Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Типы исследованных in vivo нанотрубок
Табл. 1. Доклинические исследования нанотрубок in vivo
Табл. 2. Изучение токсичности нанотрубок

Нанотрубки в медицине

Ключевые слова:  нанотрубки, периодика

Автор(ы): A. Bianco, K. Kostarelos, M. Prato

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

04 ноября 2009

Одной из ключевых возможностей нанотрубок применительно к биологии и медицине является то, что они могут легко поглощаться клетками и поэтому могут выступать в роли переносчиков различных молекул, необходимых для лечения и диагностики. Более того, их уникальные электрические, спектральные и термические свойства в рамках биологических применений создают новые возможности для обнаружения и лечения заболеваний. Многими учебными и производственными лабораториями по всему миру интенсивно исследуются не только терапевтические и диагностические применения нанотрубок, а также их токсичность и возможные вызываемые ими патологии. Баланс риска и достоинств этого материала, по оценкам, во всех этих применениях и ответит на вопрос о дальнейшем применении этого материала.

Синтезированные нанотрубки нерастворимы в большинстве органических и водных растворителей и, таким образом, поверхность нанотрубок должна быть предварительно модифицирована для любых биологических применений. Так, было показано, что химически модифицированные нанотрубки являются уникальными переносчиками нуклеиновых кислот. Их использовали для направленного переноса маленьких органических молекул (например, лекарств от рака), как платформу для направленного переноса антибиотиков и для переноса белковых и углеводных заменителей, разрабатывали на их основе вакцины. Однако углеродные нанотрубки до настоящего момента еще находятся на ранней стадии медицинский разработки, эффективность и ограничения в их применении еще предстоит тщательно изучить. Возможная токсичность этих материалов очень активно обсуждается. Необходимо тщательно изучить влияние введения нанотрубок на биокомпоненты на клеточном (и физиологическом) уровне.

Дальнейшей проблемой является отсутствие утвержденного способа определения чистоты нанотрубок. Стандартная хроматография – например, хроматография тонких пленок и жидкостная хроматография высокого давления – достигли лишь малого успеха. Для перехода к широкомасштабным клиническим испытаниям должны быть решены эти и другие технические проблемы и созданы стандартные процедуры производства, очистки и модификации нанотрубок.

Как только эти проблемы будут решены, следует продемонстрировать неоспоримое преимущество нанотрубок над существующими альтернативными решениями, чтобы продолжились инвестиции в фарминдустрию в этой области. Демонстрация преимущества нанотрубок в медицине также нужна для исключения завышенных ожиданий, которые могут быть неконструктивными и нанести реальный вред развитию в этой области. Мы постараемся рассмотреть современное положение дел в этой области, касаясь только экспериментов in vivo.

Углеродные нанотрубки в наблюдении и лечении

Нанотрубки могут быть одно- и многостенными, и сейчас производятся в достаточном количестве для различных коммерческих применений. Их диаметр изменяется в нанометровом диапазоне, а длина может достигать нескольких микрон. В биоприменении первой проблемой была их нерастворимость в большинстве растворителей, а особенно в биологически совместимых буферах. Для совместимости нанотрубок с биологической средой было предпринято множество исследований. Двумя основными методиками являются нековалентное присоединение на нанотрубки амфифильных молекул (липидов или полимеров), а также ковалентное модифицирование поверхности нанотрубок путем пришивания различных групп непосредственно к углеродному скелету.

На Рис. 1 показано, какие типы нанотрубок были изучены в биологических применениях с использованием моделей in vivo. Три показанные группы обладают различной структурой и поверхностью, что сильно влияет на их биоактивность. Исходные нанотрубки (Рис. 1а) уже являются прототипами, но сложны для использования в биологии, поскольку они плохо растворимы в водных растворах и имеют сильную склонность к агрегации. Интересно, что исходные нанотрубки - в основном, плохо растворимые в водных растворах, - были первыми, использовавшимися почти во всех токсикологических исследованиях. Их растворимость была существенно повышена при нанесении на поверхность нанотрубки амфифильных макромолекул, например, коньюгата липид-ПЭГ (Рис. 1b), сополимеров, ПАВ (Рис. 1с) и даже односпиральной ДНК (Рис. 1d). Ковалентно модифицированные нанотрубки, используемые в биомедицинских целях, изготовлены из исходного материала с поверхностью, модифицированной либо по реакции циклоприсоединения для пришивания аммонийных групп (Рис. 1е), либо обработкой сильной кислотой для образования карбоксильных групп (Рис. 1f). Оба способа химической обработки существенно улучшают растворимость в воде, а также предоставляют основу для дальнейшей модификации. После проведения всех исследований в этой области становится ясно, что степень агрегации нанотрубок в биологической среде играет важную роль при применении в фармацевтике.

