Реферат: Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

Московский государственный институт радиотехники,

электроники и автоматики


(Технический университет)


Р Е Ф Е Р А Т


по химии


Тема : Наночастицы - средства доставки лекарств в организме.


Выполнил : студент группы ЭН-4-06

Мартынов Н.А.


М о с к в а , 2 0 0 7


С о д е р ж а н и е


стр.


Введение 3

1.1.Нанотехнологии - современные достижения

и перспективы их использования в мировой фармацевтике. 3
^ Наноперевозки лекарственных субстанций. В любую точку организма. Быстро, качественно. 6
Наносервис: доставка лекарства прямо в клетку . 11

4. Доставка лекарств с помощью пористых наночастиц. 12

«Наноспеции» — новая стратегия в нанотехнологии 13

для терапии рака.

Полимеры-самоубийцы меняют облик медицины 14

Доставка лекарственных препаратов с помощью магнитных наночастиц. 15
    

Заключение 18

Список литературы 22



1. В В Е Д Е Н И Е


1.1. Нанотехнологии - современные достижения и перспективы их использования в мировой фармацевтике.(3)

 

В настоящее время все медицинские приборы, материалы и лекарственные средства производятся из веществ, состоящих из миллиарда и более атомов. Качественным скачком, обеспечивающим беспрецедентную точность и эффективность в их создании, является переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами и молекулами.

Впервые идея о возможности создания объектов путем их молекулярной или даже атомной сборки высказывалась в лекции Р.Ф. Фейнмана «Внизу полным-полно места», прочитанной им в Калифорнийском технологическом институте в 1960 г. А после выхода книги Дрекслера «Машины творения» широкое распространение приобрел термин «нанотехнология».

Нанотехнология — это работа с веществом на уровне отдельных молекул и атомов, манипуляция которыми может привести к созданию достаточно сложных объектов, чья структура может быть описана с точностью до одного атома. Ранее этот термин был предложен Норио Танигучи, понимавшим под этим любые субмикронные технологии.

Само название происходит от слова «нанометр» (одна миллиардная доля метра), что равняется нескольким межатомным расстояниям. Рассматривая отдельные атомы в качестве основных строительных элементов, нанотехнологи разрабатывают способы конструирования из атомов новых материалов для последующего создания объектов с точно заданными характеристиками.

Нанотехнологии — одно из самых многообещающих направлений в современной науке, в том числе в медицине и фармации. Это связано с тем, что современные технологии позволяют работать с веществом в нанометровых масштабах; именно такие размеры характерны для основных биологических структур — клеток — и для молекул. Эти технологии трансформируют устоявшиеся научные дисциплины (например, биохимию) и позволяют создавать новые (например, прикладную генетику).

По определению ведущего ученого в данной области Р. Фрейтаса, наномедицина — это слежение, исправление, конструирование и контроль биологических систем человека на молекулярном уровне с использованием разработанных наноустройств и наноструктур. Наномедицина пока еще только зарождается, но уже существуют нанопроекты, воплощение которых в медицину, в конечном итоге, даст результат. Ближайшие перспективы применения нанотехнологий в медицине и фармации могут рассматриваться во взаимодействии дисциплин по созданию молекул, нанотехнологий твердых веществ, микроэлектроники, микроэлектромеханических (microelectromechanical systems — MEMS) и микрооптикоэлектромеханических систем (microopticalelectromechanical systems — MOEMS).

Нанотехнология может стать гигантским шагом человечества на пути к созданию новых приборов и препаратов для лечения множества заболеваний, а возможные медицинские достижения, которые станут доступными с помощью нанотехнологии, простираются от диагностики до терапии.

Такие технологии позволят применять новую диагностическую технику, более специфическую терапию и местное применение лекарства, которое увеличивает эффективность, медленно увеличивает сопротивляемость к нарушениям и снижает нагрузку токсичными компонентами на организм человека. По мнению ученых, количество целевых зон для лекарственных препаратов, которые будут выявлены в результате исследования генома человека, может составить от 3.000 до 10.000 (по сравнению с 417, эмпирически полученными в настоящее время).

