CC BY
322
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
Инновационные нанотехнологии в медицине и биологии
Е. В. Шляхто,
профессор, член-корр. РАМН, директор ФГУ «Федеральный центр сердца, крови и эндокринологии (ФЦСКЭ) им. В. А. Алмазова Росмедтехнологий,
Санкт-Петербург, Россия
В статье рассмотрены основные направления наномедицины и проекты, разрабатываемые в Федеральном центре сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова Росмедтехнологий. Несомненный научный и практический интерес представляет проект по диагностике и мониторингу маркеров различных заболеваний сердечно-сосудистой, эндокринной систем, а также системы крови. Создание надежных тест-систем на основе биологических микрочипов для широкомасштабного скрининга маркеров заболеваний позволит осуществить существенный прорыв в диагностики, лечении и прогнозе развития таких заболеваний. Изучение проблемы направленной доставки золотых наночастиц для очистки трансплантата гемопоэтических стволовых клеток при онкогематологических заболеваниях, возможность использования наномашин для адресной доставки лекарственных средств в клетки-мишени при остром инфаркте миокарда и по доставке факторов ангиогенеза в зоны ишемии при хронической артериальной недостаточности нижних конечностей позволит улучшить результаты лечения этой группы заболеваний. Разработка новых наноматериалов позволит создать инновационный подход к профилактике тромбозов артериальных стентов в сердечно-сосудистой хирургии и к предот-враению патогенного воздействия электромагнитного излучения на сердечно-сосудистую систему за счет их экранирующих свойств, а создание гемо- и биосовместимых макромолекулярных систем (наноструктур) с антиоксидантной активностью — новых эффективных плазмозаменителей для борьбы с острой кровопотерей.
Наномедицина. по каноническому определению ведущего ученого в данной области Р. Фрейтаса — это: «..слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры». Условно можно выделить два направления в этой области. В одном случае наночастицы непосредственно входят в контакт с клетками, белками,
Current paper reviews major directions of nanomedicine and projects being developed in V. A. Almazov Federal Center for Heart, Blood & Endocrinology (Rosmedtechnology Federal Agency). A project aiming diagnostics and monitoring of various heart-, blood-, and endocrinology- related disorder markers is of a great research and practical value. Developing reliable biological microchip-based test systems for large-scale screening of disease markers would allow a critical breakthrough in diagnostics, treatment and prognostics of the diseases. To improve treatment outcome, a potential of gold nanoparticles targeted delivery is evaluated in purifying a population of hematopoietic stem cells transplant in hemablastoses; that of nanomachines (nanites) for targeted delivery of synthetic molecules the target cells affected by acute myocardial infarction; and that of targeted delivery of genetic constructs/angiogenic factors to the areas of limb ischemia in chronic peripheral arterial disorders. Creating novel nanomaterials would allow developing a new approach in the prophylactics of arterial stent trombosis in cardiac surgery and in intercepting cardiovascular system-targeting electromagnetic emanation (due to the barrier properties of the novel nanocomposite materials). Moreover, a development of the novel hemo- and biocompatible macromolecular systems (nanostructures) possessing antioxidant activity could contribute to the development of the novel types of effective blood substitutes applicable in acute blood loss.
ДНК и др. молекулярными структурами организма. При этом эксплуатируются такие свойства наночастиц, как их высокая способность проникновения в клетку, а также их уникальные оптические свойства. Второе направление связано с созданием материалов, обладающих заданными свойствами. В этом случае наномедицина эксплуатирует используются свойства таких материалов, а не отдельных наночастиц.
Наночастицы создаются с химически модифицированными поверхностями, к которым могут присоединиться различные лиганды. Это позволяет превратить такие наноматериалы в биосенсоры, флуоресцентные ярлыки молекулярного масштаба, в факторы визуализации, средства направленной доставки лекарственных веществ и другие средства, полезные в биологии. Поэтому сферами использования наночастиц в медицине являются: диагностика/мониторинг (выявление маркеров заболеваний), скрининг лекарственных веществ (мечение), репарация органов и тканей, диагностика (приборы и мечение), направленная доставка лекарственных веществ (терапия), белков, ДНК и создание новых наноматериалов с заранее заданными свойствами.
Сотрудники Федерального центра сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова Росмедтехно-логий в Санкт-Петербурге начали активные исследовательские работы практически по всем основным нанотехнологическим направлениям в биологии и медицине.
