CC BY
9
DOI 10.46566/2412-9682_2022_80_23
Беккуше Иншерах студент магистратруры Институт биохимических технологий и нанотехнологий Российский университет дружбы народов
Россия, Москва
НАНОГУБКИ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ТОКСИНОВ
Аннотация: Нано технология как наука стала формироваться в конце двадцатого века, что, прежде всего, было связано с основополагающими работами Norio Taniguchi и Ричарда Фейнмана иизобретением в 1981 году сканирующего туннельного микроскопа Гердом Биннигом и Генрихом Рорером из Цюрихской лаборатории IBM (Швейцария). Бурное развитие нано технологии началось в начале двадцать первого века и связано с утверждением и финансированием национальных программ развития этой отрасли науки в США, Японии и Китае. Одним из неотъемлемых достижений является создание нано-губок, позволяющих выводить из организма токсины.
Ключевые слова: хитозан-пвс матрицы, антибактериальное действие,chitosan-pva matrices, antibacteria effect,
silvernanoparticles,нанотехнологии, медицина, nanotechnology,medicine.
Bekkushe Insherach master's student
Institute of Biochemical Technologies and Nanotechnologies
Peoples' Friendship University of Russia
Russia Moscow
NANOSPONGES FOR THE ABSORPTION OF TOXINS
Annotation: Nano-technology as a science began to take shape at the end of the twentieth century, which was primarily due to the fundamental works of Norio Taniguchi and Richard Feynman and the invention in 1981 of a scanning tunneling microscope by Gerd Binnig and Heinrich Rohrer from IBM Zurich Laboratory (Switzerland). The rapid development of nano-technology began at the beginning of the twenty-first century and is associated with the approval and financing of national programs for the development of this branch of science in the USA, Japan and China. One of the essential achievements is the creation of nano-sponges that allow toxins to be removed from the body.
Keywords:chitosan-PVA matrices ,antibacterial action, chitosan-pva matrices, antibacterial effect,silvernanoparticles, nanotechnology, medicine, nanotechnology,medicine.
Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер
ту подковку делал.
Николай Лесков
В последние годы приставка «нано» стала известна даже тем, кто не имеет представления о её численном значении, а форсированное развитие нано технологий ставит вопросы, связанные с общественной безопасностью манипуляций с частицами, чей размер сопоставим с наиболее мелкими объектами в биологической иерархии наших организмов. Потенциал применения нано технологий в медицине огромен, но, как и пресловутая палка, обоюдоостр: за наноскопическим барьером скрываются не только чудеса, но и угрозы. Для адекватной оценки этих опасностей необходимо чётко представлять механизмы взаимодействий, возникающих в области непосредственного контакта искусственных нано частиц и клеток живого организма. [5]
Если рассмотреть запертый в организме бактериальный токсин в мембране, покрывающей микроскопический полимерный шарик, это позволит иммунитету создать защиту против такого токсина, не опасаясь, что бактериальный яд отравит сами иммунные клетки.[2]
Лекарственная устойчивость бактерий — одна из самых больших проблем в медицине: стоит создать очередной антибиотик, как появляются бактериальные штаммы, которые умеют новый препарат обезвреживать. Способности бактерий в этом практически безграничны: они могут в рекордно короткие сроки вырабатывать устойчивость к разнотипным веществам, причём, чтобы стать устойчивыми к антибиотику, им, кажется, даже не обязательно с этим антибиотиком знакомиться.[1]
Понятно, что предлагаемые способы борьбы с устойчивыми бактериями с каждым годом становятся всё изощрённее. Касается это в первую очередь самих антибиотиков: исследователи пытаются найти вещество, к которому бактерии заведомо не смогли бы приспособиться. С другой стороны, можно, например, вообще отказаться от антибиотиков и поручить истребление бактерий иммунитету. Иммунной системе всё равно, к чему там устойчива бактерия, и потенциально иммунитет может легко одолеть даже известный штамм золотистого стафилококка MRSA, который считается едва ли не эталоном множественной лекарственной устойчивости бактерий. [3]
Однако бактерии не просто так плавают в нашем организме: они ещё и выделяют токсины, которые отравляют клетки и органы. Например, тот же MRSA производит токсин альфа-гемолизин, формирующий в мембране клеток поры, через которые содержимое клетки может вытекать наружу, а в неё саму может попадать окружающая жидкость; в общем, ни о какой клетке говорить уже не приходится. Иммунитет, возможно, легко бы
справился с бактериями, если бы не этот токсин, который убивает сами иммунные клетки. [ 14]
Но ведь иммунную систему можно запрограммировать на то, чтобы она боролась с самим токсином. Можно разработать вакцину, которая будет тренировать иммунитет, чтобы он распознавал токсин, как только яд появляется в организме. Однако обычные вакцины создаются из обработанных патогенов и их молекул, которых убили прогреванием и которые не причинят вреда, если их ввести в организм. И такой способ не совсем подходит для получения антитоксиновой вакцины: ядовитый бактериальный белок теряет структуру при прогревании, и в результате у иммунной системы, которая научится распознавать сломанный или полусломанный белок, с обычным действующим токсином могут возникнуть проблемы.