Кроме того, детальное понимание взаимодействия между генами, молекулярным движением и болезнью может дать возможность создания высокоспецифичных, индивидуальных лекарственных препаратов.

Вероятно, что фармацевтическая отрасль будет переходить от парадигмы исследования медикаментов через сочетание различных компонентов в препарате к целевой инженерии молекул с заданными свойствами. В ближайшее время предполагается создание нанолекарств, которые будут доставляться кровопотоком непосредственно к больному органу человека, что увеличит эффективность его использования и снизит побочные эффекты.

По оценке специалистов, основными сферами медицины и фармации, которые затронет нанотехнология, станут доставка лекарственных средств, создание искусственных тканей организма, диагностика и индикация препаратов.

К научным и прикладным разработкам в области нанотехнологий подключены все ведущие университеты мира. За последние годы было создано свыше 1.600 нанотехнологических компаний и научных центров, и число их удваивается каждые 1,5-2 года.

Одним из лидеров в области биотехнологических исследований (в частности, исследований нанотехнологии и их коммерциализации) является компания «Invitrogen» (IVGN). В феврале 2005 г. она приобрела частную компанию «Dynal Biotech», специализирующуюся на биофармацевтических исследованиях (разделение клеток и их очищение, исследование протеинов, нуклеиновой кислоты) и микробиологии. Компания обладает технологией «Dynals Danabead», позволяющей ускорить исследование болезней и открытие новых препаратов.

Всеобщий интерес к развитию нанотехнологий подтверждается принятием в 35 странах мира национальных программ по развитию этого перспективного научно-технического направления, а также большими объемами выделяемых бюджетных средств. По данным отчета «Lux Research» (2004), в мире на развитие нанотехнологий только правительственных средств было выделено в 2003 году — 3,5 млрд. долл., а в 2004 году — уже 4,6 млрд. Из них по 1,6 млрд. долл. (по 35 %) выделено правительствами США и стран Азии, еще 1,3 млрд. долл. — странами ЕС. За последние 5 лет многие страны (в том числе США, Япония, Китай, страны Евросоюза) приняли национальные программы развития нанотехнологий как высшие национальные приоритеты.

В настоящее время в США функционирует Национальное управление по координации исследований в области нанотехнологий — государственная структура, призванная обеспечивать взаимодействие между академической наукой, бизнесом и государственными органами.

В Европе координатором процесса становления и развития нанотехнологий является созданная в 2002 г. некоммерческая организация «Европейская Ассоциация нанобизнеса» (ENA), основная цель которой — содействие развитию сильной и конкурентоспособной европейской промышленности, базирующейся на использовании нанотехнологий. Международная Организация по стандартизации (ISO) в ноябре 2005 года создала «Технический комитет 229 — Нанотехнологии» (ISO/TC 229), который будет разрабатывать международные стандарты нанотехнологий по трем основным группам: терминология и номенклатура, метрология и определение параметров, влияние на здоровье, безопасность и окружающую среду.

Россия также имеет определенный потенциал в сфере нанотехнологий. Есть производственные мощности, теоретические и практические разработки. Согласно мониторингу, сделанному Департаментом государственной научно-технической и инновационной политики Министерства образования и науки РФ в течение года, по научно-техническому уровню Россия относится к числу ведущих стран и находится на передовых стартовых позициях по научным разработкам. По данным Центра исследований проблем развития науки РАН (ЦИПРАН), за последние полтора года в число занимающихся нанотехнологиями научных организаций стране удвоилось. Активными исследованиями в области нанотехнологий занимаются более 60 институтов РАН. В одном из отчетов Института биомедицинской химии РАМН указано, что в 1998-2005 гг. в России опубликовано более 200 научных работ, демонстрирующих эффективность нанотехнологий при лечении целого ряда заболеваний, включая рак, рассеянный склероз, менингит, СПИД, грипп и туберкулез. Получены также убедительные данные о возможности использования наночастиц для производства эффективных вакцин.