Диагностика/мониторинг (выявление маркеров заболеваний) является одним из наиболее распространенных направлений применения нанотехнологий в медицинских исследованиях. С момента своего создания в 1993 г. биологические микрочипы (микроматрицы) революционизировали современную биологию и медицину. В наши дни биологические микрочипы разных типов с успехом применяются для широкомасштабного скрининга биологических образцов с целью идентификации диагностических и прогностических маркеров, терапевтических мишеней многих заболеваний, а также для экспресс-диагностики определенных патологических состояний, и идентификации и факторов риска их развития.
Значительный прогресс в технических аспектах создания микрочипов (в первую очередь мембранных микрочипов), сопровождавшийся минимизацией размеров и повышением точности нанесения на них биологического материала, позволил в течение буквально нескольких лет перейти от микрочипов, содержащих лишь десятки и сотни точек нанесения, к микрочипам, содержащим десятки тысяч таких точек [1-4]. Для изучения экспрессии генов наибольшее распространение получили мембранные ДНК-микрочипы, а именно олигонуклеотидные и основанные на кДНК, позволяющие получить количественную информацию о
полном или близком к полному профилю транскрипции генов в исследуемых клетках [5].
Основным направлением работы ФЦСКЭ им. В. А. Алмазова в этом разделе является разработка тест-систем на основе биологических микрочипов для молекулярно-генетической диагностики сердечно-сосудистых, эндокринных и гематологических заболеваний и факторов риска их развития. Данная работа проводится ФЦСКЭ совместно с Санкт-Петербургским государственным медицинским университетом им. акад. И. П. Павлова и ГУ НИИ АГ им. Д. О. Отта РАМН (Санкт-Петербург).
Использование олигонуклеонтидных микрочипов, основанное на гибридизации образца с зафиксированными на мембранах или твердофазных поверхностях синтезированными фрагментами ДНК (длиной от 20-25 до 70-75 нуклеотидов) позволяет добиться высокой точности и достоверности абсолютных значений гибридизации. Хотя абсолютная точность гибридизационного сигнала (как функции уровня экспресии генного продукта в образце) является меньшей, чем для олигонуклеотидных микрочипов (из-за неодинаковой длины гибридизуемых фрагментов кДНК и ряда других показателей), кДНК микрочипы наиболее удобны для крупномасштабного скрининга генов, отвечающих изменением своей экспрессии на внешнее воздействие: такое, как применение лекарственного препарата, дифференциация, патология, или старение. Важным является и то, что многие разрабатываемые микрочиповые платформы используют экспрессированные сиквенсные ярлыки, чтобы еще более расширить возможности применения микрочипов для первичного скриниго-вого анализа генов-мишеней. Такой подход в настоящее время может рассматривается как метод выбора для широкоформатного скринига, предназначенного для количественного анализа профилей экспрессии генов в контрольных и экспериментальных образцах.
Прогресс технологии, способствующий многократному увеличению точности нанесения на поверхность платформы ДНК-материала (обычно специфичных олигонуклеотидов) в аспекте погрешности объема используемого материала и распределения точек его нанесения, позволил многократно уплотнить микрочиповые платформы, непосредственно достигнув уровня «наночипов». Это обеспечивает увеличение числа генов-мишеней (или их копий), тестируемых в ходе одного эксперимента, а также снижает объем расходуемых реагентов, что позволяет, в частности, изготовить большее количество плат-
0,665 мм 0,300 мм Рис. 1. Биологические микрочипы: кДНК платформа
Рис. 2. Биологические микрочипы: олигонуклеотидная платформа
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
форм и уменьшить расход реагентов в ходе их практического применения. Важными факторами стали также повышение разрешения систем сканирования сигнала с микрочиповых платформ и создание новых синтетических материалов, позволяющих надежно фиксировать нано-объемы ДНК-материала [6]. Весьма показательно, что в практике с успехом используются не только мембранные/твердофазные, но и другие подтипы наночипов, в том числе волюметрические (трехмерные) и микроэлектронные [7]. Интересным подходом, позволяющим повысить эффективность микрочиповых платформ стало также применение наночастиц разной природы [8, 9].
Направленная доставка лекарственных веществ белков, ДНК, молекул — это доставка перечисленных структур с помощью наночастиц либо за счет «упаковки», т.е. когда нековалентные агрегаты молекул носителя инкапсулируют множество переносимых молекул, или путем «мечения», используя ковалентные соединения с лигандом мишени или полимера-носителя.
