Азаренков Н.А. - Наноматериалы (1051240), страница 41
Текст из файла (страница 41)
создания способов доставлять лекарства не просто в больной орган, а в конкретные больные клетки. Предполагается, что для этой цели будут использоваться функциональные наночастицы, которые содержат терапевтический компонент, т.е.лекарство, и сенсорный компонент. Лекарство должно быть освобожденов клетку, а сенсорный компонент определяет, в какой момент необходимо его высвободить. В настоящее время уже были продемонстрированыразличные стадии подобного процесса (нахождения нужной клетки и высвобождения лекарства), однако полная стадия пока еще находится в процессе разработки.Например, нехирургическая технология решения проблемы, в которой раковые клетки подвергаются разрушению, была предложена в середине 1980-х годов [39, 40] при целевой радиотерапии рака печени.
Микросферы, в состав которых входит нуклид 89Y, не является радиоактивным.Он может быть активирован бомбардировкой нейтронами до 90Y с периодом полураспада 64,1 ч. Инъекция этих микросфер производится в пораженную печень через печеночную артерию, где они захватываются малыми кровяными сосудами, блокирующими доставку крови к пораженномуместу и непосредственно обрабатывая злокачественные клетки лучами.Эти микросферы уже находятся в клиническом пользовании ряда зарубежных стран (Канада, США, Австралия).В связи с этим разработка наносистем, с помощью которых можноосуществлять доставку лекарств к пораженным местам, может стать основой развития нового направления в медицине – внутриклеточной терапии,т.е.
лечение практически без хирургического вмешательства в организмчеловека.Коллаген – самый распространенный белок в человеческом теле, онслужит природным каркасом для клеток и определяет время и направление их роста. В Институте нанобиотехнологии Университета Джона Хопкинса (INBT) были открыты новые свойства и области применения синтетической молекулы, имитирующей коллаген [41].При использовании наночастиц эта молекула, называемая коллагенподобным пептидом (CMP), может передавать подробную информацию озлокачественных опухолях, такую как направление распространения изменений в сосудах и доставка к клеткам лекарств, а также улучшать кровоснабжение имплантированных органов.
На рис. 9.9 приведена фотография раствора волокна коллагена типа I из сухожилия хвоста мыши послеинкубации с наночастицами золота. Белые стрелки указывают положение197наночастиц в волокнах коллагена. Фотоснимок, сделан с использованиемпросвечивающего электронного микроскопа.Исследования впервые выявили связывание синтетического коллагена с нативным коллагеном в неочищенном ex vivo образце (необработанном образце ткани). Ранее было исследовано только связывание очищенных образцов коллагена в чашке Петри. CMP связывается с коллагеном, аккуратно вплетаясь в его канатоподобную трехспиральную структуру.
Также исследования показали, что CMP встраивается в определенныечеткие точки вдоль каждой цепи коллагена.CMP способен незаметно внедряться в структуру коллагена именнов те пространственные интервалы, которые наименее сильно связаны между собой. Используя наночастицы, прикрепленные к CMP и с помощьюпросвечивающей электронной микроскопии, ученые визуализироваликонкретные участки связывания. Области связывания были видны как линия, состоящая из черных точек вдоль всей длины коллагенового волокна,подобно отметкам на линейке.Рис.
9.9. Раствор волокна коллагена [41]Для исследования способности CMP связываться в условиях незатронутого образца ткани к концу молекулы CMP прикреплялся флуоресцентый маркер. Затем использовали полученный раствор CMP для связывания с образцом человеческой печени. В результате была получена картина яркого свечения CMP, аналогичная картине выявления нативногоколлагена с помощью специфичных анти-коллагеновых антител (обычныйметод выявления коллагена).
Это свидетельствует, что даже в природнойсистеме CMP связывается только с коллагеном, не затрагивая при этомникакие другие белки – и это никогда раньше не было показано. Наноразмерная молекула CMP способна создавать изображения с разрешениембольшим, чем при использовании антител. CMP способен проникать вучастки в 20 раз меньшие по размеру, чем антитела.
На рис. 9.10 предоставлено изображение, показывающие скопление коллагена в местах, гдеего не должно быть.198Экспериментальные результаты показали, что при нагревании до37° С (температура тела) CMP быстро теряет сродство к коллагену и высвобождается. Однако, меняя длину цепи CMP, можно варьировать время,в течение которого CMP будет оставаться в связанном с коллагеном состоянии, то есть чем длиннее цепь, тем дольше CMP остается на месте.Это свойство CMP позволит ему применяться в различных терапевтических и диагностических целях – короткие молекулы для быстрого обследования и длинные – для более продолжительных исследований.