 
^ 2. Наноперевозки лекарственных субстанций. В любую точку организма. Быстро, качественно.
Последние десятилетия нанотехнологии бурно внедряются практически во все сферы жизни. Есть среди них область, где биотехнология пересекается с нанотехнологией. Это наномедицина.
Так же, как и традиционная медицина, она включает в себя диагностику, лечение и профилактику болезни, только все это выполняется молекулярными инструментами. Переход к наноразмерам в медицинском инструментарии имеет вполне логичное объяснение. Основной объект воздействия современной медицины - это клетка, а зачастую - макромолекулы (ДНК, белки, реже полисахариды). Но если размер клеток 7-20 мкм, а диаметр двойной спирали ДНК 2,4 нм, то и инструменты для их починки должны быть того же порядка, что и объект, то есть нанометрового диапазона.
Конечную цель наномедицины можно определить как создание "нанороботов-лекарей", которые путешествуют по организму, проходят через все барьеры и доставляют к клеткам лекарственную субстанцию, а также устройства для манипуляций над клетками и молекулами. Среди них могут быть и "нанороботы-чистильщики". Но это в перспективе. Сегодняшний же уровень развития наномедицины - это доставка лекарственных и диагностических субстанций в наноконтейнерах в нужное место. Такая адресная доставка обеспечивает более эффективное действие лекарства и сохраняет окружающие ткани. Для нее служат нанокапсулы (стелс-липосомы) или векторы для генной терапии (вирусные и невирусные).
У наночастиц-лекарей несколько последовательных задач. Им надо найти в организме клетки-мишени, пройти через все барьеры, доставить к ним субстанцию для лечения или диагностики, затем проникнуть внутрь клетки и выгрузить содержимое. После выполнения своей задачи судьба наночастиц - распасться на части и покинуть организм. Для того, чтобы обеспечить выполнение всех этих этапов действий, им надо обладать некоторыми вполне определенными свойствами. Иметь рецепторы для направленного движения к цели. Обладать способностью проходить через клеточные мембраны. Высвобождать содержимое точно в нужное время и в нужном месте. Быть нетоксичными.
Мишени, на которые направлены наночастицы, это, к примеру, раковые клетки, клетки, зараженные вирусом, атеросклеротические бляшки и всяким образом поврежденные органы. Когда доксорубицин доставляется к опухоли в липосомах, его лечебное действие на опухоль в несколько раз больше, чем когда раствор просто вводится в организм (в опытах на мышах). Барьеры, которые встают на пути наночастиц, многообразны: стенки желудочно-кишечного тракта, стенки капилляров, гемато-энцефалический барьер (между кровью и клетками мозга), мембрана клетки и мембраны клеточных органелл. И они их успешно преодолевают, например, через ГЭБ наночастицы проходят лучше, чем отдельные молекулы.
Выгрузка содержимого в нужном месте - очень важный этап. Если лекарство не освободится в мишени, оно не сработает. Если оно выйдет наружу по пути к цели, будет еще хуже: оно сработает не там, где надо, и в результате пострадают прочие ткани. Чтобы обеспечить правильное высвобождение субстанции, его надо контролировать, а для контроля служат либо факторы внешней среды: температура, рН, специфические ферменты, либо время. То есть, механизм "выгрузки" реагирует на определенную температуру или кислотность, которая характерна для нужного места в организме, или срабатывает через строго определенное время, требуемое для доставки.
Больше всего в наномедицине ученые продвинулись в области генной терапии. Вирусные векторы - это реальное воплощение нанороботов (хотя и с некоторыми существенными недостатками, например, их вирулентность и иммунные реакции на них). Эти недостатки стимулируют разработку альтернативных - невирусных векторов, которые имитируют строение вирусной частицы. Хотя и у них есть трудности, требующие преодоления: обеспечить эффективную загрузку лекарственным веществом и сигнал для его высвобождения.
Если представить себе нанолекарство будущего, то оно будет способно активного нацеливаться на мишень, проходить через все мембраны, в том числе внутрь клетки (по принципу эндоцитоза), и достигать в ней молекул-мишеней.
На кафедре биотехнологии МИТХТ разрабатываются препараты, молекулы которых упакованы в наноконтейнеры — например, липосомы. В таком «упакованном» виде они поступают в организм, достигают органов и клеток-мишеней, высвобождают лекарство и распадаются на безопасные части, покидающие организм. В липосомном виде увеличивается растворимость многих лекарственных веществ, что важно для их действия. Уменьшается токсичность, поскольку действующее вещество защищено липосомной оболочкой. Поэтому лекарство действует, только когда оно достигает клетки-мишени, и по пути не деградирует, а доходит в активной форме. Все это позволяет снизить эффективную дозу лекарства, что особенно существенно, например, для онкологических больных, получающих химиотерапию. Из нескольких нанопрепаратов, разработанных на кафедре биотехнологии МИТХТ, 3 уже производятся: «Липодокс» (липосомный доксорубицин), «Липин» (противогипоксический), «Лиолив» (гепатопротекторный). Клинические испытания проходят два противоопухолевых препарата: «Цисплатин» и «Фторурацил». Начинаются клинические испытания еще трех препаратов, это: «Антилипошок» (антигеморрагический), «Баларпан» (ранозаживляющий) и «Хлорофилипт» (противовоспалительный). Биологические испытания проходят «Аминофосфатид» (против гемолитической болезни новорожденных), «Бетусом» (антимеланомный), «Фотосом» (противоопухолевый), «Рифамицин» и «Изоцианид» (противотуберкулезные).

