea de construir tales nanorobots se basa en el hecho de que el cuerpo humano es una nanomáquina natural: muchos neutrófilos, linfocitos y glóbulos blancos funcionan constantemente en el cuerpo, reparando el tejido dañado, destruyendo los microorganismos invasores y eliminando partículas extrañas. diversos órganos.

La nanorobótica surgió cuando surgió la necesidad de trabajar con objetos en miniatura a nivel molecular. Los nanorobots son sistemas nanoelectromecánicos diseñados para realizar tareas específicas con precisión en la nanoescala. Su ventaja sobre la medicina convencional es su tamaño. El tamaño de las partículas afecta la duración y la magnitud del efecto, por lo que los fármacos a microescala se pueden utilizar en concentraciones más bajas y tienen una aparición más temprana de efectos terapéuticos. También brinda la posibilidad de administrar el fármaco a un sitio de aplicación específico.

Un nanodispositivo médico típico probablemente será un robot del tamaño de una micra ensamblado a partir de nanopartes. Estos nanorobots pueden actuar según órdenes externas o según un programa determinado para realizar trabajos a macroescala.

Nanotubos y radiación infrarroja.

La terapia fototérmica que utiliza nanomateriales ha llamado recientemente la atención como una estrategia eficaz en el desarrollo de una nueva generación de tratamientos contra el cáncer.

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) son candidatos potenciales para la terapia fototérmica porque producen cantidades significativas de calor cuando se irradian con luz infrarroja cercana (NIR, longitud de onda 700-1100 nm). Para ondas de esta longitud, los tejidos biológicos, incluida la piel, son casi transparentes. El efecto fototérmico provoca la muerte térmica de las células cancerosas y el proceso se produce de forma no invasiva.

La eficacia de la terapia combinada con nanotubos y radiación quedó demostrada por los resultados de la destrucción in vivo de un tumor sólido maligno. Este método de tratamiento en ratones mostró una destrucción completa de los tumores sin efectos secundarios dañinos ni recaídas durante los siguientes 6 meses. En el grupo de control, cuando se trató con medios convencionales, se demostró un crecimiento tumoral continuo hasta la muerte de los animales.

Aparece la modificación de nanotubos de carbono de pared simple utilizando fosfolípidos. Dado que los nanotubos de pared simple presentan propiedades hidrófobas, es casi imposible lograr su penetración en las células de los tejidos afectados. Este enfoque permitió a un grupo de científicos coreanos sortear esta complejidad.

Los tumores trasplantados en la espalda de ratones son carcinomas orales humanos. Para la irradiación, los ratones se colocaron bajo una lámpara de infrarrojos con una potencia de 76 W/cm3. La duración de la sesión fue de 3 minutos. El tumor desapareció por completo 20 días después de un único tratamiento. Al mismo tiempo, se observó por primera vez un aumento en el contenido de nanotubos en el músculo que rodea el tumor, el bazo, la sangre y la piel. Durante los siguientes siete días, los nanotubos se acumularon en la sangre y el hígado. Después de siete días, la cantidad de nanotubos en todos los órganos disminuyó drásticamente. Casi todos los nanotubos inyectados fueron excretados por el hígado y los riñones en dos meses.

Estos resultados nos permiten considerar el factor fototérmico como un método eficaz para el tratamiento de tumores cancerosos.

Un vaso fabricado con nanomateriales de la marca Huashen.Tratamiento de diversas enfermedades con agua estructurada.

Escuché mucho sobre el uso de nanomateriales en medicina, pero esta fue la primera vez que escuché sobre un vidrio hecho con nanomateriales de la marca Huashen. El tratamiento con vidrio fabricado con nanomateriales de la marca HuaShen es un tratamiento con agua estructurada (de bajo peso molecular).

La marca HuaShen pertenece a Tianjin HuaShen Corporation, que une a 6 grupos de empresas y empresas con un sistema de actividades multidisciplinarias: el desarrollo de tecnologías científicas, la producción y venta de productos de información y medicamentos a partir de materias primas naturales. Todos los productos fabricados se fabrican teniendo en cuenta la experiencia y las tradiciones de la medicina china. Los productos HuaShen aparecieron por primera vez en el mercado ruso en el año 2000, en Bielorrusia y Ucrania (en 2002), en Kazajstán, Kirguistán y Tayikistán (en 2004).

