Наномедицина

Наномедицина –практическое применение нанотехнологий в медицинских целях, включая исследования и разработки в области диагностики, контроля, адресной доставки лекарств, а также действия по восстановлению и реконструкции биологических систем человеческого организма, с использованием наноструктур и наноустройств.

Всем известно, что традиционная медицина включает в себя профилактику, диагностику и лечение заболеваний. Однако не каждый задумывается о том, что человеческое тело, как н любой объект природы, представляет собой сложно организованную систему. В качестве «строительных блоков» всего организма можно выделить клетки размером от 5 до 20 мкм, а если смотреть еще глубже, то и отдельные молекулы. Все протекающие в организме процессы происходят на клеточном уровне, е их знание позволяет излечить многие, если не все, заболевания с помощью соответствующих лекарств. Однако прежде чем достигнуть своей цели, любое лекарство проходит в человеческом организме долгий путь, значительно снижающий направленность и быстроту его воздействия. Поскольку в конечном итоге объектами медицины являются клетки, то и инструменты для эффективной работы с ними должны, в идеале, иметь соответствующие размеры, а это и есть масштабы, на которых работают нанотехнологии. Именно поэтому в настоящий момент постепенно происходит интеграция современной медицины и нанотехнологии, что приводит к рождению новой области знаний и практических навыков – наномедицины.

Как было рассмотрено ранее, современное развитие бионанотехнологий уже позволяет конструировать некоторые работоспособные медицинские наносистемы. Например, устройства, действие которых основано на методе полимеразной цепной реакции (так называемые «лаборатории на чипе»), позволяющие осуществлять экспрессный комплексный анализ крови, и, в частности, определять уровень глюкозы у диабетических больных. На основе наночастиц разрабатываются разнообразные бактерицидные и противовирусные препараты, способные залечивать раны, «умные» наносистемы, препараты пролонгированного действия. Но все-таки основные достижение наномедицины XXI века, несомненно, будут связаны с возможностью осуществлять специфическую доставку нанолекарств непосредственно в клетки, разработкойкоторой занимается такая область медицины как нанофармакология.

Перед наночастицами-лекарями (рис. 14) стоит несколько последовательных задач: найти в организме клетки-мишени, доставить к ним лекарство, проникнуть внутрь клетки и выгрузить содержимое, распасться на части и покинуть организм. Исходя из поставленных задач вырисовывается качественный “портрет" наноагентов: им необходимо иметь рецепторы для направленного движения к цели, обладать способностью проходить через клеточные мембраны, высвобождать содержимое точно в нужное время и в нужном месте и, наконец, быть нетоксичными (рис. 15). Мишени, на которые направлены наночастицы, это, к примеру, раковые клетки или клетки, зараженные вирусом, атеросклеротические бляшки и поврежденные органы и ткани.

Рис. 14. Нанолекарь будущего, блуждающий по кровеносной системе организма (художник Coneyl Jay)

Рис. 15. Магнитные наночастицы внутри водорастворимых солевых капсул: а - внешний вид капсул, сканирующаяэлектронная микроскопия б — наночастицы после растворения в воде, просвечивающая электронная микроскопия.

Высокий уровень онкологических заболеваний остается одной из самых серьезных проблем нашего времени. К сожалению, до сих пор не найдено лекарства, способного эффективно «лечить» раковые клетки, поэтому все способы борьбы связаны с обнаружением и хирургическим удалением опухоли и метастаз в сочетании с химиотерапией или воздействием убивающих клетки излучений. Все эти меры чрезвычайно вредныдаже для здорового организма и применяются только потому, что обычно раковые клетки гибнут при таких воздействиях быстрее, чем здоровые. Альтернативой хирургическим методам в будущем может стать метод внутритканевой гипертермии. В этом методе наночастнпы «находят»в человеческом организме раковые клетки, концентрируются в них и убивают их за счет разогрева безопасными дозами магнитного или (гораздо реже) микроволнового поля выше температуры 42 °С, при которой начинает происходить денатурация белков. В настоящее время исследуется возможность использования в качестве таких систем биосовместимых магнитных наночастиц оксидов железа (-Fe₂0₃, Fe₃0₄, Fe₃0₄ в оболочке золота), металлов (Fe/Pt, Fe/Co, Au). Основные вопросы, на которые надо ответить исследователям - как добиться высокой степени концентрации наночастиц в опухоли (например, с помощью антител) и как снизить побочное воздействие перегрева на здоровые ткани и органы. Наномедицина - это медицина будущего. Несмотря на стремительное развитие нанотехнологии в последнее десятилетие, пока еще не созданы умные нанороботы - ассемблеры, которые смогут, двигаясь по кровеносной или лимфатической системам человеческого организма, преодолевать все препятствия, находить больные клетки, осуществлять их диагностику и лечение наподобие команды лучших врачей, а потом покидать организм, не нанося ему никакого вреда. Однако теоретических препятствий для появления таких роботов нет, это только вопрос времени.