Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Рисунок 1. Наночастицы оксида кремния, покрытые PEG. (A-С) Схема синтеза коллоидного расвора наночастиц. (D) Изображение ПЭМ свежеприготовленных частиц оксида кремния до покрытия их полиэтиленгликолем; (E-F) после покрытия полиэтиленгликолем.

Рисунок 2. Восстановление функций изолированного белого вещества спинного мозга морской свинки. (A) Специальная камера для проведения эксперимента. (В) Интенсивность сигнала в случае, когда на поврежденный тяж белого вещества не воздействовали ничем, воздействовали наночастицами оксида кремния или же наночастицами оксида кремния, покрытых PEG. Только в последнем случае наблюдалось восстановление сигнала.

Рисунок 3. Установка для детектирования нервного импульса у морской свинки in vivo.

Рисунок 4. Быстрое восстановление проводящих нервный импульс функций спинного мозга.

Наночастицы восстанавливают спинной мозг

Ключевые слова:  наночастицы, спинной мозг, центральная нервная система

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

22 сентября 2008

Травма спинного мозга относится к наиболее тяжелым заболеваниям нервной системы и далеко не во всех случаях поддается хирургическому и медикаментозному лечению. Исследователи из Purdue University (США) утверждают, что исцеление возможно благодаря новейшим достижениям нанотехнологии.

Ученые синтезировали коллоидный раствор наночастиц оксида кремния, покрытых полиэтиленгликолем (PEG). Схема синтеза и внешний вид полученных частиц представлены на рисунке 1.

Целительные свойства этих частиц были изучены на морских свинках. Ученые говорят, что потеря сенсорной и моторной функции при повреждениях спинного мозга происходит главным образом из-за нарушений в проводящих путях (то есть в белом веществе спинного мозга), а не из-за гибели тел нейронов (то есть серого вещества). Поэтому в своих исследованиях они решили сосредоточиться именно на белом веществе.

Для начала исследователи провели серию экспериментов на изолированном белом веществе спинного мозга ex vivo. Для этого они использовали специальную камеру, изображенную на рисунке 2A. Тяж белого вещества укладывали во всю длину этой камеры. Отсек 1 заполняли физиологическим раствором, и собственно в нем-то и производился эксперимент. Отсеки 2 заполнялись раствором электролита (KCl), а отсеки 3 – раствором сахарозы для электроизоляции камер 1 и 2. На одном конце тяжа белого вещества спинного мозга возбуждали нервные импульсы, которые детектировали на другом конце (в отсеках 2).

Для начала исследователи записали нормальный сигнал неповрежденного белого вещества. Затем нанесли повреждения, в результате чего сигнал исчез. После этого в камеру с физиологическим раствором добавили либо просто наночастицы оксида кремния, либо же наночастицы, покрытые PEG (250-400 нм в диаметре). Результат этого эксперимента представлен на рисунке 2B: в случае наночастиц с PEG способность проводить импульс чудесным образом восстановилась за считанные минуты! В контрольных экспериментах ничего подобного не наблюдалось.

Воодушевленные успехом, исследователи перешли к работе с живыми морскими свинками. Для экспериментов in vivo были использованы частицы помельче - 50 нм в диаметре. Схема эксперимента представлена на рисунке 3. Нервный импульс вызывали раздражением большеберцового нерва на задней лапе морской свинки и детектировали сигнал в начале спинного мозга через 40-50 мс после возбуждения. В качестве контроля использовали нерв передней лапы, который проходит выше места повреждения спинного мозга. Показания снимали до нанесения повреждения, сразу после, через 15 минут, через день и спустя неделю после повреждения спинного мозга. И, конечно же, только в случае использования наночастиц оксида кремния, покрытых PEG, наблюдалось восстановление сигнала уже через 15-20 минут после инъекции (рисунок 4).

Удивительно, что полиэтиленгликоль уже более 30 лет изучается и используется как вещество, стимулирующее слияние клеточных мембран. Его безопасность для организма исследована во многих работах, но вот для восстановления поврежденного спинного мозга при помощи коллоидного раствора наночастиц он был применен впервые! В настоящее время метод проходит испытания в ветеринарной практике для лечения собак, получивших повреждения спинного мозга – и, возможно, рано или поздно будет применен и для облегчения людских страданий.