La composición de los nanomateriales utilizados en la fabricación del vidrio de la marca HuaShen incluye las siguientes sustancias:

anhidrita de titanio;

· óxido de zinc;

· más de 10 microelementos diferentes.

El agua vertida en un vaso hecho de nanomateriales se transforma en 20 minutos y luego se puede utilizar. Durante este período de tiempo, los nanomateriales con los que se fabrica el vidrio transforman las macromoléculas de agua (que constan de 13 a 15 moléculas) en micromoléculas (de 5 a 7 moléculas). El agua resultante se denomina “de bajo peso molecular” y tiene 4 características:

· acción altamente solvente;

· acción divisoria;

· acción penetrante;

· acción para activar procesos metabólicos.

Según diversas fuentes, los estudios clínicos confirman que el agua estructurada:

· reduce el colesterol en la sangre y limpia las arterias sanguíneas;

· mejora las funciones digestivas, regula la acidez;

· promueve la regeneración acelerada de los tejidos;

· promueve la eliminación de desechos y toxinas del cuerpo;

· apoya el sistema inmunológico;

· aumenta la esperanza de vida;

· Renueva el equilibrio metabólico;

· limpia los intestinos;

· activa y normaliza la función renal;

Ayuda en el tratamiento de la inflamación de la mucosa oral;

· es eficaz en el tratamiento de enfermedades intestinales en niños.

Los expertos recomiendan el agua estructurada (de bajo peso molecular) de un vaso de la marca HuaShen para su uso en las siguientes enfermedades:

· Enfermedades del estómago (gastritis, úlcera de estómago, úlcera duodenal, hiperacidez, dispepsia, etc.): el agua ayuda a mejorar la secreción de jugo gástrico, estimula la peristalsis del estómago y los intestinos, mejora la digestión y aumenta la absorción de los alimentos.

· Diabetes mellitus: el agua normaliza el metabolismo de las células pancreáticas.

· Enfermedad cardiovascular: La mayoría de las enfermedades cardíacas se producen porque la grasa se acumula en las arterias venosas, obstruyendo el libre flujo de la sangre. Al beber agua de un vaso elaborado con nanomateriales, los depósitos de grasa se destruyen y eliminan del cuerpo. Como resultado, mejora el suministro al corazón y se normaliza el funcionamiento de los músculos del corazón.

· Hipertensión: en la mayoría de los pacientes, la causa principal de la enfermedad es una mayor absorción de grasas, las placas de colesterol se acumulan en las paredes de los vasos sanguíneos y la luz de los vasos se estrecha. Con el consumo regular de agua de los vasos HuaShen, la sangre se limpia de sustancias ácidas, como resultado de lo cual la presión disminuye y los vasos sanguíneos se ablandan.

· Estreñimiento: el agua tratada con nanomateriales introduce oxígeno activo, por lo que el estreñimiento desaparece rápidamente.

· Efecto cosmético: eliminación de la piel opaca, arrugas, piel áspera, sequedad, manchas de la edad, inflamación de la piel, etc.

El procedimiento para preparar y utilizar agua estructurada (bajo peso molecular) es el siguiente:

· Se vierte agua corriente, mejor purificada, en un vaso fabricado con nanomateriales de la marca Huashen, que se mantiene en él durante 20-30 minutos. Durante este período de tiempo, el agua se convierte en agua de bajo peso molecular.

· El agua ya estructurada (de bajo peso molecular) se puede beber, utilizar para cocinar, utilizar para lavar, utilizar para regar flores, etc.

· El agua estructurada de un vaso se puede añadir a recipientes con agua corriente purificada en una proporción de 0,5 litros por 10 litros (1:20). Después de 20-30 minutos, el agua del recipiente adicional adquirirá la estructura correcta. Esto aumenta el volumen de agua lista para usar.

