CC BY
361
УДК: 61:539.2-022.532 И.Г. Краснополина
КГП на ПХВ "Центральная районная больница Зыряновского района" Управления здравоохранения Восточно-Казахстанского акимата
НАНОТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ
Аннотация
В статье представлен обзор литературных данных о развитии нанотехнологий в области медицины. Основной целью исследования было проведение обзора основных прикладных направлений в диагностике и лечении наиболее актуальных и трудно поддающихся терапии заболеваний, таких как: рак, диабет, хроническая сердечная недостаточность, ВИЧ/СПИД.
Ключевые слова: нанотехнологии, наномедицина, нанодиагностика, нанотехнологии в терапии.
Актуальность
Наноизмерение начинается с размера менее 0,1 мкм, 1 нанометр равен одной миллиардной части метра, 10-9 м. Нанонаука изучает явления, качества и свойства материалов на атомных, молекулярных и макро-молекулярных уровнях в диапазоне измерений между 1 и 100 нм. Следует отметить, что в этой шкале измерений, в особенности при размерах менее 5 нм, свойства материи существенно различаются. Нанотехнологиями можно считать любые технологии создания объектов, потребительские свойства которых определяются необходимостью контроля и манипулирования отдельными наноразмерными объектами [1]. Один нанометр составляет одну миллиардную метра и имеет фактическую ширину в 5 атомов.
Наноматериалы и устройства могут становиться посредниками взаимодействия с клетками и тканями на молекулярном (субклеточном) уровне с высокой степенью функциональной специфичности, позволяя интегрировать ранее невозможные взаимодействия между различными медицинскими устройствами и биологическими системами [1, 2].
Развитие нанотехнологий в настоящее время идет по нескольким магистральным направлениям - нано-биотехнология, наноэлектромеханика, наноэнергетика, создание новых поколений функциональных и конструкционных наноматериалов и т.д.
Исследования и разработки активно идут более чем в 50 странах, и по прогнозам специалистов, в ближайшие 10 лет общемировой рынок превысит 1 триллион долларов в год. Для эффективного использования имеющихся ресурсов и скорейшего внедрения нанотехно-логий в США, Японии, Германии, Швеции, Франции, Китае и других странах приняты масштабные государственные программы, руководителями которых являются первые лица государства [3, 4].
Целью данного исследования было проведение обзора литературных данных о развитии нанотехнологий, применяемых в области медицины в диагностических и лечебных целях.
Материалы и методы: Нами был проведен обзор литературных данных, опубликованных в доступных к
свободному изучению базах: MEDLINE, PubMed, Embase, e-library, GoogleScholar. Критериями поиска данных было включение в поисковые запросы ключевых элементов: «нанотехнологии», «наномедицина», «нанодиагностика», «нанотехнологии в терапии», «развитие нанотехнологий в мире».
Результаты и обсуждение
Сегодня нанотехнологии приобретают особое значение в медицине из-за их небольшого размера и специального целенаправленного (таргетного) воздействия на определенные прикладные точки в живом организме [5 - 7]. Наноразмерные устройства от 100 до 10000 раз меньше клеток человека. В связи с небольшим размером и большой площадью поверхности по отношению к их объему наноразмерные устройства могут легко взаимодействовать с биомолекулами (например, ферментами и рецепторами) как на поверхности, так и внутри клеток. Путем получения доступа к самым наименьшим и отдаленным от традиционного диагностического подхода областям тела, наночастицы имеют потенциальную возможность обнаружить болезнь на микроуровне и обеспечить наиболее специфичное лечение. В настоящее время проводится активная исследовательская деятельность по изучению безопасных способов применения нанотехнологий в клинической практике. Одно из таких направлений, это изучение возможностей многофункциональных наночастиц, которые наряду с диагностическим значением могут давать более подробную информацию о стадийности заболевания или его про-грессировании.
