Применение нанотехнологий (1075549), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

Известно, что альфа(V) бета(3)- интегрин относится к числу основных маркеров ангиогенеза и играет важную роль в молекулярных звеньях патогенеза других заболеваний человека, включая атеросклероз. Альфа(V) бета (З)- интегрин является молекулой адгезии, которая имеет гетеродимерную структуру и широко экспрессирована на эндотелиоцитах, моноцитах, фибробластах и гладкомышечных клетках сосудистой стенки, а также поддерживает процессы миграции гладкомышечных клеток, межклеточного взаимодействия и ангиогенез. Оказалось, что альфа(V) бета(З)-интегрин экспрессируется только на люминальной поверхности активированного эндотелия, а не на мембране интактных эндотелиоцитов. Поэтому мечение наночастицами альфа(V) бета(3)-интегрина позволяет проводить прижизненную магнитнорезонансную визуализацию молекул, ассоциированных с процессами экспрессии факторов роста, пролиферации и атеросклероза.

Отмечена существенная роль ангиогенеза в процессах роста атеросклеротических бляшек и их уязвимости. Локальные участки ангиогенеза в области vasa vasorum атеросклеротических изменений стенки аорты у кроликов (находящихся на холестериновой диете) удалось визуализировать методом магнитнорезонансного сканирования на фоне предварительного введения парамагнитных наночастиц для мечения молекул альфа(V) бета(3)-интегрина, экспресcированных на активированных эндотелиальных клетках. У животных в контроле отсутствовал высокий уровень сигнала магнетизации и отмечена низкая разрешающая способность метода магнитнорезонансного сканирования. В настоящее время интенсивные исследования проводятся в области оптимизации процесса прижизненной молекулярной визуализации атеросклероза. Раннее обнаружение клеточно-молекулярных признаков высокого риска дестабилизации атеросклеротической поверхности артериальных сосудов сердца (в виде картины уязвимости атеросклеротической бляшки) и прижизненной оценки степени стратификации риска возникновения сердечно-сосудистых катастроф (коронарной уязвимости пациента) продолжают оставаться важнейшими проблемами кардиологической науки. В этом контексте молекулярная визуализация является полезным инструментом исследования молекулярных звеньев патогенеза атеросклероза, включая локальное воспаление, апоптоз и ангиогенез. Такая структурная трансформация, как высокий риск возникновения разрывов фиброзной покрышки атеросклеротической бляшки, сегодня может быть успешно отслежена в прижизненных условиях методами магнитнорезонансной томографии, компьютерной томографии, а также внутрисосудистой ультразвуковой и оптической визуализацией, что позволяет наиболее точно оценить анатомическую характеристику бляшко-ассоциированной атеросклеротической поверхности сосудов. Однако лишь молекулярная визуализация позволяет оптимизировать диагностику степени активности альтеративных процессов на атерогенной поверхности венечного сосуда и обосновать реальный прогноз возможного развития осложнений атеросклероза.

Подробно изучена активация макрофагов в качестве клеточных эффектов воспаления при атеросклерозе, а их присутствие идентифицировано как предиктор высокого риска его развития. Поэтому непосредственная визуализация степени активности макрофагов является важным методом прижизненной оценки степени локального воспаления при атеросклерозе. Установлено, что парамагнитные наночастицы окиси железа связываются с макрофагами атеросклеротически измененной сосудистой стенки и преимущественно накапливаются в бляшках а. carotis. В этих, независимо выполненных исследованиях, при проведение каротидной эндартеректомии предшествующее магнитнорезонансное сканирование на фоне введения наночастиц позволило визуализировать участки локального воспаления в пределах атеросклеротической бляшки. Патогистологический контроль подтвердил данные магнитнорезонансной визуализации, что указывало на преимущественное повышение сигналов магнетизации в области бляшек по сравнению с окружающими структурами сосудистой стенки. Более тонкие клеточно-молекулярные механизмы атеросклеротического процесса были раскрыты при использовании методики магнитофлюоресценции. Будущие успехи в этой области ожидаются в связи с применением молекулярных контрастных соединений, тропных к окисленным липопротеинам низкой плотности, активированным макрофагам и молекулам клеточной адгезии-1 (VСАМ-1) стенки сосуда.