· La estructura del agua, obtenida mediante nanomateriales, se conserva fuera del vidrio durante 18-24 horas.

· Se recomienda consumir 30 ml por 1 kg de peso humano. agua, es decir una persona que pesa 70 kg. Debe beber al menos 2,1 litros de agua al día y pesar 100 kg. - 3 litros por día.

· Para obtener el efecto deseado del tratamiento, es recomendable consumir agua estructurada constantemente.

Con el uso de un vidrio fabricado con nanomateriales de la marca HuaShen no se pueden tratar determinadas enfermedades. Beber agua de bajo peso molecular proporciona una mejora integral de la salud de todo el cuerpo. El cuerpo se autolimpia de docenas de tipos diferentes de venenos y toxinas. Además, el agua estructurada enriquece las células del cuerpo con oxígeno, creando un ambiente que contrarresta la formación de células cancerosas.

Por un lado, las perspectivas para la industria de la nanotecnología son realmente enormes. La nanotecnología cambiará radicalmente todos los ámbitos de la vida humana. Pero, por otro lado, la nanotecnología puede resultar peligrosa para la sociedad.

Investigadores y ambientalistas han predicho que las amenazas ambientales más peligrosas en el futuro serán los nanomateriales, los virus creados por el hombre y los robots. La lista completa de amenazas consta de 25 elementos. Los problemas más graves, según los expertos, estarán asociados con los biorobots, que podrían convertirse en nuevas especies invasoras, con experimentos climáticos como "fertilizar" el océano y desplegar escudos para proteger la Tierra del sol.

Además, el aumento de la demanda de biomasa para producir biocombustibles, la destrucción de ecosistemas marinos causada por la generación de electricidad en alta mar y los experimentos para controlar especies invasoras utilizando virus genéticamente modificados plantearán riesgos ambientales.

Otras amenazas de la lista que pueden dañar gravemente el medio ambiente son más bien teóricas. Estos incluyen problemas con robots que imitan el comportamiento animal y microbios creados a partir de moléculas sintéticas. Los expertos creen que si estas formas de vida artificiales son liberadas en la naturaleza, podrían comenzar a comportarse como especies invasoras.

El tiempo nos empuja rápidamente a las alturas de nuevas victorias y descubrimientos, los nanorobots no son una excepción, todo está apenas al comienzo del viaje y solo podemos observar cómo las nanomáquinas moleculares cambiarán la vida a nuestro alrededor.

Bibliografía

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UDC 621.372.061

NANOTECNOLOGÍA EN MEDICINA

Silakov K.I., estudiante; Silakova T.T., Ph.D., profesora asociada

Universidad Técnica Nacional de Ucrania "Instituto Politécnico de Kiev", Kiev, Ucrania

Introducción

Antes de hablar de los posibles riesgos y perspectivas de la nanotecnología en medicina, debemos decir ¿qué es? No existe una definición completa para este concepto. Las “nanotecnologías” son tecnologías que operan con cantidades del orden de un nanómetro. Se trata de un valor insignificante, cientos de veces más pequeño que la longitud de onda de la luz visible y comparable al tamaño de los átomos. El desarrollo de la nanotecnología se lleva a cabo en 3 direcciones:

Fabricación de circuitos electrónicos del tamaño de una molécula (átomo);

Desarrollo y producción de máquinas;

Manipulación de átomos y moléculas.

¿Qué es la nanomedicina? La “nanomedicina” es el seguimiento, corrección, diseño y control de sistemas biológicos humanos a nivel molecular, utilizando nanorobots y nanoestructuras desarrollados (R. Freitas).

Actualmente la nanomedicina no existe, sólo hay proyectos cuya implementación conducirá a la nanomedicina. Dentro de unos años, cuando se cree el primer nanorobot, los conocimientos acumulados por la nanomedicina cobrarán vida. Luego, en cuestión de minutos, se librará del virus de la gripe o de la aterosclerosis temprana. Los nanorobots podrán devolver incluso a una persona muy mayor al estado en el que se encontraba en su juventud. Pasarán de la cirugía de órganos a la cirugía de moléculas, y así nos volveremos “inmortales”.