Потенциальное использование CMP ограничено только типом молекул, с которыми он связывается. В комплексе с наночастицами и нанооболочками,к примеру, молекулы CMP могут служить для картирования заболевания идоставки лекарств к клеткам.Рис. 9.10. Изображение скопления коллагена [41]Синтетический коллаген может также успешно применяться в качестве имплантантов. Природный коллаген содержит химические сигналы,называемые факторами роста, которые ориентируют направление ростаклеток относительно кровеносных сосудов. Поэтому возможно использовать CMP для построения организованной сети кровеносных сосудов.Все активнее наноматериалы используются в медицине в качествеимплантантов, протезов и инструментария. Это вызвано необходимостьюпоиска надежных материалов для замены поврежденных частей тела человека.
Современная хирургия и стоматология нуждаются в металлах исплавах с высокой химической инертностью при сохранении высокой механической прочности. В последнее время для этих целей используютсялегкие и прочные наноструктурные титановые сплавы и чистый титан.Перспективность титана для имплантантологии объясняется практическиполной, в отличие от других металлов, биологической совместимостью Tiи некоторых его сплавов с живой тканью. В отличие от нержавеющих сталей и кобальтовых сплавов, часто используемых в медицине, применениеTi не вызывает аллергических реакций, очень мало ионизируется в физио199логических растворах, его продукты не токсичны и не распространяютсяпо всему организму, концентрируясь вблизи имплантанта.В настоящее время решается задача оптимального соотношенияпрочностных характеристик с максимальной биологической совместимостью.
Ее решение было предложено на основе использования титана с наноструктурой. По сравнению с массивным металлом наноструктурный Tiимеет в 1,5 раза большую микротвердость, более высокий (в 2,5 раза) предел прочности, рекордную (более чем в 2 раза) усталостную прочность.При этом сохраняются пластичность, текучесть и низкий модуль упругости. Данное сочетание свойств наноструктурного Ti является весьма благоприятным при использовании в ортопедии и травматологии.Весьма перспективным является использование в медицине наноструктурных сплавов алюминия. Высокий уровень физико-механических иэксплуатационных свойств этих материалов позволяет в зависимости отлечебных задач изготавливать из них устройства наружной фиксации иуправления положением костей или их фрагментов, несущие конструкциитравматологических аппаратов, комплекты унифицированных деталей,собираемых в аппараты различной конфигурации и сложности.На сегодняшний день достигнуты некоторые успехи в изготовлениинаноматериалов, имитирующих естественную костную ткань.
В Северозападном университете (США) [42] использовалась трехмерная самосборка волокон диаметром около 8 нм, имитирующих естественные волокнаколлагена, с последующей минерализацией и образованием нанокристаллов гидроксилапатита, ориентированных вдоль волокон. К полученномуматериалу хорошо прикреплялись собственные костные клетки, что позволяет использовать его как «клей» для костной ткани.Проблема получения искусственной кожи связана с необходимостью лечения ожогов, травм, повреждений. В качестве имплантатов используют сверхтонкие газопроницаемые пленки из ненаполненного силиконового каучука. Разработаны методики лечения с использованием поли2-оксиметакрилата и полиэтиленгликоля, а также нетканого полотна изколлагена.Сейчас разрабатываются однослойные и многослойные мембраныразличных конструкций. Например, применяются однослойные мембраныиз силоксанового каучука с множеством каналов для ввода лекарств.Внешний слой мембраны изготовлен из прозрачного силоксанового эластомера и предназначен для защиты раны от инфекции и дегидратации, анижний слой представляет собой пористый полимерный материал на основе коллагена.
Нет необходимости эту двухслойную мембрану снимать изаменять новой. Она может оставаться на ране в течение пятидесяти суток– срока, достаточного для заживления небольших ожогов. После заживления раны верхний слой самопроизвольно удаляется по мере того, как нарастает кожа, а нижний разлагается ферментами. Заживление больших ран200происходит медленнее, чем разрушение мембраны, поэтому ее нужноснимать и заменять. На поверхности раздела между силоксановым эластомером и коллагеновым покрытием помещают эпидермические клеткикожи.Особый интерес вызывают дендримеры [43]. Они представляют собой новый тип полимеров, имеющих не привычное линейное, а ветвящееся строение.Собственно говоря, первое соединение с такой структурой было получено еще в 50-е годы, а основные методы синтеза разработаны в основном в 80-е годы прошлого века. Термин «дендримеры» появился раньше,чем «нанотехнология», и первое время они между собой не ассоциировались.
Однако в последнее время дендримеры все чаще упоминаютсяименно в контексте их нанотехнологических (и наномедицинских) применений. Это связано с целым рядом особых свойств, которыми обладаютдендримерные соединения. К ним относятся контролируемые и воспроизводимые с большой точностью размеры макромолекул, наличие в макромолекулах каналов и пор, имеющих хорошо воспроизводимые формы иразмеры, а также способность к высокоизбирательной инкапсуляции ииммобилизации низкомолекулярных веществ с образованием супрамолекулярных конструкций «гость-хозяин».Для доставки лекарственных средств в нужное место организма могут быть использованы миниатюрные (~1 мк) капсулы с нанопорами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