Работа «Repairing the Damaged Spinal Cord and Brain with Nanomedicine» опубликова в Small.


Источник: Wiley InterScience



Комментарии
Круто

Только непонятно, как это работает.
ЕМНИП, прохождение нервного импульса объясняется ионным механизмом. А тут ионов вроде нет.
Трусов Л. А., 23 сентября 2008 12:37 
угу, совсем непонятно.
Владимир Владимирович, 23 сентября 2008 16:41 
А частицы кремнезема сильно отрицательно заряжены в водных растворах (формально на поверхности достаточно хорошо диссоциируемая кремниевая кислота). Модифицирование поверхности гликолями - лишь частичное (для биосовместимости // предотвращения сильных необратимых взаимодействий с белками)
"А частицы кремнезема сильно отрицательно заряжены в водных растворах" - там же написано, что просто наночастицы оксида кремния никак не помогали несчастным свинкам. И только ПЭГ творил чудеса.
Владимир Владимирович, 24 сентября 2008 02:34 
там же написано, что просто наночастицы оксида кремния никак не помогали несчастным свинкам
...только ПЭГ творил чудеса.

Светлана Владимировна,
Ведь нет же никакого противоречия: ПЭГ сам по себе чудеса не творит, его функция в обеспечение стерической стабильности используемых частиц.
А "просто наночастицы диоксида кремния" сильно взаимодействуют с белками (в основном через амино группы) и эффективно коагулируют, не принося положительных результатов.
В то время как, при модификации диоксида кремния ПЭГом и стерическая стабильность достигается, и заряд в значительной степени сохраняется, так как плотность привязанных молекул ПЭГа на поверхности не столь велика.
Кое что про ПЭГ:

Простое лечение повреждений мозга
30.06.2008 @ 07:35 | Автор: Лайдж Ки | Рубрика: Медицина, Странности
Последствия сильных повреждений мозга при травмах могут быть менее тяжелыми, если сразу после травмы ввести в поток крови обычный полимер полиэтиленгликоль.
Во всяком случае, так утверждают исследователи в журнале «Journal of Biological Engineering».

Эндрю Куб и Ричард Боргенс из университета Пурдье в Индиане, провели ряд экспериментов на крысах, показавших эффективность введения полиэтиленгликоля в первые четыре часа после травмы головы.

Впрочем, если введение полиэтиденгликоля отложить еще на пару часов – эффекта не будет. Во время эксперимента лабораторным крысам наносились повреждения падающим весом, после чего им вводился полиэтиленгликоль разбавленный в стерилизованной воде. Время введения полиэтиленгликоля было: 15 минут, 2 часа, 4 часа и 6 часов после травмы. Затем авторы проводили серию поведенческих тестов для определения эффективности лечения.

Согласно Боргенсу: «Полученные данные свидетельствуют о том, что полиэтиленгликоль может использоваться для минимизации последствий травм головы при условии его введения как можно быстрее». Такое лечение может производиться прямо на месте происшествия и тем самым снизить риск долгосрочных повреждений мозга.

Science Daily

И ещё:
В 2003 команде Калифорнийского Университета удалось перенести гены в нейроны головного мозга, используя липосомы, покрытые полимером полиэтиленгликоль (PEG). До этого, перенос генов в нейроны головного мозга был невозможен из-за того, что вирусные векторы не могли преодолеть гематоэнцефалический барьер из-за своих больших размеров. На основе новой технологии разрабатываются методы генной терапии болезни Паркинсона.


10.12.2004 Новые подходы к терапии повреждений спинного мозга.
Собаки с параплегией, получающие полимер полиэтиленгликоль, по сообщению исследователей, продемонстрировали значимое улучшение неврологических функций.

Ученые Purdue University in Indiana, US прошли курс терапии этим веществом, путем внутривенного введения. Параллельно проводились стандартные методы терапии. Через шесть недель 68% собак могли ходить, по сравнению с 24% собак группы контроля.

Параллельно проводились также нейрофизиологические методы исследования, показавшие восстановление у части собак нормального проведения по нейронам. Предварительные исследования проводились в 1998 году на морских свинках со схожими повреждениями.

В настоящий момент на начальной стадии находится подготовка к первой стадии клинических испытаний терапии людей со спинальной травмой полиэтиленгликолем.

Journal reference: Journal of Neurotrauma (vol 21, p 1767).