Nanomedicina. Perspectivas de desarrollo y posibles riesgos.

Los científicos afirman que llegará el día en que, con la ayuda de la nanotecnología, será posible incrustar en las células sanguíneas humanas sensores microscópicos que advertirán de la aparición de signos de radiación o del desarrollo de enfermedades. El período de implementación previsto es la primera mitad del siglo XXI, pero por ahora los periodistas y el público en general discuten: ¿pueden los nanosensores tener un efecto perjudicial en el cuerpo humano? Después de todo, ¿no se sabe cómo reaccionará el cuerpo ante los cuerpos extraños que se le introduzcan? Como lo expresó E. Drexler: “el arma invisible de la revolución mundial, la “sustancia gris” que cubre la tierra” es una pequeña causa del fin del mundo.

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¿Puede realmente la nanotecnología causar el fin del mundo o es sólo la rica imaginación de algunos científicos? Dispuestos de una manera, los átomos forman las casas y el aire fresco; ordenados por otros, forman cenizas y humo. Carbón y diamantes, cáncer y tejido sano: las variaciones en el orden de los átomos distinguían lo barato de lo precioso, lo enfermo de lo sano.

Considerando un solo átomo como un bloque de construcción o “parte”, los nanotecnólogos están buscando formas prácticas de construir materiales con características específicas a partir de estas partes. Muchas empresas ya saben cómo ensamblar átomos y moléculas en determinadas estructuras. En el futuro, cualquier molécula se ensamblará como un juego de construcción para niños. Para ello está previsto utilizar nanorobots (nanobots). Se puede construir cualquier estructura químicamente estable que pueda describirse. Dado que un nanobot puede programarse para construir cualquier estructura, en particular para construir otro nanobot, serán muy baratos. Trabajando en grandes grupos, los nanobots podrán crear cualquier objeto a bajo costo y alta precisión.

En medicina, el problema del uso de la nanotecnología es la necesidad de cambiar la estructura de la célula a nivel molecular, es decir. realizar “cirugía molecular” utilizando nanobots. Se espera crear robots médicos moleculares que puedan “vivir” dentro del cuerpo humano, eliminando todos los daños que se produzcan o previniendo la aparición de los mismos. Al manipular átomos y moléculas individuales, los nanobots podrán reparar células. Período previsto para la creación de médicos robóticos, la primera mitad del siglo XXI.

En realidad, la nanomedicina aún no existe; sólo existen nanoproyectos cuya implementación en medicina permitirá, en última instancia, revertir el envejecimiento. A pesar de la situación actual, la nanotecnología, como solución fundamental al problema del envejecimiento, es más que prometedora. Esto se debe al hecho de que la nanotecnología tiene un gran potencial para la aplicación comercial en muchas industrias y, en consecuencia, además de una importante financiación gubernamental, muchas grandes corporaciones llevan a cabo investigaciones en esta dirección.

Los nanobots o robots moleculares pueden participar (tanto junto con la ingeniería genética como en lugar de ella) en el rediseño del genoma de una célula, cambiando genes o añadiendo otros nuevos para mejorar las funciones celulares. Lo importante es que tales transformaciones en el futuro podrán realizarse en las células de un organismo vivo ya existente, cambiando el genoma de las células individuales y transformando el organismo mismo de cualquier manera. .

La descripción de la nanotecnología puede parecer descabellada, tal vez

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Serie - Ingeniería de radio. Equipos de radio.-2012.-Nº 49

Esto es posible porque sus posibilidades son ilimitadas, pero los expertos en el campo de la nanotecnología señalan que hasta la fecha no se ha publicado ni un solo artículo que critique los argumentos técnicos de Drexler. Nadie pudo encontrar un error en sus cálculos. Mientras tanto, la inversión en este campo (que ya asciende a miles de millones de dólares) está creciendo rápidamente y algunos métodos simples de fabricación molecular ya se están utilizando en pleno apogeo. La nanotecnología puede llevar al mundo a una nueva revolución tecnológica y cambiar completamente no solo la economía, sino también la economía. sino también el entorno humano. En este artículo solo consideramos las perspectivas de estas tecnologías para cancelar el envejecimiento humano. Es muy posible que después de las mejoras para garantizar la "eterna juventud", los nanobots ya no sean necesarios o sean producidos por la propia célula. Para lograr estos objetivos es necesario resolver tres tareas principales:

1. Diseñar y crear robots moleculares que puedan reparar moléculas.

2. Diseñar y crear nanocomputadoras que controlarán nanomáquinas.

3. Cree una descripción completa de todas las moléculas del cuerpo humano, es decir, cree un mapa del cuerpo humano a nivel atómico.

La principal dificultad es crear el primer nanobot. Hay varias direcciones prometedoras. Una es mejorar el microscopio de efecto túnel o el microscopio de fuerza atómica y lograr precisión posicional y fuerza de agarre. Otro camino para crear el primer nanobot es la síntesis química. Es posible diseñar y sintetizar componentes químicos que sean capaces de autoensamblarse en solución. Otro camino pasa por la bioquímica. Los ribosomas (dentro de la célula) son nanobots especializados y pueden usarse para crear robots más versátiles.

Un grupo de nanotecnólogos del Foresight Institute dijo que el rápido crecimiento de la nanotecnología está fuera de control, pero a diferencia de Bill Joy, en lugar de simplemente prohibir el desarrollo de la investigación en esta área, propusieron establecer un control gubernamental sobre la investigación. Tal supervisión podría evitar catástrofes accidentales, como que los nanobots se creen a sí mismos (ad infinitum), consumiendo todo lo que encuentran a su paso como material de construcción, incluidas fábricas, mascotas y personas.

Ray Kurzweil afirma que en 2020 será posible colocar miles de millones de nanorobots del tamaño de células dentro del sistema circulatorio. Según Robert Freitas, un destacado científico en el campo de la nanomedicina, esto no sucederá antes del año 2030-2035. Estos nanobots podrán ralentizar el proceso de envejecimiento, tratar células individuales e interactuar con neuronas individuales. Entonces prácticamente se fusionarán con nosotros.

Los científicos del estado de Michigan afirman que con la ayuda de la nanotecnología será posible incorporar sensores microscópicos en las células sanguíneas humanas que advertirán sobre signos de radiación o el desarrollo de enfermedades. En Estados Unidos, por sugerencia de la NASA, se está desarrollando este tipo de nanosensores. James Beiner imagina la “nanolucha” contra la radiación cósmica de esta manera: antes del lanzamiento, un astronauta, utilizando una jeringa hipodérmica, inyecta en el torrente sanguíneo un líquido transparente saturado con millones de nanopartículas, durante el vuelo inserta un pequeño dispositivo (como un oído; ayuda) en su oído. Durante el vuelo, este dispositivo utilizará un pequeño láser para buscar células brillantes. Esto es posible porque Las células pasan a través de los capilares del tímpano. De forma inalámbrica, la información de las células se transmitirá a la computadora principal de la nave espacial y luego se procesará. Si pasa algo, se tomarán las medidas necesarias.

Todo esto puede convertirse en realidad en unos 5-10 años. Los científicos llevan más de cinco años utilizando nanopartículas. Ahora, sensores más delgados que un cabello humano pueden ser 1.000 veces más sensibles que las pruebas de ADN estándar. Los científicos estadounidenses que desarrollaron estos nanosensores creen que los médicos podrán realizar una amplia gama de pruebas diferentes con una sola gota de sangre. Una de las ventajas de este sistema es la capacidad de enviar instantáneamente los resultados del análisis a una computadora de bolsillo. Los investigadores creen que se necesitarán unos cinco años para desarrollar un modelo de nanosensor completamente funcional que los médicos puedan utilizar en su trabajo diario. Con la ayuda de la nanotecnología, la medicina no sólo podrá combatir cualquier enfermedad, sino también prevenir su aparición y podrá ayudar a la adaptación humana en el espacio.