На установке, созданной в лаборатории Института физики СО РАН, ученые получают фуллерены при атмосферном давлении, чего не удалось сделать никому в мире. Здесь же получили водорастворимую форму фуллерена, которую можно использовать в медицине как транспортное средство для доставки лекарств в организме.

Специалистами ведущих мировых университетов и научно-исследовательских институтов также проводятся исследования по направлениям нанотехнологий, применимых в диагностике и терапии социально-значимых заболеваний человека — таких как онкология, кардиология, инфекционные заболевания, диабет и др.

Например, учеными из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института разрабатывается специфический препарат для целенаправленной доставки онколекарств в пораженные клетки. Ученые успешно направили на раковую клетку простаты химический реагент, используя наночастицы, имеющие специальную лиганд-молекулу (так называемый «аптамер»). «Аптамер» соединяется с химическим реагентом, и после того, как между ними произошло взаимодействие, препарат направляется точно в необходимое место. В результате раковые клетки с химическим реагентом умирают, а здоровые клетки, не атакованные химическим реагентом, остаются здоровыми.

Учеными из Массачусетского технологического института были разработаны и испробованы на практике «наноснаряды», разрушающие раковые клетки. У раковых клеток диаметр пор составляет примерно 400-500 нанометров, что гораздо больше диаметра пор у здоровых клеток. Поэтому предлагаемые «наноснаряды» диаметром 200 нанометров не проходят в здоровые клетки, но зато легко проникают в поры раковых клеток и разрушают их изнутри. Опыты, проведенные на мышах, показали высокую эффективность такой нано-химиотерапии.

Группой ученых из Пенсильванского университета были проведены наблюдения за флуоресцирующими полимерными мицеллами, впрыснутыми в вены мышей. Наноразмерные нитевидные мицеллы оказались довольно эффективны для доставки лекарства «Паклитаксел» в раковые опухоли мышек. Значительная доля частиц находилась в крови в течение недели, а это в 10 раз дольше, чем ранее изучавшиеся шарообразные наночастицы и углеродные нанотрубки. Было также установлено, что несущие «Паклитаксел» мицеллы более эффективно способствуют сокращению опухолей. Согласно утверждениям исследователей, их результаты указывают на большое значение, которое играет форма частиц в биологических системах.

Исследователи из университета Мичиганского онкологического центра, используя наночастицы, смогли обеспечить высокую концентрацию фотосенсибилизирующих препаратов прямо в опухоли мозга. Более того, те же наночастицы могут быть использованы для формирования изображения опухоли в процессе лечения. Ученые спроектировали наночастицы на основе фотофрина и оксида железа. Фотофрин является сенсибилизатором для ФДТ. Он способен проникать в клетки опухолей и разрушать их под действием света. Магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет определить, куда именно доставлены наночастицы. Кроме того, их селективное проникновение в опухоль мозга помогает диагностировать болезнь на ранних стадиях, а также определить, когда необходимо ввести новую дозу препарата.