Уроки, извлеченные из доклинических исследований

Все эксперименты с нантрубками in vivo, известных на сегодняшний день, использовали один из способов, описанных выше (Рис. 1), а доклинические испытания в основном были сконцентрированы на онкологии, что делает рак одним из первых заболеваний, на которые будут получены, вероятно, первые клинические результаты. Нанотрубки обладают рядом преимуществ для терапии рака. Например, ковалентно модифицированные нанотрубки способны избегать предосматической области, попадая сразу в цитоплазмы разных типов клеток. Более того, их уникальные физические свойства допускают эффективную электромагнитную стимуляцию и высокоточное детектирование. Большая площадь поверхности и наличие внутреннего объема допускают "загрузку" лекарств и других мелких молекул. Нанотрубки можно использовать для предотвращения роста опухоли в рамках использования химиотерапии и гипертермии. Также in vivo было изученное направленное лечение опухолей с использованием как нековалентно, так и ковалентно модифицированных нанотрубок. Несмотря на достигнутые результаты, однако, результаты сравнения с другими агентами с доказанной биологической эффективностью отсутствуют. Все опубликованные на сегодняшний день исследования в этой области классифицированы в Табл. 1.

Первыми покрытие поверхности нанотрубок полимерами предложила группа Даи, они же затем и изучали их активность против рака. Периферийный конец ПГ обычно используется для связывания других молекул, например, целевых агентов, радионуклеидов, лекарств. Лечение опухолей может проводиться с использованием нанотрубок с нанесенным коньюгатом нанотрубка-ПЭГ-RGD (пептид аргинин-глицин-аспатртам), а наблюдение велось с помощью Раман - спектроскопии. Терапевтический эффект был исследован с использованием лекарственного препарата Paclitaxel, прикрепленного к концу RGD цепи, но прямое сопоставление полученных результатов с утвержденными средствами (например, с Doxil) еще предстоит провести.

Еще одним способом применения нанотрубок для борьбы с раком является их способность превращать энергию электромагнитного поля в тепло. Гипертермия на основе нанотрубок при радиоволновой активации была проведена с использованием нанотрубок, покрытых Kentera (полимер, основанный на полифенилен - этинилене).

Химическая модификация нанотрубок предполагает, что после дальнейшей модификации терапевтическими агентами функциональные группы остаются жестко закрепленными на углеродном каркасе. В Табл. 1 представлены терапевтические модели, в которых сравниваются ковалентно и нековалентно модифицированные нанотрубки.

Использование нанотрубок в медицине, о котором впервые заговорили несколько лет назад, уже привело к некоторым результатам in vivo. В ближайшее время ожидаются новые результаты, ориентированные на лечение конкретных заболеваний. Есть и другие медицинские области применение, развитие которых только началось – в основном, инженерия (электроды для неврологии), ортопедические и зубные имплантаты, биосенсоры – которые лежат за пределами рассмотрении этой статьи. Такие применения, особенно те, которые не будут непосредственно контактировать с живыми организмами, могут быть разработаны быстрее.


В статье использованы материалы: Nature Nanotechnology


Средний балл: 9.5 (голосов 6)

 


Комментарии
хроматография тонких пленок - это, наверное, TLC, или ТСХ, или тонкослойная хроматография?

жидкостная хроматография высокого давления - видимо, ВЭЖХ.
Меня больше интересует конкретная проблема: опытное решение применения нанотрубок в медицине, как лекарства. И разумеется, ограничения применения, а также побочные эффекты.

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

 

Дефекты на поверхности топологических изоляторов.
Дефекты на поверхности топологических изоляторов.

Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи
Самарский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы (РАНХиГС) вместе с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) провели 2–3 ноября 2020 году Международную научно-практическую конференцию «Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи».

Нанотехнологии ужасные и могучие
В том, что касается осмысления новых технологий, научная фантастика отчетливо напоминает жертву БАР — очень модного сейчас биполярного аффективного расстройства. Писатели мечутся между двумя крайними состояниями, двумя полюсами: преувеличенным дофаминовым восторгом и тревожной депрессией, беспросветным ужасом перед грядущим. Чем больше ожиданий от технологии, тем глубже раскол, сильнее поляризация, реже «светлые промежутки» — и последние полвека нанотехнологии определенно входят в приоритетный список.

Кадровое сопровождение инновационный проектов
Фонд инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) Группы РОСНАНО приглашает 25 ноября 2020 года представителей высокотехнологичных компаний и технических вузов на Всероссийскую онлайн-конференцию «Кадровое сопровождение инновационных производств».

Зоологический подход и искусственное обоняние
Пресс-служба МГУ
Ученые химического факультета и НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова сумели повысить способность искусственного обоняния идентифицировать близкие по химическим свойствам газы - метан и пропан. Ключом к успеху стал подход к обработке данных химических сенсоров, ранее применявшийся для анализа эволюционного родства животных, ископаемых видов, а также предков человека.

Зоопарк в багаже нанотехнолога
Гудилин Е.А.
Серебро в форме наночастиц - это целый мир, их форма и размер, а также то, как они вместе сосуществуют, играют очень большую роль в области их практического применения. И до сих пор это огромное разнообразие важно, и до сих пор оно оправдывает себя, и это редкий пример, когда именно наночастицы, а не только консолидированные наноматериалы и наноструктуры нужны для практики.

Универсальная система анализа метаболитов
Пресс-служба МГУ
Сотрудники химического факультета МГУ разработали аналитическую схему, позволяющую по химическим «отпечаткам пальцев» делать заключения о протекающих в организме процессах. Схема пригодится и врачам, и фармакологам, и экологам, и даже пищевикам.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
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.