Наночастицы могут быть изготовлены из разных материалов: железа, золота, платины и многих других металлов. Им может быть придана разная форма, и все это вместе придает им уникальные свойства. Прежде всего, мы говорим здесь о золотых наночастицах. Золото делает их биологически инертными и биосовместимыми. Особенности химических процессов, протекающих на их поверхности, способствуют биоконъюгации, поэтому можно присоединить к ним антитела, позволяющие наночастицам направленно связываться с клетками определенных типов. Наконец, поскольку они металлические и поглощают свет, они преобразуют его в тепло, которое весьма эффективно передают в окружающую среду.
В настоящее время метод аутологичной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) является эффективным способом лечения онкогема-тологических заболеваний. В то же время 90% рецидивов после проведения данной терапии связано с присутствием опухолевых клеток в заготовленном трансплантате. Все описанные выше свойства наночастиц позволили нам начать разработку нанотехнологической очистки трансплантата гемопоэтических клеток от контаминации опухолевыми клетками с целью уменьшения частоты рецидивов заболевания после аутотрансплантации гемопоэтических стволовых клеток. с использованием методики нанотермолизиса. Работа проводится ФЦСКЭ им. В. А. Алмазова совместно с Fairway Medical Technologies (Houston , USA).
Было показано, что, если после заготовки аутологичного костного мозга у больного с онкогемато-логическим заболеванием экстракорпорально произвести обработку полученной взвеси гемопоэтических клеток, осуществив селективную нагрузку остаточных опухолевых клеток золотыми или серебряными наночастицами, с последующей обработкой этой взвеси лазерным излучением с длиной волны 1064 нм, эта процедура приводит к эффективной очистке костного мозга опухолевых клеток. Селективность действия достигается путем предварительного связыва-
ния наночастиц с моноклональными антителами, направленными против антигенов опухолевых клеток. Золотые и серебряные наночастицы обладают высокой оптической абсорбционной способностью в области около-инфракрасного света и под действием подобного облучения образуют микропузырьки пара, разрушающие опухолевые клетки. Нормальные клеточные элементы прозрачны для данного спектра, что позволяет добиться избирательности терапевтического воздействия.
Другой подход к проблеме адресной доставки демонстрирует следующий проект, разрабатываемый в рамках этого направления: изучение возможности использования наномашин для адресной доставки продуктов целенаправленного синтеза в клетки-мишени.
Белки и нуклеиновые кислоты их надмолекулярные комплексы с участием других молекул представляют собой то, что можно назвать наномашинами, так как они способны выполнять важные биологически целесообразные «задания». Одной из целей медикобиологического направления нанотехнологии является попытка встроиться инженерными наноструктурами в систему естественных взаимодействий в наносреде белков и нуклеиновых кислот с целью коррекции их функционирования. Мишени и маркеры для нанотехнологичных подходов идентифицируют и исследуют методами протеомно-геномного анализа, позволяющих выявлять тонкие фенотипические и патогенетические особенности. Примером документирования и использования биомаркеров может быть развитие представлений об ишемическом каскаде.. Специфические биомаркеры одновременно являются важными молекулами, участвующими в развитии патологического процесса, они осуществляют коммуникацию сигнальных путей между клетками участниками развития нестабильности атеросклеротической бляшки с последующим тромбозом и некрозом ишемизированной ткани [10]. После возникновения инфаркта в зоне ишемии, например, при остром инфаркте миокарда, процесс во многом зависит от пришедших в эту зону клеток — макрофагов. Важно, чтобы эти клетки работали на сохранение и восстановление кардиомиоцитов. Сегодня это может достигаться в том, числе с помощью бионанотехнологи. Аль-фа-2-макроглобулиновая бионаномашина может доставить в очаг наночастицы с ингибитором синтеза провоспалительного фактора — оксида азота продукта макрофагальной NOS и антибиотика.