Профессор университета Райса в Хьюстоне Наоми Халас создала новый класс мельчайших частиц с уникальными оптическими свойствами — наногильзы. Их диаметр примерно в 20 раз меньше, чем у эритроцитов, и они свободно перемещаются по кровеносной системе. К поверхности гильз можно прикрепить особые белки — антитела, поражающие раковые клетки, и тогда гильзы в организме ракового больного сразу устремятся к опухоли. Через несколько часов после запуска в организм наногильзы облучают инфракрасным светом, гильзы преобразуют его в тепловую энергию, которая и разрушает раковые клетки (причем прочие здоровые клетки при этом практически не повреждаются). Эту супертехнологию уже успешно протестировали на мышах, у которых были раковые опухоли: через 10 дней после облучения все больные животные полностью от них избавились.

Среди публичных американских компаний подобные проекты ведут компании «Millenium Pharmaceuticals» (MLNM) и «Medarex» (MEDX). «Millenium Pharmaceuticals» работает над созданием антител, разрушающих раковые клетки. Пациенты с множественной миеломой на поздней стадии, принимавшие предлагаемый препарат «Velcade», имели больше шансов на увеличение продолжительности жизни. После одного года исследований, 80 % пациентов, принимавших «Velcade», по-прежнему продолжали жить (по сравнению с 66 % больных, лечившихся традиционным способом).

Компания проводит клинические испытания на фазе 2 препарата «MLN 2704» для лечения рака простаты. Это лекарство представляет собой созданное методом биоинженерии антитело, несущее токсичные вещества, которые используются при химиотерапии. После инъекции антитело облепляет молекулы на поверхности раковых клеток и впрыскивает яд в раковую клетку, убивая ее.

Препарат компании «Medarex» действует схожим образом, но не содержит токсинов: он побуждает саму иммунную систему атаковать опухоль.

Независимый бельгийский исследовательский центр «IMEC» разработал универсальный метод синтеза стабильных биосовместимых магнитных наночастиц, которые, благодаря применению различных лигандов, могут найти разнообразное применение в биомедицине, доставке лекарств, диагностике и терапии рака. Они смогут широко использоваться для магнитного биодетектирования, сортировки клеток, повышения контраста в магнитно-резонансной томографии, восстановлении тканей, гипертермического лечения и адресной доставки лекарств.

По мнению ученых, терапия стволовыми клетками и наноматериалами сможет также эффективно бороться с болезнями Альцгеймера и Паркинсона.

Сэмюель Стапп, директор Института бионанотехнологий при Северо-западном университете в Эванстоне, штат Иллинойс, спроектировал молекулы со способностью самособираться в нановолокна, будучи введенными шприцем в тело. Когда нановолокна формируются, они могут быть зафиксированы в области ткани, где необходимо активизировать некоторый биологический процесс — например, спасти поврежденные клетки или вырастить необходимые дифференцированные клетки из стволовых клеток.

Стапп показал результаты продолжающегося исследования в сотрудничестве со специалистами из Мексики и Канады, в ходе которого мыши оправились от признаков болезни Паркинсона, будучи подвергнуты терапии созданными в лаборатории биологически активными наноструктурами. Стапп продемонстрировал и другое достижение нанотехнологии, используя наноструктуры и белки для восстановления сердечной функции после инфаркта — когда в организм вводятся вещества, сами собирающиеся в длинные и тонкие волокна мельчайших размеров — нановолокна, заполняющие рану в сердечной мышце. С. Стапп совместно с доктором Д. Кесслером продемонстрировал также регенерацию спинного мозга парализованной мыши. «Секрет» терапии заключается в использовании специальных молекул, которые после инъекции агрегировались в нанокомпозит, включающий механизмы саморепарации нейронов. Молекулы лекарства, собранные в способствующие регенерации нановолокна, могут привести к очередной революции в фармацевтике, заменив метод терапии с помощью целевой доставки лекарств.