Владимир Леонидович, спасибо! Очень интересно! Мне вот и показалось, что чудесный эффект вышеописанных наночастиц связан со свойством ПЭГ стимулировать слияние мембран.

Владимир Владимирович! В оксиде кремния Вы разбираетесь лучше, не буду спорить - пусть наночастицы отрицательно заряжены! Но каким образом этот заряд, по-вашему, помогает восстановить способность нейронов к проведению нервного импульса?

Александр Ринатович, ионы появляются сразу, как только восстановится мембрана. Клетки же живые, натрий-калиевые АТФазы работают.
Владимир Владимирович, 28 сентября 2008 02:06 
Светлана Владимировна,
В свете функциональности ПЭГа самого по себе (о чем я не знал, и из заметки, к сожалению, не почерпнул) и восстановления ионной активности мембран, узкоспецифические объяснения проводимости оказались лишены глобального смысла.
Роль частиц, в свете убедительных аргументов Владимира Леонидовича, наиболее вероятно связана с иммобилизацией ПЭГа, что позволяет увеличить его эффективную концентрацию в зоне регенерации.
Трусов Л. А., 29 сентября 2008 06:02 
ну, видимо, что-то типа того. статья довольно мутная. не всё там ясно. зато кое-как работает, и, может, польза выйдет.
Если всё дело в ПЭГ-е, то зачем там в таком случае оксид кремния? Сразу скажу: десорбцией ПЭГ-а можно пренебречь. Его сажают обычно очень крепко. Разве что в мембрану встраивается наночастица целиком. (?)
Да, жалко, что они не поставили контрольный эксперимент с одним лишь ПЭГом без нано.
Владимир Владимирович, мне просто стало любопытно, как вы планировали при помощи отрицательно заряженных наночастиц нервный импульс проводить?

Напомню, дело было так:
- А где ионы? Ведь для проведение импульса нужны ионы!
-Да вот же ионы, из наночастиц получаются!
Ну допустим, ионы есть. А дальше-то что?

Александр Ринатович, думаю (если пофантазировать), что наночастицы тыкаются своим ПЭГом в поврежденные мембраны, из-за чего дырки в последних сливаются. Говорят, такое свойство ПЭГа обусловлено его жутчайшей гидрофильностью (мне Гугл сказал!) А приделывать к ПЭГу наночастицу понадобилось, например, затем, чтобы он в клетки не просачивался почем зря и не образовывал таким какие-нибудь жутчайше ядовитые и вредные метаболиты, а выводился после использования в том же виде, в каком был доставлен в организм...
Владимир Владимирович, 30 сентября 2008 07:13 
Светлана Владимировна,
Я не планировал проводить нервные импульсы, я просто предложил как в данной системе может поддерживаться ионная проводимость.

-Да вот же ионы, из наночастиц получаются!
Будьте любезны, процитируйте конкретно, где я такое писал
ПЭГ-и вообще-то амфифильны. Они хорошо растворимы в воде и весьма неплохо в масле. Справедливо и обратное: ПЭГ растворяет в себе и воду и масло. Есть подозрение, что кремнезёмом их нагрузили для ограничения подвижности в организме. То есть чтобы они не разносились по всему телу, а образовывали "пломбу" в зоне введения.

Насчёт: "жутчайше ядовитые и вредные метаболиты" - улыбнуло.

Не обижайтесь, просто я с ПЭГ-ами немного работаю, и ЛД50 у них исчисляется чуть ли не граммами на килограмм. А насчёт метаболитов - давайте пофантазируем. ПЭГ имеет структуру НО-(-СН2-СН2-О-)п-Н. Простые эфиры в организме особо не гидролизуются (в отличие от сложных), но в случае гидролиза всё равно получаются двухуглеродные фрагменты, которые почти наверняка спокойно пойдут в цикл Кребса. Так что при любом раскладе токсичных метаболитов по-моему не ожидается.
Владимир Владимирович,
"А частицы кремнезема сильно отрицательно заряжены в водных растворах".

Александр Ринатович,
нисколько не обижаюсь! Даже смайлик нарисую:

А что такое "зона введения" при добавлении наночастиц в ванночку (при экспериментах на изолированном белом веществе спинного мозга)? В случае со свинками не очень, конечно, понятно, куда делалась инъекция, но обычно бывает - в хвостовую вену. Так что с "зоной введения" снова проблемы.
Владимир Владимирович, 30 сентября 2008 15:44 
"А частицы кремнезема сильно отрицательно заряжены в водных растворах".