На основе альфа-2-макроглобулиновой бионаномашины мы создаем медицинскую технологию лечения сердечно-сосудистых заболеваний избирательным локальным влиянием на клеточные активности. Наночастицы с производными полигидроксиаргини-на или метилированными по гуанидиновой группировке производными, а также антибиотик, включенные в активированный альфа-2-макроглобулин предназначены для коррекции метаболизма и цитокино-вой активности макрофагов. Лечебная бионаномашина для коррекции функции макрофагов и возможно эндотелиоцитов, гладкомышечных клеток (ГМК) будет иметь размеры около 15-20 нанометров. Фун-
кционально может быть построена из активированного альфа-2-макроглобулина, полиаргинин-гуани-дин-деривата и антибиотика. При введении в организм бионаномашина будет занимать сорбционные кластеры LRP-рецепторов [11] в вышеуказанных клетках с последующим эндоцитозом всего нанокомплекса в клетки. Применение макроглобулиновых наномашин имеет большие перспективы, как в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний, так и в реабилитационном периоде ведения больных.
В рамках этого же направления с целью стимуляции и регуляции процесса ангиогенеза .начат проект по адресной доставке генетических конструкций, несущих факторы ангиогенеза, в зоны ишемии. при хронической артериальной недостаточности нижних конечностей Данная работа осуществляется сотрудниками ФЦСКЭ им. В. А. Алмазова и институтом экспериментальной медицины Fairway Medical Technologies, Houston, USA.
Актуальность данного исследования связана с тем, что облитерирующие заболевания сосудов нижних конечностей встречаются у 10% лиц старше 50 лет, а у больных с диабетом этот процент существенно увеличивается. Существующие терапевтические и хирургические методы лечения далеко не всегда оказываются эффективными. В течение последнего десятилетия широкое распространение получила концепция терапевтического ангиогенеза как метода лечения, позволяющего без хирургического вмешательства частично восстановить кровообращение в поврежденном органе. Основу новой лечебной тактики составляет введение в область ишемии ангиогенных факторов роста или их генов для стимуляции развития сосудов в области ишемии. В экспериментальных работах по терапевтическому ангиогенезу использовались как рекомбинантные ангиогенные факторы роста (FGF-1 и 2 и VEGF165), так и их гены (VEGF165, VEGF121, VEGF189 и FGF-5).: Практически во всех случаях введение факторов роста или их генов стимулировало развитие коллатералей и новых капилляров, которые, что очень важно, не регрессировали после прекращения введения факторов роста; однократное введение гена заменяло многократные инъекции или ин-фузии рекомбинантных факторов роста. Важно, что при введении генов практически не отмечалось побочных эффектов, таких как гипотензия, наблюдавшихся при введении факторов роста.
Существует ряд подходов к доставке генетического материала в клетки и ткани-мишени: 1 — внутримышечные инъекции вектора экспрессии, 2 — доставка генетических конструкций в клетки-мишени за счет вирусных частиц, 3 — способы доставки ДНК и РНК, упакованных в различные липидные оболочки (липосомы), поликатионные частицы и другие, 4 — применение наночастиц. Исследования последнего подхода начались сравнительно недавно, но уже сейчас можно с уверенностью говорить, что наночастицы способны обеспечить прорыв в области технологий доставки терапевтических агентов, в том числе ДНК, в ткани и клетки пациента. На настоящий момент, конечно, нельзя говорить о том, что нанотехнологии и наночастицы позволяют разработать способ
доставки генетических конструкций в полной мере лишенных недостатков. Однако, уникальные свойства и размер наночастиц позволяет им с высочайшей эффективностью проникать через барьеры организма, и, что самое главное, дает им возможность после проникновения в клетку перейти в ядро через ядерные поры, что гарантирует чрезвычайно эффективное и быстрое начала экспрессии переносимой конструкции.
Известно, что формирование сосудов во взрослом организме представляет собой многоэтапный процесс, контролируемый на разных уровнях множеством генетических факторов. В первую очередь необходимо разрушить внеклеточный матрикс в месте ответвления будущего сосуда. Для формирования трубки необходима миграция, пролиферация и адгезия эндотелиальных клеток — этап, контролируемый огромным количеством факторов. На последнем этапе происходит созревание сформировавшегося сосуда, т. е. привлечение перицитов (капилляр) или гладкомышечных клеток (артериола). Генетические факторы, которые привлекли наше внимание, ЕТБ-1, ШЕ-2аНа, HEY1 и HEY2, являются одними из ключевых регуляторов этапов формирования сосудов во взрослом организме. В эксперименте планируется два способа доставки гена в зону ишемии: 1 — генетический вектор со встроенным геном заключается в наночастицу (предположительно, липосому) и инъецируется в ишемическую конечность крысы; 2 — генетический вектор с встроенным геном заключается в клетку-предшественник и клетки инъецируются в ишемическую конечность крысы. Для анализа результатов эксперимента планируется использовать ангиографию, анализ гистологических срезов и анализ экспрессии ангиогенных факторов. При получении положительных результатов предполагается проведение пилотного клинического исследования.