Команда ученых из университета Джона Хопкинса (Балтимор, штат Мэриленд) установила, что для доставки лекарств могут быть использованы довольно крупные (500-нанометровые) частицы, покрытые специальным полимером. Сеть слизистого барьера, защищающего организм от инородных частиц, имеет ячейки минимум 500 нм, через которые могут быстро проникать частицы размерами даже 500 нм, если они покрыты соответствующими полимерами. Покрытие частиц полиэтиленгликолем препятствует их прилипанию к слизи, и они могут свободно распространяться (без полимера частицы быстро вязнут в слизи и слипаются в комки). Это может расширить возможности доставки лекарств и антител через слизистые оболочки человеческого тела.


3. Наносервис: доставка лекарства прямо в клетку

Создать лекарство просто, труднее - доставить его по назначению. Крошечные, разлагаемые микроорганизмами частицы, наполненные лекарством, могут также стать решением некоторых больших проблем человеческого здоровья, включая рак и туберкулез. Их секрет — в размере упаковки.

Исследователи из Принстонского Университета (Princeton University) создали частицы, которые могут доставлять лекарство глубоко в раковые клетки или больные клетки легких и не затрагивать здоровые клетки. Только от 100 до 300 нм шириной — более чем в 100 раз тоньше, чем человеческий волос — частицы могут быть

загружены лекарством или меткой, например, золотом или магнетитом, для усиления возможностей компьютерной томографии и магнитного резонанса.

«Стык материаловедения и химии позволяет продвинуться так, как никогда не было возможным», — сказал Роберт Прадхомм (Robert Prud'homme), профессор химической технологии университета города Принстон (Princeton University) и директор Национального Научного Общества США.

Новый метод, названный «Мгновенное наноосаждение» позволяет исследователям смешивать лекарства и материалы, которые инкапсулируют их. Подобные методы смешивания использовались и раньше, чтобы создать новые выгодные фармацевтические продукты. Команда из Принстонского Университета является первой, которая применила данную технологию к созданию наночастиц, частиц размером в несколько миллиардных метра.

«Частицы такого размера также могли бы улучшить доставку вдыхаемых лекарств, потому что они являются достаточно большими, чтобы остаться в легких, но слишком маленькими, чтобы выводится системой очищения легких». Это свойство могло бы увеличить эффективность ингаляционных систем прививок «без иглы».

Успех наноосаждения зависит в значительной степени от факта, что некоторые молекулы являются гидрофобными, в то время как другие — гидрофильными. Гидрофобные вещества, типа масла, плохо смешиваются с водой. Много фармацевтических препаратов, включая современные препараты от рака, являются

гидрофобными, что мешает доставлять лекарства через кровь, которая состоит в основном из воды.

В методе наноосаждения два потока жидкости направляются друг к другу в ограниченной области. Первый поток состоит из органического растворителя, который содержит лекарства и метки, а так же молекулы полимеров. Цепь полимера походит на ожерелье жемчуга, половина из которого гидрофобна, а другая гидрофильна. Второй поток жидкости содержит чистую воду.Когда потоки сталкиваются, гидрофобные лекарства, металлические метки и полимеры осаждаются из раствора, так как не растворимы в воде. Полимеры немедленно самособираются вокруг лекарства или метки, образуя покрытие с внешней растянутой гидрофильньной частью и внутренней гидрофобной частью, куда попадает и лекарство. Тщательно регулируя концентрации веществ и скорость смешения, исследователи могут контролировать размер наночастиц. Растянутый гидрофильньный слой полимера препятствует коагуляции частиц и предотвращает распознавание иммунной системой, давя возможность им циркулировать вместе с кровотоком. Гидрофобная внутренняя часть частиц гарантирует, что они не

будут разрушены окружающей водой, хотя молекулы воды с течением долгого времени разрушат наночастицы, уничтожая лекарство. В идеале, частицы должны сохраняться хотя бы от 6 до 16 часов после того, как

они введены внутривенно, Прадхомм предполагает, что этого будет достаточно, чтобы достичь клеток опухоли, с которыми они столкнуться, путешествуя по телу. В лаборатории определено точно время, которое требуется для разрушения наночастиц водой. Ученые сделали частицы еще более стойкими к ранней деградации, добавляя гидрофобные вещества, включая витамин Е, к лекарствам и меткам перед заключением их в частицы. Дальнейшее улучшение метода идет полным ходом.Метод Прадхомм по существу является противоположностью предыдущих методов, направленных на улучшение доставки препарата, в которых гидрофильные молекулы

добавлялись к лекарствам, чтобы сделать их более растворимыми в воде.