Прижизненную визуализацию апоптоза эндотелиоциотов и гладкомышечных клеток стенки сосудов удалось осуществить методом радиоактивного мечения белка - аннексина. Оказалось, что выявление апоптозных клеток в участках атеросклероза может быть достигнуто с помощью модифицированной методики молекулярной визуализации. Применение радиомеченого аннексина А5 позволило оценить степень развития апоптоза у больных с инфарктом миокарда, а также в тканях сердечного трансплантата после пересадки сердца. Радиомеченый аннексин А5 вводили четырем пациентам с атеросклеротическим поражением а. carotis. У первых двух из них возобновились транзиторные ишемические атаки и элевация аннексии А5-зависимого ядерного сигнала на фоне патогистологически подтвержденных процессов макрофагальной инфильтрации и развития внутрибляшечных геморрагий. У двух других больных, при отсутствии выраженных клинических проявлений, не выявлено достоверных признаков аннексин А5-зависимой картины визуализации, а патогистологические данные свидетельствовали о достаточной степени стабильности атеросклеротического процесса.

Визуализацию активности провоспалительных энзимов проводили методом NIRF ("Near-Infrared Fluorescence" probe). Наличие ферментов протеолиза атеросклеротических бляшек, в частности - матриксных металлопротеиназ и катепсинов, свидетельствовало об альтерации фиброзной покрышки. В рамках вышеизложенных представлений, отдельные протеаза-чувствительные визуализирующие контрастные наночастицы способствовали формированию оптимального изображения процесса протеолиза в тканях или детализации особенностей коагуляционного каскада при атеросклерозе. В сообщении отмечены возможности применения NIRF-зонда, активированного протеазой, в качестве потенциального агента молекулярной визуализации. Это соединение способствовало формированию минимума флюоресценции (свечение) окружающих макрофаги структур. После катепсин В-медиированного расщепления зонда и выхода флюорохрома наружу, NIRF-сигналы флюоресценции трансформировались в достаточно яркое свечение белковых структур. Этот принцип используется для визуализации макрофаг- и катепсин В-зависимых процессов локального воспаления в участках атеросклеротических изменений. При этом детектирование NIRF-сигналов, ассоциированных с атеросклерозом, проводят с применением метода флуоресцентной молекулярной томографии. В последнее время успешную активацию молекулярных зондов удалось осуществить при использовании внутрисосудистой NIRF-ассоциированной катетеризации сердца.

1. Коагулянты

Американские ученые разработали нановещество, которое способно мгновенно останавливать кровотечение. В ближайшее время должно состояться испытание нового наноматериала. Если эксперимент пройдет успешно, то появление подобного наноматериала способно совершить переворот в медицине.

В Калифорнии скоро должны начаться клинические испытания нановещества, которое мгновенно останавливает кровотечение. Компания Arch Therapeutics получила лицензию на его производство и развивает технологические линии для массового выпуска этого вещества.

В первую очередь это вещество планируют применять в хирургии для остановки и даже предотвращения кровотечения. По словам ученых, этот материал может найти широчайшее применение в хирургии, особенно при сложных операциях на мозге, сердце, брюшной полости. Например, при удалении больших опухолей кровотечение бывает настолько сильным, что все ассистенты некоторое время занимаются лишь её промакиванием губками и термокоагуляцией.Помимо сохранения времени, препарат снизит необходимость в переливании крови и дополнительных операциях на кровеносной системе. Более того, он сокращает риск проникновения инфекции, например, при проведении полостных операциях на кишечнике. По словам врачей, они никогда не видели ничего подобного.

