Вопрос. Применение наноматериалов в биологии и медицине
Нанотехнология дает возможность детально изучать химические процессы на молекулярном уровне. В первую очередь, это относится к изучению химических процессов на поверхности и внутри живой клетки. Примером достижения нанотехнологии в этой области является естественные молекулярные двигатели, находящиеся внутри биологических клеток. Примером таких наномашин является F 1- AT Фаза, представляющая собой значительно более крупный комплекс, встроенный в мембрану. Размеры данной структуры порядка 10 нм, она представляет собой двигатель, работа которого обусловлена естественными биохимическими процессами. За исследования в данном направлении премия была вручена японскому ученому Нодзи, который прикрепил к двигателю актиновое волокно и наблюдал его вращение в оптический микроскоп, т.е. по сути, был создан протеиновый двигатель. Ученые Массачусетсского технологического института получили обнадеживающие результаты в области лечения рака, когда лекарство против рака, попав в больную клетку, выделяет поражающий токсин, который приводит к гибели раковой клетки, оставляя целыми здоровые ткани. Для доставки токсинов внутрь клетки были синтезированы двухслойные наночастицы, названные “наноснарядами”. На первых этапах ученые предполагали закупоривать наночастицами кровеносные сосуды, окружающие опухоль. В результате экспериментов было выяснено, что онкообразование может получить дополнительный импульс к росту, стимулируя разветвление капилляров и создание новых кровеносных сосудов в опухоли, что ведет к её разрастанию. Поэтому на следующем этапе было принято решение доставить токсин внутрь опухоли и тем самым уничтожить ее. Решение данной проблемы основывалось на том, что поры раковых клеток имеют размеры порядка 400–500 нм, в то время как у здоровых клеток поры значительно меньше. Учитывая этот факт, были созданы наноснаряды диаметром порядка 200 нм, которые легко проходят сквозь поры раковых клеток, но не попадают в здоровые клетки. При этом ставилась задача создать наночастицы двойными: во внешней оболочке находится препарат, вызывающий коллапс кровеносных сосудов, что предотвращает распространение токсина по всему организму и метастазирование последнего, а в ядре наночастицы содержится токсин, убивающий раковую клетку. Таким образом, внешняя оболочка наночастицы рассасывается, выпускает лекарство, сокращающее сосуды, в то время как остальные наночастицы проникают через поры в мембранах раковых клеток, где вторая оболочка выпускает токсин, убивающий раковую опухоль.
|
|
|
Эта методика нашла блестящее подтверждение в эксперименте. Мыши, зараженные онкозаболеваниями были разделены на три группы: одних лечили наноснарядами, других – общепринятыми химиотерапевтическими средствами, третьих оставили без помощи. Выяснилось, что мыши из первой группы прожили 65, из второй – 30, из третей – 20 дней, что полностью подтвердило эффективность способа.
|
|
|
Способность макромолекул ДНК к регулируемой и высоко организованной бионаносборке делает их полностью подходящими материалами для нанотехнологий. Например, молекулы ДНК применяли для конструирования матриц, которые путем самосборки превращаются затем в запланированные двухмерные структуры. Эти матрицы состоят из жестких пластинок ДНК, образованных антипараллельными цепями ДНК, которые соединены двойными антипараллельными цепями, причем формой, размерами и периодичностью расположения пластинок можно управлять. Если вернутся к определению нанотехнологии как науки, представляющей совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами, то возникает вопрос: как же мы можем манипулировать веществом на атомном и молекулярном уровне? Эрик Дрекслер изобрел специальные наномашины, или ассемблеры. Ассемблер – это молекулярная машина, которая может быть запрограммирована строить практически любую молекулярную структуру. Главная задача такой наномашины строить (соединять) атомы и молекулы в нужном порядке. Ассемблеры могут работать в паре с дизассемблерами – наномашинами, способными разбирать объект на атомы. Важно отметить, что такие машины уже давно существуют в природе, их примером может служить механизм синтеза белка рибосомами. Из курса биологии известно, что молекула рибосомы конструирует белок, «считывая» из молекул РНК «инструкции» для его построения. Цепь каждого белка построен6а из свойственных только ему аминокислот. Перестановка всего лишь одного звена ведет к з0начительному изменению свойств белковой молекулы. Значит при построении белка необходимо владеть точной информацией о чередовании аминокислотных звеньев. В природе такая информация храниться в специальном носителе – ДНК. При синтезе белка информация о его строении сначала достается из ДНК к молекуле рибосоме. На примере поведения рибосом можно доказать, что существуют наномашины, запрограмированнные на построении сложных молекулярных структур. Генные инженеры пытаются построить наномашину на основе биологического природного материала: аминокислоты, белки, молекулы ДНК и др.
|
|
|
Таким образом, в области биологии и медицины уже в настоящее время можно решать многие актуальные проблемы. Нанотехнология позволяет создать биосовместимые поверхности контакта, открывающие новые области, связанные с имплантатами и использованием искусственных органов. Это утверждение достаточно полно подтверждается применением частиц гидроксиапатита в имплантологии или заменителя кожной ткани.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 285; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!