-Да вот же ионы, из наночастиц получаются!

То есть эти предложения эквивалентны?
(Давайте я тоже смайлик понарисую )
Что действует в "нанопрепарате" не ясно, поскольку наночастицы кемнезёма, стабилизарованные подходящим полимером, могут иметь весьма интересное биологическое действие, а про конторльные опыты информации мне подчерпнуть не удалось. А эдесь это важно.
Владимир Владимирович, если Вы на вопрос о том, где же ионы, отвечаете вышепроцитированным образом - то значит да, эти предложения эквивалентны.
Владимир Владимирович, 30 сентября 2008 16:15 
Светлана Владимировна
Преклоняюсь перед Вашей логикой!
(Не скажу какой мне это напомнило анекдот)
Мысль была, что если поверхность частиц заряжена отрицательно, а система электронейтральна, то есть противоионы (катионы, наверняка натрия и калия).
В этом свете :), я не могу согласиться с фразой, приписываемой мне, про "ионы получающиеся из наночастиц", ведь сами по себе наночастицы вряд ли эффективны в переносе заряда, особенно в мембранах.
-----
А что такое "зона введения" при добавлении наночастиц в ванночку (при экспериментах на изолированном белом веществе спинного мозга)? В случае со свинками не очень, конечно, понятно, куда делалась инъекция, но обычно бывает - в хвостовую вену. Так что с "зоной введения" снова проблемы.
-----

Я бы колол это в зону повреждения спинного мозга или максимально близко к ней. Подкожно или внутримышечно. В кровоток коллоидные препараты обычно не пускают, так как реакция на них почек не всегда предсказуема.
Александр Ринатович, могу привести эн примеров, когда наночастицы кололи в хвостовую вену мышкам. В надежде колоть потом и пациентам-людям. А вы сами мышек колете?

Владимир Владимирович, а если: "да вот же ионы, при помощи наночастиц получаются!" - так лучше звучит? Спасибо за разъяснения ваших высказываний. Хотя вот эта фраза: "формально на поверхности достаточно хорошо диссоциируемая кремниевая кислота"... это тоже не об ионах из наночастиц?
Владимир Владимирович, 01 октября 2008 01:11 
Светлана Владимировна,
Я не знаю про "ионы из наночастиц"
А можно лучше так: "ионы, ассоциированные с заряженными наночастицами".
Кремниевая кислота, она только формально: заряженная поверхность формируется в ходе синтеза и соответствующие противоионы уже должны присутствовать в системе (в противном случае частицы коагулируют).
Я тут подумал, может это уж очень узкоспецифично, так что простите занудного формалиста
Не не, это очень интересно и полезно, и, наверное, каждый должен знать! Главное - при попытках разобраться в спинном мозге морских свинок надо не повредить свой собственный головной.
Владимир Владимирович, 01 октября 2008 02:45 
Ну, тогда Вы меня немного утешили, спасибо
Если каждый должен знать, то я получаюсь как бы полезно занудный. И главное только сохранность мозга!
(А вот к внутренностям свинок у меня нет совсем интереса, я не являюсь сторонником экспериментов с животными, да и, вообще, с живыми существами. "Привередничаю" типа... )
----
А вы сами мышек колете?
----