То есть тут нужно было бы создать такой способ вакцинации, который сохранял бы белок-мишень в натуральном, рабочем виде, не отравляя при этом организм. Решение задачи предложили Лянфан Чжан (Liangfang Zhang) и его сотрудники из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США). Они использовали для получения вакцины против стафилококкового токсина, так называемые наногубки — полимерные наношарики (диаметром 85 нм), обёрнутые в мембрану эритроцитов. [9]
Как писал: "Это принципиально новый способ удаления токсинов из кровотока. Мы создаем не противоядия под конкретные виды яда, а платформу, способную нейтрализовать множество токсинов из самых разных источников, в том числе выделения золотистого стафилококка и других бактерий, устойчивых к антибиотикам", — заявил Лянфан Чжан (Liangfang Zhang) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США). Чжан и его коллеги создали потенциально универсальный способ защиты организма от отравления бактериальными и животными ядами, разработав систему "камуфляжа", позволяющую наночастицам избегать внимания иммунной системы человека. По словам ученых, "чистые" наночастицы не могут долго существовать внутри кровотока, так как иммунная система считает их инородным телом и достаточно быстро уничтожает их.[8]
В эту мембрану вводились токсины, которые и оставались в ней, и такие вот утыканные токсином шарики запускались в кровь вакцинируемому животному.
Собственно, наногубки создавались как средство очистки организма от токсинов; предполагалось, что если их ввести, например, в кровь, то они соберут на себя бактериальные яды. Кровь очистится от токсинов, и иммунной системе и всему организму станет лучше. Но потом исследователи подумали: а нельзя эти наногубки использовать ещё и для тренировки иммунитета?.. Токсин, попав в мембрану наношарика, уже не может её покинуть; при этом он сохраняет свою рабочую форму, никаких изменений с ним не происходит. К тому же он вполне доступен для того,
чтобы его смогла «ощупать» иммунная система: авторы работы сравнивают такой пойманный токсин с преступником в наручниках, которого зеваки могут разглядывать, не опасаясь за свою жизнь.[7]
В Nature Nanotechnology исследователи сообщают, что такая антитоксиновая вакцина «на мембранных шариках» оказалась более чем эффективна. Половина животных, которым вводили такую вакцину, выжили после заражения MRSA-штаммом золотистого стафилококка, тогда как после обычной вакцины из термически обработанного белка выжили только 10%. И это после однократного введения! Если же вакцину вводили два раза и больше, эффективность «наногубкового» препарата достигала 100% — против 90% у обычной вакцины. Понятно, что в случае опасной, потенциально смертельной бактерии разница в эффективности вакцины в 10% — это серьёзное достижение. Исследователи уверяют, что их способ годится не только для того, чтобы обучить иммунитет работать против конкретного стафилококкового токсина, но и против ядов других бактерий — таких, например, как кишечная палочка и Helicobacter pylori. Вообще с помощью таких наногубок можно показывать иммунной системе самые разные белки, которых нельзя обезвреживать обычными методами; главное, чтобы мембрана губок удерживала такие белки при себе.[12]
Итак, мы теперь можем небезосновательно придти к выводу, что использование наногубок в медицине — реальность, подтвержденная в лабораториях. Были проведены реальные исследования, показавшие, что наногубки могут сыграть в нашей войне против болезней роль союзника и перевести ее на новый уровень.[13] Наночастицы могут быть получены довольно простыми методами, многие из них абсолютно безопасны и намного лучше справляются с теми или иными болезнями, чем те лекарства, которыми мы пользуемся сейчас. Эти средства уже прошли испытания на мышах, и готовятся их тесты уже на людях. И, возможно, когда-нибудь в больницах будут выписывать именно нано-губки от тех болезней, которые раньше считались неизлечимыми. Быть может, благодаря нанотехнологиям мы победим рак, ВИЧ и другие болезни с таким же успехом, как в свое время благодаря достижениям медицины побороли оспу, тиф и «черную смерть». Ведь недаром Эрик Дрекслер, один из праотцов нанотехнологий, сказал слова, выбранные мною в качестве эпиграфа к данной статье: «Нанотехнология принесет фундаментальный прорыв в медицине».
Использованные источники:
1. Домбровская Д.М. ОСНОВЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ... // Международный студенческий научный вестник. - 2018. - № 4-1. ; URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18631 (дата обращения: 21.02.2022).
2. Медицина и фармацевтика в наномире. (2009). ТУСУР;
3. Andre E. Nel, Lutz Mâdler, Darrell Velegol, Tian Xia, Eric M. V. Hoek, et. al.. (2009). Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface. Nature Mater. 8, 543-557;
4. Mélanie Auffan, Jérôme Rose, Jean-Yves Bottero, Gregory V. Lowry, JeanPierre Jolivet, Mark R. Wiesner. (2009). Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective. Nature Nanotech. 4, 634-641;
5. Наномедицина будущего: трансдермальная доставка с использованием наночастиц;
6. Доставка лекарственных препаратов на основе рецептор -опосредованного эндоцитоза;
7. Omid C. Farokhzad, Robert Langer. (2009). Impact of Nanotechnology on Drug Delivery. ACSNano. 3, 16-20;
8. Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства;
9. Volker Wagner, Anwyn Dullaart, Anne-Katrin Bock, Axel Zweck. (2006). The emerging nanomedicine landscape. Nat Biotechnol. 24, 1211-1217;
10. C. Li, H. Liu, Y. Sun, H. Wang, F. Guo, et. al.. (2009). PAMAM Nanoparticles Promote Acute Lung Injury by Inducing Autophagic Cell Death through the Akt-TSC2-mTOR Signaling Pathway. Journal of Molecular Cell Biology. 1, 37-45;
11. Health risks of nanotechnology: how nano-particles can cause lung damage, and how the damage can be blocked. (2009). ScienceDaily;
12. Антимикробные пептиды — возможная альтернатива традиционным антибиотикам;
13. Lihong Liu, Kaijin Xu, Huaying Wang, P. K. Jeremy Tan, Weimin Fan, et. al.. (2009). Self-assembled cationic peptide nanoparticles as an efficient antimicrobial agent. Nature Nanotech. 4, 457-463;
14. Nanotechnology combats fatal brain infections. (2009). ScienceDaily.
