По мнению экспертов, в ближайшие пять лет нас ждет прорыв в сфере наномедицины. Уже сейчас этот рынок велик, а в ближайшие пять лет он может практически удвоить оборот. По прогнозам аналитиков Global Industry Analysts объем рынка продуктов, связанных с наномедициной, составлявший в 2010 году 63,8 млрд. долларов, а в 2011 году 72,8 млрд. долларов, достигнет к 2016 году объема в 130,9 млрд. долларов.
Современные технологии позволяют работать с веществом в масштабах, которые ранее казались невероятными – на уровне отдельных молекул и атомов. Вещество это может быть и органическим, что естественным образом дает толчок к развитию новой области – наномедицины. Впервые мысль о возможности использования микроскопических роботов в медицине говорил еще Ричард Фейнман в своей знаменитой лекции «Там внизу много места» в 1959 году, однако лишь теперь уровень наших технологий позволяет нам реализовать на практике.
Применение тонких технологий позволяет менять свойства контрастного вещества, что во много раз повышает точность традиционных методов визуализации - радиографии, эхографии, УЗИ, МРТ. Контрастное вещество для молекулярной диагностики состоит из наночастиц, с которыми соединены визуализирующие компоненты и определенные антитела либо какие-нибудь другие молекулы, способные отыскать цель. Когда контрастное вещество вводится в кровеносное русло, его поисковые компоненты взаимодействуют с целевыми структурами на поверхности больной клетки по принципу «ключ-замок», и визуализирующие компоненты попадают в больные ткани. После этого остается «считать» визуализированную информацию.
В некоторых случаях единая система может осуществлять как функцию диагностики, так и функцию лечения. Например, отличным средством для медицинской диагностики опухолей являются флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки. Они концентрируются в пораженных тканях, облегчая визуализацию даже на очень ранних стадиях. Для борьбы с опухолями в лабораторных экспериментах успешно применяются золотые наночастицы, которые при облучении инфракрасным излучением нагреваются и могут «зажарить» вокруг себя вредоносные клетки. Совсем недавно ученым удалось объединить эти две наночастицы, поместив квантовые точки в оболочки из золота, так что половина ее флуоресцентного излучения проходит через золотую оболочку, обеспечивая необходимый терапевтический эффект. При этом половина ее флуоресцентного излучения проходит через золотую оболочку, чего достаточно для визуализации, а при накапливании наночастиц в тканях опухоли можно начинать нагрев их золотой оболочки.
Другим направлением медицинских нанотехнологий является так называемая адресная доставка лекарств. Большая проблема в повышении эффективности лекарств - это улучшение способности препаратов направляться туда, где они необходимы, и защита их от разрушения во время циркуляции с кровью по организму. Как указывают исследователи, из 100000 молекул вещества только одна достигает цели, что заставляет вспомнить старую поговорку, что если болезнь не убьет человека, то уж лечение точно доконает.
Решение проблемы следующее – поместить молекулу или несколько молекул лекарства в капсулу, которая защитит его от разрушения, пока оно не достигнет цели. Кроме того, оболочка может быть разработана таким образом, что больная ткань как бы притягивает ее, облегчая достижение цели. Классическим примером являются молекулы фолиевой кислоты, которые активно захватываются клетками опухолей. Универсальными молекулами, узнающими поверхность клетки-мишени, могут быть антитела. Необходимо лишь знать, против каких поверхностных антигенов клетки их нужно конструировать.
Применение этой технологии позволяет на порядки снизить дозу вводимого лекарства, что уменьшит негативные побочные эффекты, которые порой бывают очень серьезными, например, при лечении онкологических заболеваний. Также присутствует возможность управлять высвобождением лекарства из контейнера. Так, при использовании в качестве контейнеров наночастиц с металлическим ядром и полимерной оболочкой, в которой содержатся лекарственные соединения, можно вызвать их высвобождение с помощью нагревания переменным магнитным полем или лазерным лучом.
Особые свойства наноматериалов могут быть использованы для выращивания искусственных органов и тканей. Например, разработана методика восстановления хрящевой ткани, которая имела механические и биохимические свойства, близкие к естественному хрящу. Существуют разработки использования наноматериалов для восстановления костной ткани, в частности, механических свойств зубной эмали.
Однако конечно же все эти разработки меркнут в сравнении с главное перспективой медицинских нанотехнологий – созданием автономного робота, который сможет функционировать внутри живого организма, перемещаясь по капиллярам и устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая возникновение таковых. Использование нанотехнологий в медицине, в первую очередь, связывают с нанороботами. Хотя отдельные части такого робота уже созданы и проходят испытания в лаботаториях, объединение их в единое устройство пока остается теоретической разработкой.
Материалом для робота послужат углеродные соединения, чтобы избежать возможного отторжения. Перемещаться в кровотоке от сможет с помощью сокращения пучка жгутиков, так перемещаются многие бактерии. Такой робот должен обладать хорошей навигационной системой, позволяющей перемещаться по кровеносным сосудам и обладать системой сенсоров для наблюдения и взаимодействия со средой. Робот должен обладать манипуляторами для работы с внешними объектами. Также нанороботу необходима мощная транспортная система, доставляющая отдельные атомы и молекулы от хранилищ к наноманипуляторам, и обратно.
Вводиться нанороботы будут с помощью инъекции. Типичная наномедицинская обработка (например, очистка от бактериальной или вирусной инфекции), вероятно, будет состоять из инъекции нескольких кубических сантиметров нанороботов микронного размера, растворенных в жидкости (возможно в воде или в солевом растворе). Типичная терапевтическая доза может включать от 1 до 10 триллионов отдельных нанороботов.
Нанороботы смогут выполнять самые различные, в том числе сложные функции. Это и работа фагоцитов – борьба с бактериями и вирусами, и чистка сосудов от отложений, и нормализация и регулировка работы клеток, и уничтожение раковых клеток и многое другое. После выполнения задачи роботы будут выводиться из организма естественным путем или же распадаться.
Как мы видим, перспективы наномедицины фантастичны и радужны. Остается надеяться, что разум человека возобладает над злобой и воинственностью и не позволит ему применить новые знания для уничтожения и в этом случае наномедицине предстоит уничтожить почти все широко распространенные заболевания двадцатого столетия, боль, увеличить срок жизни человека и расширить наши умственные и физические возможности. Нанотехнологии в медицине тесно связаны с другими отраслями, такими как электроника или наноматериалы. Без наноэлектроники, к примеру, невозможно создать управляемого наноробота.
Источник: nanodigest.ru.
Рейтинг публикации:
|
