Нанотехнологии в медицине

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Введение

2. Наностуктуры

3. Клиническая фармакология

4. Заключение

Литература

1. Введение

Нанотехнологии в фармакологии - это совокупность технических процессов, связанных с манипуляцией с молекулами и атомами в масштабах от 1 до 100 нанометров с целью добиться более эффективного действия и уменьшения побочных эффектов лекарственных веществ.

Достижения современной биологии создали предпосылки для появления молекулярной медицины, квантовой биохимии и фармакологии, формирующейся на стыке фундаментальных наук и практической медицины (создание новых лекарств, препаратов направленного действия и др.). С их помощью становится возможным проводить «точечное» воздействие на организм пациента, лечить пораженный орган, не задевая другие ткани или органы [9]. В последнее время нано-технологии начинают широко применяться для точечной доставки лекарств (это особенно актуально при лечении злокачественных заболеваний, сердечно-сосудистой и неврологической патологий, в спортивной медицине).

2. Наноструктуры

Фуллерены - сложные органические молекулы шарообразной формы. Диаметр молекулы С60 равняется 1 нм, что соответствует границе дисперсности, пролегающей между «истинным», молекулярным и коллоидным состоянием веществ. Внутри фуллерена находится пространство диаметром около 0,4 нм. Его стенки не позволяют проникать внутрь каким-либо материальным частицам: ионам, атомам, молекулам [4] (рис. 1).

Американская компания C-Sixty Inc. проводит предклинические испытания средств на основе фуллереновых наносфер С60 с упорядоченно расположенными на их поверхности химическими группами, которые подобраны таким образом, чтобы связываться с заранее выбранными биологическими мишенями, и эффективны в борьбе с вирусными заболеваниями - такими, как грипп и ВИЧ, онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями, остеопорозом, заболеваниями сосудов. В настоящее время нано-технологии применяются не только для создания новых препаратов, но и для использования хорошо известных лекарств с повышением эффективности действия, улучшенной биодоступностью и незначительными побочными эффектами. Применение нано-технологий для создания новых лекарственных форм и систем доставки существенно сказывается на свойствах и эффективности лекарственного препарата, поскольку определяющим фактором является нанораз-мер. Использование наноносителей для доставки лекарств - успешно развивающееся направление вследствие малого размера и большей активности поверхности частиц:

- высокая способность проникновения активных компонентов в клетки;

- улучшаются фармакокинетические показатели;

- появляется возможность создания альтернативных лекарственных форм, переход от инъекционных форм к назальным и трансдермальным.

Рис. 1 Препарат, включенный в структуру фуллерена С60

Еще одно важное преимущество наночастиц как лекарственной формы - постепенное высвобождение лекарственного вещества, сосредоточенного в них, что пролонгирует время его действия [12, 13].

Для доставки лекарственных средств в нужное место организма могут быть использованы миниатюрные (менее 1 мк) капсулы с нанопорами. Уже испытываются подобные микрокапсулы для доставки и физиологически регулируемого выделения инсулина при диабете 1-го типа. Использование пор с размером порядка 6 нм позволяет защитить содержимое капсулы от воздействия иммунной системы организма [13]. Это дает возможность помещать в капсулы инсулинпродуцирующие клетки животного, которые иначе были бы отторгнуты организмом [6].

В клинико-фармакологических стендовых исследованиях микрогирина, содержащего в своем составе нанокластеры Фланаганов, in vitro in vivo методом хемилюминесценции были установлены высокие антиоксидантные свойства препарата. Установлено достоверное повышение физической работоспособности бегунов в возрасте 18-29 лет (КМС и МС) на средние дистанции (бег на тредбане со ступенчато-повышающейся нагрузкой до отказа), ускорение восстановления, нормализация концентрации АТФ, лактата, глюкозы и мочевины (табл. 1).

Таблица 1

Влияние микрогидрина на физическую работоспособность спортсменов (длительность бега на тредбане, с) (n=20 в каждой группе)

нанотехнология мдицина лекарственный микрогидрин

В те же сроки исследования микрогидрина статистически достоверно ингибируется хемилюминесценция крови добровольцев, что свидетельствует об его антирадикальном и антиоксидантном действии. На 21-й день применения микрогидрина по сравнению с контрольной группой имело место снижение повышенной хемилюминесценции в результате интенсивной физической нагрузки (табл. 2).