Наноматериалы. В рамках этого раздела выполняется исследование «Предотвращение патогенного воздействия электромагнитного излучения на сердечно-сосудистую систему за счет экранирующих свойств композиционных материалов на основе сплавов системы Со-Ее-№-Си-ЫЬ-81-В и Ее-Си-ЫЬ-Б1-В». Работа проводится совместно с сотрудниками Федерального государственного унитарного предприятия — Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов («Прометей»). Цель проекта — создание композиционных материалов на основе аморфных сплавов железа и кобальта с целью защиты биологических объектов от электромагнитных излучений.
Исследования, проведенные отечественными и зарубежными лабораториями, свидетельствуют о перспективности использования для экранирования электромагнитных полей промышленной частоты нанокристаллических сплавов на основе железа и кобальта, полученных методом контролируемой кристаллизации из аморфного состояния. Однако указанные материалы обладают нестабильностью магнитных свойств. Поэтому одной из актуальных задач является получение нанокристалических сплавов с управляемым уровнем магнитных характеристик. Уменьшение массогабаритных характеристик, рас-
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
ширение рабочего диапазона частот, повышение эффективности экранирования возможно при переводе структуры аморфных магнитных сплавов в нанокрис-таллическое состояние. Наличие в сплаве большого количества нанокристаллов a-(Fe, Si), расположенных в остаточной аморфной матрице, позволяет повысить магнитную проницаемость за счет вращения векторов намагниченности этих нанокристаллов. Показана способности сплавов препятствовать резким изменениям артериального давления (как у нормотензивных крыс, так и у крыс с врожденной артериальной гипертензией) при электромагнитных излучениях.
Дальнейшее развитие исследований представляет интерес в плане изучения способности созданных материалов защищать от электромагнитных излучений деятельность сердца, нарушения активности вегетативной нервной системы, обусловленные этим излучением, а также возможность защиты от электромагнитного излучения носимых кардиостимуляторов.
Несомненный научный и практический интерес представляет и второе исследование «Разработка и доклиническая оценка эффективности нанотехнологичных методов контролируемого высвобождения препаратов с антипролиферативной и антитромбо-тической активностью с поверхности артериальных стентов», проводимое нами в рамках раздела «Наноматериалы». Работа проводится ФГУ ФЦСКЭ им. В. А. Алмазова, Центральным НИИ робототехники и технической кибернетики и ГОУ ВПО СПГМУ им. акад. И. П. Павлова»
Стентирование коронарных артерий представляет собой неотъемлемый этап большинства чрескожных коронарных вмешательств, направленных на ре-васкуляризацию ишемизированного миокарда. Внедрение в клиническую практику стентов с лекарственным покрытием (СЛП) позволило существенно снизить частоту возникновения рестеноза [12]. Входящие в состав СЛП лекарственные препараты, связанные с полимерным покрытием стента, обладают антипролиферативным эффектом и обеспечивают локальное подавление деления эндотелиальных и гладкомышечных клеток, задействованных в патогенезе рестеноза. В настоящее время в интервенционной кардиологии наиболее широко применяются СЛП, содержащие два циторедуктивных препарата — сиролимус (рапамицин) и паклитаксел (таксол). Однако, выполненные в последние годы клинические исследования показали, что использование СЛП в ряде случаев может приводить к повышению риска позднего тромбоза стента [13]. В последние годы были предложены различные подходы к оптимизации эффективности и безопасности СЛП, основанные на использовании нанотехнологий. В частности, L. Y. Huang и M. C. Yang [14] применили оригинальную технологию покрытия стентов из нержавеющей стали несколькими (до 5) нанослоями гиалуроновой кислоты и гепарина толщиной 280-630 нм. Пространства между нанослоями загружались сиролимусом с плотностью, варьирующей от 1,02 до 3,13 мкг/см2, что позволяло добиться стабильной кинетики высвобождения препарата в течение 30 дней и более. В настоящее время особое внимание уделяется разработке бесполимерных
СЛП, покрытых наночастицами, содержащими анти-рестенотические препараты. Определенную перспективу в плане дифференцированной доставки антитром-ботических и антипролиферативных препаратов может представлять их помещение в микрорезервуары, сформированные в металлическом каркасе стента. При этом микрорезервуары, находящиеся на адлюминальной (обращенной в просвет сосуда) стороне ребра стента, целесообразно заполнять препаратами с антитромботи-ческой активностью (гепарин, гиалуроновая кислота и т. д.), а резервуары аблюминальной поверхности — ан-типролиферативными и противовоспалительными агентами. Не исключается и возможность помещения внутрь микропор наночастиц, содержащих соответствующий препарат. В настоящее время имеется опыт использования стентов с заполненными паклитакселом микропорами в эксперименте.