¿Pueden los “nanorobots obsoletos” influir en los humanos? Cuando el mecanismo complete su trabajo, los nanomédicos tendrán que eliminar los nanorobots del cuerpo humano. Por tanto, el peligro de que los “nanorobots obsoletos” que quedan en el cuerpo humano no funcionen correctamente es muy pequeño. Será necesario diseñar nanorobots para evitar fallos de funcionamiento y reducir los riesgos médicos. ¿Cómo se eliminarán los nanorobots del cuerpo? Algunos de ellos serán capaces de autoeliminarse del cuerpo humano a través de canales naturales. Otros estarán diseñados para que los médicos puedan extraerlos. El proceso de eliminación dependerá del diseño de un nanorobot determinado.

¿Qué se podría hacer mal durante el tratamiento con nanorobots de una persona? Se cree que el principal peligro para el paciente será la incompetencia del médico tratante. Pero también pueden ocurrir errores en casos inesperados. Una contingencia podría ser la interacción entre robots cuando chocan. tan defectuoso

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será difícil de determinar. Un ejemplo de este caso puede ser el trabajo de dos tipos de nanorobots A y B en el cuerpo humano. Si el nanorobot A elimina las consecuencias del trabajo del robot B, esto conducirá a un trabajo repetido de A, y este proceso continuará indefinidamente, es decir, los nanorobots corregirán el trabajo de los demás. Para evitar que ocurran tales situaciones, el médico tratante debe monitorear constantemente el trabajo de los nanorobots y, si algo sucede, reprogramarlos. Las calificaciones del médico son un factor importante.

¿Cómo reaccionará el cuerpo humano a los nanorobots? Como sabes, nuestro sistema inmunológico reacciona a los cuerpos extraños. Por tanto, el tamaño del nanorobot juega un papel importante, así como la rugosidad de la superficie y la movilidad del dispositivo. Se argumenta que el problema de la biocompatibilidad no es muy difícil. La salida a este problema será la creación de robots basados ​​en materiales diamantoides. Debido a la fuerte energía superficial y a su gran suavidad, la capa exterior de los robots será químicamente inerte.

Las nanotecnologías ya se utilizan en medicina. Sus principales áreas de aplicación son: tecnologías de diagnóstico, dispositivos farmacéuticos, prótesis e implantes. Un ejemplo sorprendente es el descubrimiento del profesor Aziz. A las personas con enfermedad de Parkinson se les insertan electrodos en el cerebro a través de dos pequeños orificios en el cráneo, que están conectados a un estimulador. Después de aproximadamente una semana, al paciente se le implanta el estimulador en la cavidad abdominal. El paciente puede ajustar él mismo el voltaje mediante un interruptor. El dolor se puede controlar en el 80% de los casos. Para algunos, el dolor desaparece por completo, para otros cede. Alrededor de cuatro docenas de personas han sido sometidas a estimulación cerebral profunda. Muchos de los colegas de Aziz dicen que este método no es eficaz y puede tener consecuencias negativas. El profesor está convencido de que el método es eficaz. Ni lo uno ni lo otro han sido probados ahora.

Otro descubrimiento revolucionario es el biochip, una pequeña placa a la que se han aplicado moléculas de ADN o proteínas en un orden determinado y que se utiliza para análisis bioquímicos. El principio de funcionamiento del biochip es sencillo. Se aplican secuencias específicas de secciones de ADN dividido a una placa de plástico. Durante el análisis, el material que se está probando se coloca en el chip. Si contiene la misma información genética, entonces se aparean. La ventaja de los biochips es una gran cantidad de pruebas biológicas con ahorros significativos en material de prueba, reactivos, costos de mano de obra y tiempo de análisis.