Таблица 2

Влияние микрогидрина на процесс хемилюминесценции крови спортсменов, %, к контролю (n=20 в каждой группе)

Примечание. Микрогидрин назначали по 3 капсулы в день (250 мг в 1 капсуле); *контроль сравнивался с экспериментом и с исходным состоянием; данные статистически достоверны; Р<0,05; хемилюминесценция крови определялась в те же сроки в стендовом эксперименте на тредбане со ступенчато-возрастающей физической нагрузкой «до отказа».

Из данных табл. 1 и 2 видно, что микрогидрин повышает физическую работоспособность, когда физические нагрузки носили анаэробно-аэробный характер на 10-й и 21-й день его ежедневного применения. Физические нагрузки на 21-й день в контрольной группе вызывали повышение хемилюминесценции, что косвенно свидетельствует о нарастании концентрации свободных радикалов в крови. При этом введение микрогидрина на 10-й и 21-й день вызывает антиоксидантный эффект, что выражается в снижении хемилюминесценции крови. Наши данные свидетельствуют о том, что микрогидрин является универсальным антиоксидантом, который корригирует метаболизм митохондрий клетки с образованием АТФ, необходимой для физиологического сокращения мышц.

В настоящее время открыты, исследованы и применяются в экспериментальной и в клинической фармакологии ряд наноструктур, классификация которых может быть представлена следующим образом (табл. 3).

Таблица 3

Классификация основных наноструктур и их фармакологические свойства

Будущее развитие нанотехнологий в области фармацевтики, биотехнологии и медицины даст возможность: создания новых высокочувствительных и недорогих систем для ранней диагностики заболеваний; конструирования нанороботов [6], выполняющих функции диагностики, «охоты» за возбудителями инфекций и раковыми клетками; восстановления поврежденных и постаревших тканей и отдельных клеток; создания лекарств с «адресной» или целевой доставкой и многое другое.

Использование микро- и нанотехнологий позволяет многократно повысить возможности по обнаружению и анализу сверхмалых количеств различных веществ. Технология белковых микрочипов, заменяющих целые иммунологические лаборатории, дает возможность в тысячи раз увеличить производительность большинства диагностических методов и резко снизить себестоимость анализов [3, 8]. В настоящее время биочипы активно применяются для диагностики лейкозов и других онкологических заболеваний, а также в считанные часы позволяют обнаруживать устойчивые к лекарствам формы туберкулеза. В Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта Российской академии наук разработана система, предназначенная для экспресс-выявления штамма возбудителя, где на одном чипе размещается около сотни флуоресцентных датчиков.

3. Клиническая фармакология

Фармакогенетика. Предмет и методы фармако-генетических исследований можно представить как выяснение роли наследственных особенностей биохимических процессов, опосредующих фармакодинамику и фармакокинетику лекарственных препаратов в формировании их индивидуальных эффектов (С.Б. Середенин, 2004). Все ступени фармакокинетического процесса осуществляются с помощью специфических и неспецифических ферментов, которые, несомненно, контролируются генетически.

Фармакокинетика. Одной из серьезных проблем в современной медицине является доставка лекарств в определенное место организма в строго определенных дозах. Ученые-нанотехнологи ведут поиски материалов, которые помогли бы решить эту задачу.

В лаборатории структуры и регуляции ферментов Института молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина разработаны универсальные нанокапсулы из фосфатидилинозита и созданы трансдермальные формы, включающие это новое средство доставки лекарственных веществ. Действие препарата, заключенного в нанокапсулу, продолжительнее и нацелено исключительно на определенный орган или ткань. При этом существенно улучшается биодоступность препарата, что обусловливает его высокую терапевтическую эффективность при меньших дозировках.

В настоящее время существенное внимание уделяется фосфолипидным наночастицам [10]. Фосфолипидные наносистемы применяются для введения лекарственных соединений и вакцин. Одним из способов создания лекарственных средств нового поколения стало снабжение их системами доставки, обеспечивающими пролонгированное поступление лекарственных веществ в определенные органы и клетки-мишени, а также улучшение фармакологических свойств препарата. Разработанные системы доставки лекарств используются практически во всех областях медицины - в эндокринологии, пульмонологии, кардиологии, онкологии и т.д. Разработка технологии и создание лекарственных препаратов на основе фосфолипидных наночастиц позволит организовать выпуск отечественных препаратов нового поколения, снабженных средствами неселективного транспорта (доксорубицин, метотрексат, рибавирин и др.) или направленного рецепторно-опосредованного транспорта (РЖД-блео-мицин), действие которого основано на селективном сродстве к рецепторам метастазирующих клеток. Их эффективность более чем в 2 раза превышает таковую для обычных форм.