Для доклинических исследований эффективности и безопасности новых модификаций коронарных стентов используются две экспериментальные модели — стентирование коронарной артерии свиньи и подвздошной артерии кролика. В 2004 году B. Lange-veld [15] детально описали экспериментальную модель, предназначенную для изучения эффективности коронарных стентов у крыс in vivo. При этом стандартные промышленно изготовленные стенты помещали в брюшную аорту крыс с помощью катетера. Для проведения экспериментальной апробации эффективности и безопасности новых модификаций коронарных стентов нами была воспроизведена модель B. Langeveld [15]. При этом стандартные промышленно изготовленные стенты помещали в брюшную аорту крыс с помощью катетера. (размеры стентов могут варьировать от 2,0 до 2,5 мм в диаметре и от 8 до 15 мм в длину). После чего в динамике оценивается состояние кровообращения ишемизированной зоны, что позволяет судить о проходимости протеза в раннем и позднем послеоперационном периоде.
Отдельным направлением является проект «Технология создания гемо- и биосовместимых макромо-лекулярных систем (наноструктур) с антиоксидант-
Рис. 3. Фотомикрограмма аорты крысы с детекцией коллагена в неоинтиме имплантированного стента (Х200, окр. толуидиновый синий-основной фусцин)
ной активностью», который выполняется совместно с сотрудниками химического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, является разработка технологии создания гемо- и биосов-местимых макромолекулярных систем (наноструктур) с антиоксидантной активностью и применение их в качестве плазмозаменителей.
Острая массивная кровопотеря остается важнейшей проблемой современной медицины, так как является главной причиной смертности при техногенных и природных катастрофах, во время военных конфликтов, а также в результате хирургических операций, сопровождающихся обширной кровопотерей. Неблагоприятные эффекты острой кровопотери связаны в первую очередь со снижением внутрисосуди-стого объема жидкости и уменьшением количества носителя кислорода — гемоглобина. Вследствие этого развивается ишемия органов и стресс-реакция, которые являются пусковыми механизмами активации свободнорадикальных процессов. Именно поэтому внутрисосудистое связывание активных кислородных радикалов в процессе инфузионной терапии является чрезвычайно актуальным.
В настоящее время проблему острой массивной кровопотери решают традиционным способом и для стабилизации объема циркулирующей крови используются различные плазмозаменители: коллоидные (растворы био- или синтетических полимеров) и кристал-лоидные (солевые растворы). Однако все известные плазмозаменители в условиях гипоксии не защищают органы и ткани от повреждающего действия активных кислородных радикалов. Не решает проблему и применение этих плазмозаменителей с добавлением различных фармацевтических препаратов (антиоксидантов), связывающих активные кислородные радикалы.
Таким образом, на сегодняшний день существует крайняя необходимость создания новой технологии плазмозаменителей, которые сами выполняли бы функцию связывания свободных кислородных радикалов, то есть обладали бы антиоксидантными свойствами.
Для решения поставленной цели использован новый подход, заключающийся в создании макромо-лекулярных систем с антиоксидантной активностью, которые представляют собой гидрофильные био- или синтетические полимеры, содержащие в своей структуре функционально значимые фрагменты антиоксиданта, то есть сочетают в одной структуре макромо-лекулярные свойства гидрофильных полимеров и свойства антиоксиданта как регулятора свободнорадикальных процессов.