Кроме того, это вещество может быть применено службами спасения при авариях и катастрофах, а также в полевой медицине. Оно может долго храниться и займет прочное место в полевых аптечках. Кроме того, оно легко разлагается организмом, в отличие от других кровоостанавливающих средств. Однако необходимы дальнейшие испытания для установления всех свойств этого вещества.

Материал этот является синтетическим пептидом и был разработан в девяностых годах, однако лишь пару лет назад были открыты его уникальные свойства. Ученый, исследовавший препарат на предмет применения в хирургии мозга, обнаружил, что при попадании раствора этого синтетического пептида на разрез кровь перестает течь буквально за секунды. Сейчас .когда лицензия на клинические испытания и массовое производство получена, этот препарат может занять прочное место в современной медицине.

1. Полезные вирусы

Вирусы − это мельчайшие частицы, которые являются весьма своеобразными инфекционными агентами и «паразитируют» внутри клеток. Вначале вирусы считали просто ядовитыми веществами, затем - одной из форм жизни, позже - биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что вирусы существуют на границе между живым и неживым мирами: даже на шкале размера они располагаются между типичными живыми объектами, например, бактериями, и неживыми - огромными молекулами белков и полимеров. Подобно обычным химическим веществам вне клеток вирусы образуют кристаллы. Когда в 1935 г. У.Стэнли удалось впервые выделить кристаллы вируса табачной мозаики (Рис.2), обнаружилось, что они состоят из сложных биохимических компонентов и не обладают необходимым для биологических систем свойством - обменом веществ. Одиннадцатью годами позже он получил за эту работу Нобелевскую премию по химии.

Вирус обладает достаточно сложной внутренней структурой. Его сердцевина («ядро») содержит одну (иногда больше) молекулу нуклеиновой кислоты, представляющую собой ДНК или РНК. Нуклеиновые кислоты самых мелких вирусов содержат 3 - 4 гена, а самые крупные вирусы имеют до 100 генов. Снаружи вирус покрыт белковым «чехлом», защищающим нуклеиновую кислоту от вредных воздействий окружающей среды. Форма вирусов очень разнообразна. По размерам вирусы подразделяют на крупные (300-400 нм в диаметре), средние (80-125 нм) и мелкие (20-30 нм). Крупные вирусы можно увидеть в обычный световой микроскоп, более мелкие изучают под электронным микроскопом. В таблице 1 приведены размеры некоторых вирусов, а для сравнения - бактерий и молекул белков.

Попав в чувствительные к ним клетки живых организмов, вирусы внедряются и заставляют клетки производить все новые и новые копии вирусных частиц за счет собственных питательных веществ. В результате клетка, превращаясь в «копировальный аппарат», перестает выполнять свои обычные функции, истощается и погибает. У высших организмов (растений и животных) это приводит к различным заболеваниям. Бешенство, иммунодефицит (человека, обезьян, кошек и т.д.), энцефалит, полиомиелит, оспа, грипп, желтуха шелкопряда, мозаика табака, курчавость малины, махровость черной смородины – лишь наиболее значимые из них. Однако не во всех случаях действие вируса негативно. Если он атакует одноклеточные организмы, к которым, в частности, относятся бактерии, те погибают. Поэтому с помощью таких вирусов, бактериофагов, можно уничтожатьбактерии, вызывающие такие опасные заболевания, как дизентерия, холера, чума.

Способность вируса убивать клетку-хозяина можно использовать при борьбе с отдельными клетками многоклеточных организмов, и прежде всего - раковыми. При этом залогом успеха является точная "наводка" вируса на клетку, которую предстоит убить, поскольку сам по себе он готов поразить все чувствительные к нему клетки организма. Для этого и вирус, и специальный белок, антитело, способный селективно связываться с участком поверхности клетки – мишени, прикреплются к наночастице, выступающей в роли своеобразного траспортного средства. Такой «снаряд» атакует только определенные клетки, разрушая их. Разумеется, нужно позаботиться и о том, чтобы вирус мог покинуть организм, не повредив здоровые клетки. В нанотехнологиях вирусы используют также в качестве «темплата» для создания наноструктурированных систем.