Микродатчики, соединенные с наноустройствами доставки, обеспечивают поступление точно заданных количеств препаратов с учетом их функциональной токсичности. Дальнейшее уменьшение размеров частиц-носителей и разработка способов присоединения к таким частицам лигандов направленного действия поможет доставлять лекарственные препараты к определенным тканям. Эти частицы могут быть использованы в исследованиях фундаментальных биологических процессов на клеточном уровне.

Биочипы позволяют значительно ускорить испытание лекарственных препаратов. Созданная компанией MOTOROLA биоэлектронная микросхема eSensor позволяет сократить время, проходящее между разработкой лекарственного препарата и его внедрением в широкую медицинскую практику. Данная разработка делает возможным быстрое определение генетической предрасположенности пациента к излечению исследуемым препаратом. Таким образом, из исследования исключаются люди, чьи гены неадекватно реагируют на новое лекарственное средство, тем самым включая в дальнейшее, более дорогостоящее исследование тех, кто гарантированно излечится.

Бельгийские ученые из Университета Гента и Католического университета Лувьена создали «самовзрывающиеся» микрокапсулы, которые помогут точно доставлять лекарства в теле человека. При этом высвобождение лекарств может происходить через недели, и даже месяцы после инъекции. Созданные микрокапсулы отличаются от других, которые освобождают лекарство под действием ультразвуковых волн или каких-либо других внешних воздействий. Каждая из микрочастиц имеет разрушающееся в биологической среде ядро, окруженное липидной мембраной. По мере модификации геля давление на мембрану возрастает. В конечном итоге микрокапсула разрывается, и лекарственный препарат выходит наружу.

Современная наука трансформировала имевшиеся подходы к индивидуальной оценке эффектов лекарств, рассматривая каждого человека как биохимическую индивидуальность.

Фармакодинамика. В связи с тем, что предполагается использование очень малого количества лекарственного вещества с помощью «адресной» доставки, эти вопросы требуют глубокого изучения. Кроме того, открытым остается вопрос о токсичности новых лекарственных средств, созданных с использованием нанотехнологий.

Японская компания Matsushita Electric разработала принципиально новую технологию испытаний лекарств без апробирования на человеке или животных. Средой для тестирования новых лекарственных препаратов послужит кремниевая подложка с 5-микронными ячейками, в которые помещаются исследуемые клетки. Действие препаратов будет определяться по электрическим сигналам, снимаемым с этих клеток. С помощью новой технологии, названной Drugmining, можно будет производить до 100 тыс. проб в день.

Роберт Фрейтас опубликовал доклад об исследованиях биосовместимости алмазных поверхностей и частиц с живыми клетками с целью использования их при создании нанороботов, искусственных органов и ортопедических протезов с алмазным покрытием.

В будущем планируется создать молекулярных роботов-врачей, которые будут находиться внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения или предотвращая возникновение таковых, включая повреждения генетические.

4. Заключение

Таким образом, перспектива нанотехнологий в спортивной фармакологии предвещает решение главных задач - повышение спортивной работоспособности и ускорение восстановления, а также успешное лечение больных спортсменов микродозами лекарств.

Литература

1. Артюхов И.В., Кеменов В.Н., Нестеров С.Б. Биомедицинские технологии: Обзор состояния и направления работы // Материалы 9-й научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». М.: МИЭМ, 2002. C. 244-247.

2. Артюхов И.В., Кеменов В.Н., Нестеров С.Б. На-нотехнологии, биология и медицина. Материалы 9-й научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». М.: МИЭМ, 2002. С. 248-253.

3. Кабаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: Бином, 2005. C. 134.

4. Рудин В.Н., Мелихов И.В., Егоров А.М., Северин А.В. Морфологическое разнообразие нанодисперсных форм гидроксиапатита // Биотехнология и медицина: Материалы конференции. М., 2006. С. 23.

Размещено на Allbest.ru