В качестве полимерной составляющей используются гидрофильные полимеры, такие как декстран, крахмал, поливиниловый спирт, которые применяются в медицинской практике в качестве основы плазмо-заменителей. В качестве антиоксидантной составляющей — химические соединение, обладающие выраженными антиоксидантными свойствами и высокой биологической активностью, такие как пространственнозатрудненные фенолы (ПЗФ). Наличие разнообразных функциональных производных ПЗФ, получаемых в промышленном масштабе, предопределило целесообразность их использования в качестве антиоксидантной
составляющей макромолекулярных систем с антиоксидантной активностью (МСАО).
Проведенный коллективом авторов первоначальный скрининг и оценка фармакологического профиля МСАО в составе плазмозаменителей в условиях острой кровопотери показали, что замещение кровопоте-ри предлагаемыми инфузионными средами позволяет поддерживать гемодинамические показатели на физиологическом уровне, а также блокировать развитие процесса свободно-радикального окисления. Предварительная инфузия плазмозаменителей с антиоксиданты-ми свойствами приводила к снижению летальных исходов (с 98 до 52%) при массированной острой крово-потере. Это может позволить более эффективно предупреждать осложнения, возникающие при использовании аппарата искусственного кровообращения или при оперативных вмешательствах, которые сопровождаются значимой кровопотерей.
Итак, последние годы ознаменовались бурным ростом интереса к нанотехнологии и ростом инвестиций в нее. И это вполне понятно, учитывая, что нанотехнологии обеспечивают высокий потенциал экономического роста, от которого зависят качество жизни населения, технологическая и оборонная безопасность, ресурсо- и энергосбережение. Те страны, которые не обратят внимания на этот фактор, серьезно отстанут от развивающихся экономик ведущих стран мира.
Литература
1. M. Schena, D. Shalon, R. W. Davis, H. O. Brown. Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray//Science. Vol. 270, № 5235. 1995.
2. M. Schena, D. Shalon, R. Heller et al. Parallel human genome analysis: microarray-based expression monitoring of 1000 genes//Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Vol. 93, № 20, 1996.
3. M. E. Truckenmiller, M. P. Vawter, C. Cheadle et al. Gene expression profile in early stage of retinoic acid-induced differentiation of human SH-SY5Y neuroblastoma cells//Restor. Neurol. Neurosci. Vol. 18, № 2-3, 2001.
4. H. Suzuki, E. Gabrielson, W. Chen et al. A genomic screen for genes upregulated by demethylation and histone deacetylase inhibition in human colorectal cancer//Nat. Genet. Vol. 31, № 2, 2002.
5. R. A. Young. Biomedical discovery with DNA arrays//Cell. Vol. 102, № 1, 2000.
6. B.J. Hong, V. SunkaraJ. W. Park. DNA microarrays on nanoscale-controlled surface. Nucleic Acids Res. Jul 7, 2005.
7. B. N. Gosalia, S. L. Diamond. Printing chemical libraries on microarrays for fluid phase nanoliter reactions. Proc Natl Acad Sci USA. July 22, 2003.
8. Y. P. Bao, M. Huber, T. F. Wei, S. S. Marla,J.J. Storhoff, U. R. Mueller. SNP identification in unamplified human genomic DNA with gold nanoparticle probes. Nucleic Acids Res. Jan 19, 2005.
9. C. R. Sabanayagam, J. R. Lakowicz. Increasing the sensitivity of DNA microarrays by metal-enhanced fluorescence using surface-bound silver nanoparticles. Nucleic Acids Res. January, 2007.
10. R. S. Vasan. Biomarkers of Cardiovascular Disease Molecular Basis and Practical Considerations. Circulation. 2006.
11. А. А. Жлоба, С. Ю. Иванова. Изучение свойств и выявление экспрессии рецептора активтрованного альфа-2-макроглобулина че-ловека//Клиническая лабораторная диагностика, № 4, 2002.
12. J. Ako, H. N. Bonneau, Y. Honda, P. J. Fitzgerald. Design criteria for the ideal drug-eluting stent. Am. J. Cardiol, 2007.
13. G. Nakazawa, A. V. Finn, R. Virmani. Vascular pathology of drug-eluting stents. 2007.
14. L. Y. Huang, M. C. Yang. Hemocompatibility of layer-by-layer hyaluronic acid/heparin nanostructure coating on stainless steel for cardiovascular stents and its use for drug delivery. J. Nanosci. Nanotechnol, 2006.
15. B. Langeveld, A.J. Roks, R. A. Tio et al. Rat abdominal aorta stenting: a new and reliable small animal model for in-stent restenosis. 2004.
ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008