Одно из направлений которым я занимаюсь - это создание инъекционных ветпрепаратов. Стадия испытаний обязательна. Испытания проводит институт ветеринарии, так что сам я мышей не колю. Но результаты испытаний всё равно обсуждаются у нас. Вот и наблатыкался маленько по зонам инъекций, дозировкам, шоковым эффектам и прочему. При инъекции некоторых коллоидных препаратов образуется этакое депо. То есть препарат по организму на разносится, а локализован в зоне инъекции. Может и здесь то же самое? Хорошо бы статью почитать, а с доступом у меня туговато.
"Ученые синтезировали коллоидный раствор наночастиц оксида кремния, покрытых полиэтиленгликолем (PEG)". «Наноразмерные объекты занимают промежуточное положение между объемными материалами и атомами (или молекулами). Присутствие таких объектов в материалах придает материалам новые физические и химические свойства. Размерный фактор формирования свойств наноматериалов проявляется в изменении оптических, каталитических, механических, магнитных, термических и электрических свойств. Как правило, размерные эффекты действуют, когда размер зерен (частиц) не превышает 100 нм, и наиболее отчетливо проявляются, когда размер зерен становится менее 10 нм.»
«Нанообъекты квази-нуль-мерные (0D) – это наночастицы (кластеры, коллоиды, нанокристаллы и фуллерены) содержащие от нескольких десятков до нескольких тысяч атомов, сгруппированных в связки или ансамбли в форме клетки». «Наночастица – это квази-нульмерный нанообъект, у которого все характерные линейные размеры имеют один порядок величины. Как правило, наночастицы имеют сфероидальную форму; и если в наночастице наблюдается ярко выраженное упорядоченное расположение атомов (или ионов), то такие наночастицы называют нанокристаллитами. Наночастицы с выраженной дискретностью системы уровней энергии часто называют «квантовыми точками» или «искусственными атомами»; чаще всего они имеют состав типичных полупроводниковых материалов». «Нанокомпозиты, содержащие даже 2 об. % минеральных наночастиц, обладают физическими характеристиками, на 10 - 125% превышающими ненаполненные аналоги,».
И для женщин ,например, http://kvk-c...ory/54/461/

Белик Людмила Ивановна, 08 октября 2008 22:48 
Мышь жалко , но до экспериментов на людях лучше еще провенрить как импульс проходит сквозь ткани и насколько потом вибрации в нерваж рядом возрастут . Часто красивые импульсы опасны именно потом . Дайме мне все фотографии этого эксперимента (фото мышек со спинки) и я поясню больше . Через дней 5 тоже . Людмила Белик yurabelik@mail.ru
Яткин Николай Николаевич, 24 января 2009 18:58 
Так скажите пожалуйста,эту технологию на людях собираются опробовать.Хотя-бы в рамках научного эксперимента.Стволовые клетки ведь опробовали,и есть положтельные результаты!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Ковер Серпинского
Ковер Серпинского

Конкурс научной иллюстрации «Cнимай науку для Википедии»
Цель конкурса «Cнимай науку для Википедии» - популяризации науки и иллюстрирование статей энциклопедии Википедия, посвящённых науке.
Конкурс проводится совместно с телеканалом «Наука», прием работ до 30 сентября 2018 года включительно.

Конкурс «Энергия молодости» - 2018
Ассоциация «Глобальная энергия» продлевает срок приема заявок (до 21 октября) на участие в XV Общероссийском конкурсе молодежных исследовательских проектов в области энергетики «Энергия молодости».

9 сентября - интерактивный NANOквест на ВДНХ
ФИОП предлагает участникам фестиваля #ВместеЯрче пройти интерактивный NANOквест. NANOквест будет работать 9 сентября 2018 года с 10:00 до 19:00 на площади Промышленности ВДНХ (около макета ракеты) рядом с павильоном 20. Там же, на площадке NANOквеста будут вести предварительную запись желающих пройти его.

Эксперт: Ингредиенты готовы к началу реакции
Вера Колерова
Малотоннажная химия по-прежнему не в фаворе у бизнеса и власти. Первый не идет в этот сектор из-за больших вложений и долгих сроков окупаемости. А правительство приняло всего лишь дорожную карту развития этой подотрасли. Но предпосылки для ее подъема все-таки есть. Важно не упустить момент ...

Оптическая жизнь дисульфидных нанотрубок
А.Ю.Поляков, Е.А.Гудилин
Недавно полученные экспериментальные результаты позволяют рассматривать нанотрубки дисульфида вольфрама в качестве основы для новых фотонных устройств, элементов оптических схем. Кроме того, знания о нетривиальных оптических особенностях данных наноструктур позволят по-новому взглянуть на свойства композитов плазмонных наночастиц золота и серебра с дисульфидными нанотрубками.

Наноматериалы в ядерных технологиях
Тананаев И.Г.
Сегодня активное развитие ядерных технологий – мировая тенденция, связанная с обеспечением устойчивого развития мирового сообщества. Решение энергетических проблем путем строительства новых атомных станций, формирование персонифицированной высокотехнологической медицины за счет внедрения ядерной медицины, освоение Арктики и космического пространства – основы ядерных технологий, не говоря об обеспечении государственной безопасности и удержания паритета ядерных вооружений.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.