4. Доставка лекарств с помощью пористых наночастиц


Ученые из отделения NanoSystems Institute Калифорнийского Университета в Лос-Анжелесе (UCLA) совместно с их коллегами из Онкологического Центра имени Джонсона (Jonsson Cancer Center) сообщили о разработке нового метода, позволяющего доставлять плохо растворимые в воде противораковые лекарства

непосредственно к больным клеткам.

На сегодняшний день известно достаточно много эффективных противораковых препаратов, которые, к сожалению, почти не абсорбируются онкологическими образованиями из-за их гидрофобности. Вещества-растворители, применяющиеся в химиотерапии, часто токсичны для тканей, и поэтому использовать их достаточно опасно для пациента.

Альтернативный выход предложили ученые во главе с профессором микробиологии Фую Таманои (Fuyu Tamanoi). Как сообщает PhysOrg, исследователи предлагают снабжать нерастворимые лекарства специальными наночастицами-повозками на основе кремнезема. Таким образом получится доставлять в раковые клетки лекарство камптотечин (camptothecin — СРТ). Так, мезопористые наночастицы служат «ячейками» для лекарств, которые не могут без посторонней помощи проникнуть внутрь больной клетки. Как говорит Фую, основное достоинство такого метода состоит в полной биологической совместимости наночастиц, а пористая поверхность позволяет дополнительно прикрепить к ним специфические биологические маркеры раковых клеток, благодаря которым наночастицы будут попадать «по адресу». Кроме того, наночастицы можно легко «оборудовать» под практически любое гидрофобное лекарство, например, достаточно распространенный в химиотерапии

таксол (Taxol). Также Фую отметил, что открытый им и его коллегами метод достаточно прост в реализации и универсален в доставке лекарств, поэтому ученые намерены продолжать исследования в этой области.

5. «Наноспеции» — новая стратегия в нанотехнологии для терапии рака

Куркумин — желтый полифенол, извлекаемый из корневища куркумы (Curcuma longa), имеет мощные противораковые свойства, что уже не раз демонстрировалось на раковых клетках человека и животных. Однако широкое клиническое применение этого относительно эффективного противоракового агента было ограничено плохой растворимостью в воде и, следовательно, отсутствием применений.

Нанотехнология доставки лекарств позволяет гидрофобным агентам, таким как куркумин, находиться в виде дисперсии в водной среде, таким образом, обходя малую растворимость.

Группа исследователей из Индии синтезировала полимерную наночастицу, заключающую в себя куркумин — нанокуркумин, используя заполнитель из поперечно связанных и случайных сополимеров N- изопропилакриламид (NIPAAM) с N-винил-2-пиролидоном (VP) и поли (этиленгликоль) моноакрилатом (PEG-A). Нанокуркумин, в отличие от обычного куркумина, легко диспергируется в водной среде. Нанокуркумин

демонстрирует терапевтическую эффективность, сопоставимую со свободным куркумином при воздействии на клетки рака поджелудочной железы. Механизмы воздействия нанокуркумина на панкреатические раковые клетки такие же, что и у свободного куркумина, включая запуск клеточного апоптоза, блокаду активации фактора ядра каппа B (NFkappaB), и понижающая регуляция устойчивых состояний многократных провосполительных цитокинов (IL-6, IL-8 и TNFalpha).

Исследователями показано отсутствие токсичности наночастиц. Нанокуркумин даст возможность расширить клиническое использование еще одного эффективного агента, позволяя готовить его водную дисперсию. Будущие исследования нанокуркумина будут проходить доклиническую проверку на моделях для лечения рака и других болезней.

^ 6. Полимеры-самоубийцы меняют облик медицины


Ученые из технологического университета Джорджии получили полимеры нового типа – продукты их разложения безопасны для человека и окружающей среды. Новые полимеры, по мнению специалистов, смогут обеспечить внутриклеточную доставку нужных медикаментов для лечения раковых заболеваний, воспалительных заболеваний тканей и даже отдельных клеток.

