Наномедицина

Наномедицина направлена на лечение заболеваний, которые
тяжело поддаются привычному лечению. Например, если возникают раковые новообразования, то стандартные методы терапии —
это химиотерапия, использование противоопухолевых лекарств, которые вводятся в кровь внутривенно и циркулируют в организме. Когда эти малые молекулы лекарства циркулируют внутри,
то только часть из них аккумулируется там, где возникла опухоль.
Но существуют негативные и побочные эффекты, связанные
с таким лечением: маленькие молекулы способны проникать
в любые органы и ткани, они фильтруются естественными фильтрами — печенью и почками. Получается, что воздействие оказывается не только на раковые, но и на здоровые клетки. Наномедицина призвана повысить эффективность стандартных методов лечения и привнести новые. Наномедицина — это контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне,
при котором используются наноустройства и наноструктуры.

Как наночастица находит нужный орган или раковые клетки
и почему она действует именно там? Есть несколько способов аккумуляции частиц в нужном месте организма в нужное время.

Когда клетки превращаются в раковые, в организме происходит неконтролируемый рост и размножение этих клеток. Вокруг них образуется огромная сеть капиллярных сосудов (сосудов крови), которые несут им кислород и питательные вещества. В капиллярах кровеносных сосудов из-за их быстрого роста появляются поры (фактически дырки в мембране), их размер порядка 100–200 нанометров. Эти маленькие «ворота» дают возможность частичкам, идущим по капиллярам, проникать сквозь стенки кровеносных сосудов и доносить лекарство до раковых клеток.

Доставка нанолекарств в нужное место организма может быть пассивной и активной. Наночастица, в которую загрузили лекарство, превращается в наноконтейнер, доставляющий его в нужное место. Наноконтейнеры вводят внутривенно, чтобы они могли циркулировать в кровотоке, и большинство циркулирующих наноконтейнеров, несущих лекарство, аккумулируется в нужной области, где находятся раковые клетки. Это пассивная доставка лекарств. Если эти наноконтейнеры векторизовать, то есть доставлять наночастицы активно, то эффективность терапии повышается еще в несколько раз. Для этого нужно «прицепить»
на поверхность наночастиц векторы, которые будут распознавать отдельные клетки и направлять частицы к нужным клеткам.

Какие наноматериалы использует медицина?

Ученые работают над методами векторизации, функционализации поверхности наночастиц различными молекулами, белками или полимерами. Некоторые наночастицы уже используются в медицинских целях и синтезируются в лабораториях. В первую очередь это наночастицы серебра. Ученые используют их антибактериальные свойства. Полезные свойства ионов серебра хорошо известны. Если потереть наждачной бумагой серебряную ложку и опустить ее в графин с водой, то серебро при взаимодействии с жидкостью начнет окисляться и будет продуцировать ионы серебра. Они обладают большой окислительной активностью и воздействуют на стенки бактерий, таким образом пробивают и уничтожают их. Наночастицы серебра обладают очень мощным антибактериальным эффектом, который уже много где используется, даже в медицинских масках.

Еще один широко изученный материал, из которого делаются наночастицы, — это золото. В настоящее время ученые научились синтезировать наночастицы золота различных размеров и форм —
от сферических частиц до нанотрубок, цилиндров и колец.
На частицы различных форм организм откликается по-разному.
В основном наночастицы золота используются для фототермической терапии, для доставки лекарств и для диагностики различных заболеваний. Что представляет собой фототермическая терапия? Если взять, например, наночастицу золота, ввести ее в раковую клетку и облучать тело светом, например лазером, то здоровые клетки не будут нагреваться, а клетки, в которые введены наночастицы золота, будут нагреваться, и очень сильно.
Эти наночастицы фактически являются аккумулятором тепла
и могут нагреваться до очень высоких температур, вплоть до 50 °С. При таких температурах запускается механизм гибели клеток.
Таким образом, терапевтическое воздействие локализовано
в той зоне, где есть наночастицы.

Широко используются наночастицы оксида железа. Самый распространенный из материалов — это частицы магнетита Fе₃О₄. Они хороши тем, что ими можно управлять с помощью магнитного поля. Если поднести магнит к суспензии, в которой находятся эти частицы, то они притянутся, аккумулируются рядом с магнитом. Если ввести их в кровоток и приложить магнит в том месте, где мы хотим локализовать эти частицы, то они скопятся именно там. Таким образом можно доставить частицы с лекарством в нужное место. Сейчас магнитные частицы широко используются для увеличения контраста при магнитно-резонансной томографии. Маленькое образование плохо видно на ранних стадиях, поэтому при диагностике используются магнитные наночастицы. Они могут увеличить контраст и помочь диагностировать заболевание.

Нанолипосомы — это молекулы, которые умеют объединяться
и образовывать полые пузырьки. Их сферические стенки формируют мембранную клетку размером от 10 до 100 нанометров. Нанолипосомы — это биосовместимый материал, который
не вызывает никаких токсических действий на органы,
ткани и клетки. Если напитать их лекарством и ввести в кровоток, наночастицы будут аккумулироваться в нужной области, например там, где есть раковые клетки. Они выпустят лекарство и растворятся, биодеградируют. А лекарство окажет свое терапевтическое воздействие.

Другой интересный материал, который можно использовать
для создания наночастиц в терапевтических целях, — это кремний. По распространенности это второй после кислорода элемент
на нашей планете. Он, как и нанолипосомы, биосовместим и может биодеградировать: при попадании наночастиц кремния в живой организм они растворяются до кремниевой кислоты, которая
не оказывает токсичного действия.