Las perspectivas para el desarrollo de la nanotecnología son muy grandes. La nanotecnología utilizada actualmente es inofensiva. Un ejemplo son los nanochips y los cosméticos de protección solar basados ​​en nanocristales. Y tal

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tecnologías como los nanorobots y los nanosensores aún están en desarrollo. Hablar de que, debido al interminable proceso de autorreproducción de los nanorobots, una gruesa capa de “sustancia gris” puede cubrir toda la Tierra es hasta ahora sólo una teoría, no confirmada por ningún dato. La nanotecnología es un área de la ciencia que está sujeta a severas críticas antes de introducir innovaciones. Los científicos de la NASA dicen que han probado con éxito nanorobots en animales. ¿Pero deberíamos creer esto? Cada uno decide esto por sí mismo. El uso de nanotecnologías como los nanosensores, por ejemplo, puede resultar arriesgado. Después de todo, ¿cualquier sistema, incluso el más simple, puede fallar, y mucho menos tecnologías tan avanzadas como los nanorobots? Y, además, es necesario tener en cuenta las características fisiológicas individuales de cada persona.

Por tanto, las perspectivas para el desarrollo de la nanotecnología son grandes. En un futuro próximo, con su ayuda será posible no sólo superar cualquier enfermedad física, sino también prevenir su aparición. Pero los científicos no dicen nada sobre los riesgos. En la prensa sensacionalista hay innumerables artículos sobre cómo las personas bajo la influencia de los nanorobots se vuelven incontrolables, como zombis. Por lo tanto, el público debe prestar más atención a este tema: para que los científicos no sólo consideren “ambas caras de la moneda”, sino que también informen al público sobre esto.

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Silakov K.I., Silakova T.T. Nanotecnología en medicina. Se presenta una breve revisión de la literatura en el campo de la nanotecnología en medicina. Cabe señalar que en la actualidad sólo existen proyectos cuya implementación conducirá a la nanomedicina. Los científicos afirman que llegará el día en que, con la ayuda de la nanotecnología, será posible incrustar en las células sanguíneas humanas sensores microscópicos que advertirán de la aparición de signos de radiación o del desarrollo de enfermedades. También se espera crear robots médicos moleculares que puedan “vivir” dentro del cuerpo humano, eliminando todos los daños que se produzcan o previniendo su aparición. Al manipular átomos y moléculas individuales, los nanobots podrán reparar células. El período de implementación previsto es mediados del siglo XXI.

Palabras clave: nanotecnología, nanoelectrónica, nanomateriales, nanobiotecnología, nanomedicina, nanodiagnóstico, nanorobots.

Silakov K.I., Silakova T.T. Nanotecnologías en medicina. Esta es una breve revisión de la literatura en el campo de las nanotecnologías en medicina. Parece que por el momento sólo quedan proyectos que se harán realidad y conducirán a la nanomedicina. Estamos seguros de que llegará el día en que, con la ayuda de la nanotecnología en la sangre de las personas, será posible instalar sensores microscópicos que anticiparán la aparición de signos de daño por radiación o el desarrollo de enfermedades también moleculares. Medicinas robóticas que pueden “vivir” en el cuerpo humano, eliminando todos los problemas o evitando las consecuencias de los mismos. Al manipular átomos y moléculas cercanas, los nanobots pueden reparar células.

Palabras clave: nanotecnología, nanoelectrónica, nanomateriales, nanobiotecnología, nanomedicina, nanodiagnóstico, nanorobots.

Silakov K.I., Silakova T.T. Nanotecnologías de la medicina. Se presenta la breve revisión de la literatura en el área de la nanotecnología en la medicina. Cabe señalar que actualmente la nanomedicina no existe, sólo existen proyectos que encarnarán en la realidad la nanomedicina. Los científicos afirman que llegará el día en que mediante la nanotecnología se podrán construir en las sangrientas jaulas del hombre sensores microscópicos que avisarán ante la aparición de signos de radiación o el desarrollo de enfermedades. También se espera la creación de robots-médicos moleculares que puedan "vivir" en el organismo humano, eliminando todos los daños emergentes o previniendo su origen. Al manipular átomos y moléculas separados, los nanobots podrán reparar jaulas. El plazo previsto de realización es mediados de la edad XXI.

Palabras clave: nanotecnología, nanoelectrónica, nanomaterial, nanobiotecnología, nanomedi cine, nanodiahnostika, nanorobots.

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