Большой технический прогресс в вопросах диагностики был достигнут за счет создания биологических мембранных микрочипов. Их применение позволило исследователям получать количественную информацию о полном или близком к полному профилю транскрипции генов в исследуемых клетках, что может быть немаловажным для маркерной диагностики различных заболеваний на самых ранних этапах развития болезни [8 - 13].
Основные области изучения нанотехнологий в медицине согласно проанализированных нами литературным данным представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Состояние использования нанотехнологий в медицинской практике [8, 14]
Область Искомое свойство Статус
применения
Доставка лекарств Более эффективное лечение с помощью существующих терапевтических средств; контролируемое высвобождение лекарств; таргетный эффект Стадия ранних клинических испытаний
Онкология Ранняя диагностика; таргетный эффект на опухолевые клетки с избежанием вовлечения здоровых клеток в процесс терапии Стадия клинических испытаний
ВИЧ/СПИД Создание специфического терапевтического агента, способствующего уклонению клеток иммунной системы от заражения вирусом Стадия ранних клинических испытаний
Кардиология Доставка наночастиц для очистки трансплантата гемопоэтических стволовых клеток; возможность использования наномашин для таргетной доставки лекарственных средств в клетки-мишени при остром инфаркте миокарда и факторов ангиогенеза в зоны ишемии при хронической артериальной недостаточности нижних конечностей Стадия ранних клинических испытаний
Сахарный диабет Мониторинг условий и активности искусственного способа регулирования и поддержания собственного гормонального баланса в организме Лабораторные испытания
Контрацепция Достижение максимального желаемого эффекта при минимуме побочного действия Лабораторные испытания
Безусловно, одно из приоритетных направлений развития нанотехнологий, на анализе которого мы хотели бы остановиться, находится сейчас в области изучения терапии и диагностики такого смертельного заболевания как рак. В настоящее время самая ранняя диагностика онкологического процесса возможна только при наличии изменений в тканях. При взятии диагностических биопсий материала с последующим проведением гистологического исследования, врач может подтвердить наличие атипии клеток, а соответственно онкологического заболевания. Современные ученые стремятся к получению метода, который позволит проводить диагностику рака на молекулярном уровне, до вовлечения в процесс множества клеток. Нанотехноло-гии дают возможность выбора множества инновационных инструментов для диагностики и лечения этого тяжелого заболевания. Так, Национальный Институт Рака, США (NCI) имеет собственную нанолабораторию. Одна из последних разработок данной лаборатории -это методология обеспечения доставки сразу нескольких терапевтических агентов к месту образования и роста опухоли для того, чтобы одновременно атаковать несколько точек распространения ракового процесса.
Аналогичным образом нанотехнологии позволяют генерировать биодатчики, которые в естественных условиях, позволяют обнаружить расположение опухолевых и метастатических изменений, которые находятся на существенно меньшем этапе развития патологического процесса, чем те, которые поддаются обнаружению с использованием обычных технологий.
Таким образом, в последнее время повсеместно отмечается бурный рост интереса к нанотехнологиям со стороны ученых и правительств разных стран и Республика Казахстан находится среди них. Все области применения нанотехнологий являются перспективными направлениями развития науки и благосостояния общества. Достижение желаемых эффектов применения нанотехнологических приемов диагностики и лечения в медицине позволит значительно повысить долголетие и уровень качества жизни для людей, страдающих тяже-
лыми неизлечимыми заболеваниями, такими как: рак, сердечная недостаточность, диабет и ВИЧ/СПИД.
Литература:
1. Logothetidis S. Nanotechnology in medicine: the medicine of tomorrow and nanomedicine // Hippokratia. -2006. - V. 10. - №. 1. - P. 7-21.
2. Горохов В.Г. Нанотехнология - новая парадигма научно-технической мысли / В.Г. Горохов // Высшее образование сегодня. - 2008. - N 5 - С.36-41.
3. Лахтин В. М. и др. Нанотехнологии и перспективы их использования в медицине и биотехнологии // Вестн. Рос. акад. мед. наук. - 2008. - №. 4. - С. 50-55.