Синтез нового типа биодеградирующих материалов не представляет трудностей, а продукты разложения могут свободно транспортироваться через клеточные мембраны, что позволяет использовать полимеры

в качестве средств доставки лекарств. Продукты разложения нового типа биодеградирующих полимеров — обычные пищевые добавки из семейства поликеталов, которые, одобрены для

безопасного использования в пищевой промышленности и фармацевтике. В этом главное преимущество новых полимеров перед существующими — продукты разложения полимеров не будут накапливаться в тканях и вызывать их воспалительную реакцию, а будут успешно выводиться через клеточные мембраны с помощью механизмов диффузии.

Кислотная среда клетки вызывает гидролиз гидрофильных компонент наночастиц поликеталов, что вызывает разрушение полимера. Это полезное свойство биодеградирующих материалов ученые планируют использовать в фармацевтике. Если, например, окружить лекарство капсулой из подобного полимера, то она выпустит лекарство только во внутриклеточной среде с ее низким pH. Таким образом, лекарство в целости попадет в нужные клетки, что является важнейшей особенностью технологии по доставке лекарств (Drug Delivery).

Также при разложении поликеталы не изменяют кислотную среду клетки, что очень важно при длительном использовании подобных препаратов. Ученые планируют в ближайшее время заняться изучением побочных эффектов при длительном воздействии полимерных капсул на организм.

Ученые надеются детально исследовать поликеталы в клинических тестах, которые будут продолжаться около 5 лет. Опыты на животных уже принесли положительные результаты: мыши с острой печеночной недостаточностью были подвергнуты инъекциям поликеталов с фальшивым «грузом» медикаментов, и нанокапсулы доставили их непосредственно к клеткам печени. В качестве «начинки» наногрузовиков для лечения острой печеночной недостаточности ученые планируют использовать антиоксиданты. У пациентов,

больных этим заболеванием, клетки печени перестают функционировать из-за продуцирования активных кислородсодержащих веществ макрофагами. Лечение этого заболевания состоит в доставке энзима супероксида дисмутазы, который эффективно снижает активность и токсичные свойства супероксидов. Другое применение полимерных нанокапсул — в доставке любых протеин-содержащих лекарств, что может помочь в борьбе с сахарным диабетом 1 типа. Лекарства будут доставляться постепенно, что позволит произвести терапию, скажем, раз в месяц, вместо того, чтобы делать частые инъекции инсулина.

7. Доставка лекарственных препаратов с помощью магнитных наночастиц
    

  Различные органические материалы (полимерные наночастиц, липосомы, мицеллы) были исследованы для использования в качестве нанопереносчиков для доставки лекарственных препаратов с использованием пассивного целевого воздействия, активного целевого воздействия с частицей для опознания (например, антитела), или активного целевого воздействия с помощью физического фактора (например, магнетизма в магнитолипосомах). Тем не менее, эти органические системы все еще обладают ограниченной химической и механической стабильностью, набуханием, чувствительностью к микробиологическому воздействию, недостаточным контролем скорости выпуска препарата и высокой затратностью.
      Полимерные наночастицы также страдают от проблемы полидисперсности. При синтезе образуются частицы с большим диапазоном размеров и нерегулярным образованием ветвей, что может привести к созданию разнородных фармакологических свойств. Одной из альтернатив является использование дендримеров, которые монодисперсны и имеют сферическую архитектуру, которая образуется в результате их поэтапного синтеза и может очищаться на каждом этапе роста. Визуализация дендримеров требует создания метки особой частицей (т.е. флуорофором или металлом). Основным недостатком дендримеров и дендритных полимеров является, тем не менее, их высокая стоимость. Проблемой остается также подготовка дендритных полимеров, которые циркулируют в крови достаточно долго, чтобы скапливаться в целевых областях, но которые можно удалить из организма с разумной скоростью, чтобы избежать долговременного накопления.
      Пассивное целевое воздействие с использованием соединенных с лекарственным препаратом дендримеров и дендритных полимеров широко изучалось, преимущественно с использованием метода ЭПР (электронно-парамагнитный резонанс). Активное целевое терапевтическое воздействие, такое как использование соединенных с антителами дендр