1. Офтальмология

Наночастицы оксида церия, используемого при полировке стекла и в качестве катализатора для удаления сажи со стен печи, как показывают исследования, могут оказаться весьма эффективными при лечении глаукомы.

Проблема лечения глаукомы состоит не в отсутствии эффективного действующего вещества, а в его доставке собственно в глаз. Исследователи из Университета Центральной Флориды (США) и из Государственного университета Северной Дакоты (США) в статье, вышедшей в июньском номере журнала «Physical Chemistry» («Физическая химия), отмечают, что только 1-3 процента существующих препаратов от глаукомы проникают в глаз. Авторы работы провели лабораторные испытания по использованию наночастиц оксида церия в качестве носителей лекарств. Как показали эксперименты, наночастицы этого материала обладают высокой скоростью проникновения и не вызывают дискомфорта у пациентов.

В экспериментах к наночастицам оксида церия присоединили вещество, блокирующее энзим (фермент — hCAII), который, как полагают, играет центральную роль в развитии глаукомы. При этом заболевании создается высокое давление жидкости внутри глаза, что в случае недостаточного лечения, может привести к повреждению глазного нерва и потере зрения. Высокое давление создается, в частности, из-за образования диоксида углерода (углекислого газа) внутри глаза. Вещество, доставляемое при помощи оксида церия — карбоксибензинсульфонамид — блокирует энзим, вырабатывающий CO2.

Оксид церия нетоксичен, поэтому авторы работы полагают, что он может неограниченно использоваться в качестве носителя лекарств.

Марк Гринстафф (Mark Greenstaff) из Бостонского университета доложил о весьма успешных работах по созданию наноразмерных разветвленных полимеров для лечения глазных ран – дендримеры.

Исследователи из Гонконгского университета — профессора Ратледж Эллис-Бенке (Rutledge Ellis-Behnke) и Геральд Шнайдер (Gerald Schneider), дополнительно проинформировали научную общественность, что в ближайшее время приступят к клиническому апробированию технологии под названием «нанонейровязание разорванного глазного тракта с восстановлением его функций». Данная методика фактически является технологией завтрашнего дня и позволит решить ряд серьезных медицинских задач в области офтальмологии.

«Наша технология позволяет соорудить над разорванным глазным трактом нановолоконный мост, иногда мы можем с таким же успехом воздвигнуть строительные леса, состоящие из самособирающихся нановолоконных пептидов», — заявил российскому агентству ИТАР-ТАСС профессор Эллис-Бенке.

1. Искусственные реснички

Как сообщает Nanowerk, группа исследователей под руководством Ричарда Суперфайна (Richard Superfine) из университета Северной Каролины (University of North Carolina) создала гибкие наностержни, похожие на биологические реснички, а также смоделировала с их помощью процесс самоочищения легких.

Поверхность легких покрыта слизью, которая передвигается с помощью ресничек, что ведет к удалению случайно попавших в легкие микрочастиц. Исследователи смогли сформировать гибкие железные частицы около 10 микрометров длиной и 200 нанометров шириной, что соответствует размерам биологических ресничек. Затем ученые поместили наночастицы в жидкий полимер полидиметилсилоксен (polydimethylsiloxane), имитирующий слизь, и заставили наностержни изгибаться под действием переменного магнитного поля. В такой системе «слизь» могла передвигаться и, как показали компьютерные модели, система оказалась близкой к своему биологическому аналогу.

Реснички являются важной частью множества органов, например, уха, почек, мозга и т.д. По мнению исследователей, разработанная система сможет моделировать биологические процессы, происходящие в организме, а также ее можно использовать для эффективного смешивания вязких жидкостей.

1. Подкожные дисплеи

Анимированные татуировки – новый шаг в изучении нанотехнологий

Характеристики

Список файлов книги