4. Чумаченко Б., Лавров К. Нанотехнологии-ключевой приоритет обозримого будущего // Проблемы теории и практики управления. - 2001. - №. 5. - С. 7175.
5. Тян, Анатолий Геннадьевич Морфологическая характеристика органов Экспериментальных животных при пероральном введении Детонационных наноалма-зов (экспериментальное исследование): Автореф. дис. ... канд. мед. наук : 14.00.02 / Тян Анатолий Геннадьевич. - Красноярск : Б.и., 2005. - 26 с.
6. Яшин К.Д., Логин В.М., Терпинская Т.И., В. С. Осипович. Нанотехнологии для медицинской диагностики: привитальная Визуализация клеток с использованием нанокристаллов / К.Д. Яшин, В.М. Логин, Т.И. Терпинская, В. С. Осипович // Рецепт. - 2009. - N 3. - С. 142146.
7. Фёдоров А.В., Коллеров М.Ю., Рудаков С.С., П.А. Королев А.В. Фёдоров, М.Ю. Коллеров, С.С. Рудаков, П.А. Королев Применение нанотехнологически структурированного никелида титана В медицине / А.В. Фёдоров, М.Ю. Коллеров, С.С. Рудаков, П.А. Королев // Хирургия. - 2009. - N 2. - С. 71-74.
8. Шляхто Е.В. Инновационные нанотехнологии в медицине и биологии // Журнал об инновационной деятельности Инновации. - 2008. - №. 6. - С. 54-59.
9. Schena M., Shalon D., Davis R.W., Brown H.O. Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray // Science. - 1995. -Vol.270, - №5235.
10. Schena M., Shalon D., Heller R. et al. Parallel human genome analysis: microarraybased expression monitoring of 1000 genes // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 1996. - Vol. 93, - № 20.
11. Truckenmiller M.E., Vawter M.P., Cheadle C. et al. Gene expression profile in early stage of retinoic acidinduced differentiation of human SHSY5Y neuroblastoma cells // Restor. Neurol. Neurosci. Vol. 18, № 2-3, 2001.
12. Suzuki H., Gabrielson E., Chen W. et al. A genomic screen for genes upregulated by demethylation and histone deacetylase inhibition in human colorectal cancer // Nat. Genet. - 2002. № 2, - Vol. 31.
13. R. A. Young. Biomedical discovery with DNA arrays // Cell. 2000, № 1, - Vol. 102.
14. Navalakhe R.M., Nandedkar T.D. Application of nanotechnology in biomedicine // Indian journal of experimental biology. - 2007. - V. 45. - №. 2. - P. 160.
Тужырым МЕДИЦИНАДАГЫ НАНОТЕХНОЛОГИЯЛАР И. Г. Краснополина КММ ШЖК "Ортальщ аудандьщ ауруханасы», Зыряновск а.
Ма^алада медицина саласындагы нанотехнологиялардыщ дамуы туралы эдеби м8лiметтердi шолу керсеттген. Зерттеудщ непзп манаты обыр, диабет, созылмалы жYрек жетiспеушiлiгi, А^Т^/Ж^ТБ сия^ты аурулардыщ еч e3eKTi жэне кYPделi емдеуге жататын аурулар терапиясыныщ диагностикасына жэне емдеуге багытталган негiзгi ^олданбалы багыттарына шолу eткiзу болып табылады.
Heri3ri сездер: нанотехнологиялар, наномедицина, нанодиагностикасы, нанотехнологиялар терапиясында.
Summary NANOTECHNOLOGY IN MEDICINE I.G. Krasnopolina CSE «CRH of Zyryanovsk region» Health Care Department of the East Kazakhstan akimat
The article provides an overview of published data on the development of nanotechnology in medicine. The main purpose of the study was to provide an overview of the main application areas in the diagnosis and treatment of the most actual and difficult to treatment of diseases such as cancer, diabetes, chronic heart failure, HIV/AIDS.
Keywords: nanotechnology, nanomedicine, nanodiagnostics, nanotechnology in therapy.
