Наноматериалы завоевывают важные позиции и в технологии изготовления внутрисердечных и внутрисосудистых имплантантов.
Нанотехнологии в эндокринологии
В последние годы появились единичные сообщения о разработке нанороботов, призванных осуществлять контроль уровня гликемии у пациентов с сахарным диабетом (Cavalcanti et al., 2008). Использование такого подхода позволяет избежать многократного, иногда на протяжении многих лет, взятия крови для определения уровня глюкозы. Кроме того, применение нанороботов, мониторирующих уровень глюкозы в крови, позволит повысить степень информированность пациентов о заболевании и обеспечить более четкий контроль гликемии. Наличие циркулирующих в крови нанороботов может дать возможность одновременного анализа уровня гликемии в сосудах различных органов. При этом создается уникальная возможность оценивать степень поглощения глюкозы различными тканями и идентифицировать ткани с наиболее выраженными нарушениями захвата глюкозы. Дополнительную диагностическую информацию может дать мониторинг концентрации глюкозы в крови у пациента, находящегося в различных состояниях (покой, физическая нагрузка, до и после приема пищи и т. д.).
Нанотехнологии в онкологии, гематологии и трансфузиологии
В диагностике опухолей используются различные типы наночастиц, включая квантовые точки, нанооболочки, коллоидные наночастицы металлов, суперпарамагнитные наночастицы и углеродные наноструктуры.
Основной проблемой на пути использования квантовых точек для диагностики опухолей является достаточно высокая токсичность металлов, входящих в состав первых. Для уменьшения токсичности применяются пассивирующие покрытия, например, сульфидами цинка и кадмия. Фотостабильность покрытых этими материалами квантовых точек не страдает. Дополнительное улучшение биосовместимости квантовых точек достигается их покрытием полиэтиленгликолем, белками и углеводами (Hartman et al., 2008). Нанооболочки, покрытые тонким слоем золота, могут использоваться для одновременной диагностики и терапии опухолей.
В настоящее время имеется опыт четкой визуализации злокачественных опухолей прямой кишки (Тота et al., 2005) и рака молочной железы (Funovics et al., 2004) с помощью суперпарамагнитных частиц с присоединенными к их поверхности моноклональными антителами.
Углеродные нанотрубки также рассматриваются в качестве перспективных противоопухолевых наноструктур.
Углеродные нанотрубки победили раковую опухоль
Группа ученых из Уэйк-Форестского университета, Вирджинского политехнического института и университета штата и Университета Райса (все — США) провела успешные эксперименты по лечению рака почки у мышей с помощью многослойных углеродных нанотрубок.
Авторы провели серию экспериментов на бестимусных мышах, иммунная система которых функционирует менее эффективно. Шестидесяти животным были трансплантированы фрагменты опухолей, которым ученые дали увеличиться до среднего диаметра в 5,5 мм; после этого мыши были случайным образом разделены на шесть групп. Животные из первой группы не получали никакого лечения и умерли приблизительно через 30 дней после начала наблюдений. Представителям второй группы исследователи ввели в пораженные органы раствор, содержащий многослойные углеродные нанотрубки; это, как выяснилось, не принесло положительных результатов. Опухоли мышей третьей группы авторы облучали с помощью лазера, что также не оказало никакого влияния на развитие болезни.
Животным из оставшихся трех групп были введены разные дозы раствора нанотрубок, а затем на их опухоли воздействовали 30-секундными импульсами лазерного излучения на длине волны 1064 нм с плотностью энергии 3 Вт/см2. Известно, что при попадании ближнего ИК-излучения на нанотрубки они начинают вибрировать и разогревают вещество вокруг себя. Эффективность такой терапии оказалась весьма велика: у восьмидесяти процентов особей, получившую наибольшую дозу раствора, опухоли через некоторое время полностью исчезли. Почти все мыши из этой группы дожили до конца исследования, которое продолжалось около девяти месяцев.
«Мы наблюдали постепенное уменьшение размеров опухолей, а затем и их полное уничтожение, — говорит г-жа Торти. — Причем мыши не просто выжили: они сохранили нормальный вес, и при их обследовании мы не обнаружили никаких повреждений внутренних тканей и аномалий в поведении. Единственным отрицательным моментом стал ожог кожи, следы которого, впрочем, вскоре пропали. Надеемся, нам удастся найти способ использовать подобную методику для лечения людей».
Нанотехнологии в неврологии и нейрохирургии
Хорошая биосовместимость нанотрубок и их электропроводность делают возможным использование этого класса наноматериалов в качестве матриц для индукции роста нейрональных сетей. Была предложена схема использования пространственно упорядоченных положительно заряженных нанотрубок в качестве трехмерной матрицы для стимуляции роста нейрональных сетей.
Нанотехнологии в травматологии и ортопедии
В последние годы появились новые методы регенерации костной ткани, основанные на применении наноматериалов. Подобные костные матрицы, содержащие коллаген и гиалуроновую кислоту, уже прошли клинические испытания на пациентах с дефектами костей, возникающими после травмы, удаления опухолей и спондилодеза. Клетки костной ткани также могут эффективно расти и пролиферировать на матрице и нанотрубках, поскольку последние не разрушаются и являются биологически инертными (Zanello et al., 2006). Также, недавно было предложено несколько новых методов регенерации хряща, в том числе после травматических повреждений коленного сустава.
Нанотехнологии в офтальмологии
Более 90% всех используемых в офтальмологии лекарственных форм представлены глазными каплями. Несмотря на относительную эффективность глазных капель, около 95% активного лекарственного начала не достигает клеток-мишеней вследствие защитного механизма слезотечения. Существует еще одна причина низкой биодоступности лекарственных препаратов, входящих в состав глазных капель, - это высокая плотность роговицы. Для оптимизации доставки лекарственных средств к структурам глаза использовались различные нанопереносчики, включая полимерные наночастицы, дендримеры и липосомы (Vandervoort, Ludwig, 2007). Применение этих наночастиц, нагруженных препаратами, обеспечивало более длительный контакт лекарственного средства с клетками-мишенями. Установлено, что при субконъюнктивальном введении полилактидных наночастиц диаметром 200 нм практически все частицы задерживаются в месте введения. Это позволяет уменьшить частоту закапывания и снизить дозу используемого средства. Те же преимущества нанопереносчиков могут быть востребованными при внутриглазном введении препаратов.
Нанотехнологии в стоматологии
Существуют основания предполагать, что в ближайшее время произойдет активное внедрение наноматериалов и наноустройств в стоматологию (Freitas, 2000). Применение нанотехнологичных подходов в стоматологии позволит существенно снизить заболеваемость кариесом и другими заболеваниями органов ротовой полости. Один из аспектов наностоматологии – совершенствование приемов местной анестезии с помощью наночастиц.
Использование нанороботов будет способствовать решению некоторых проблем ортодонтии. В частности, нанороботы смогут осуществлять манипуляции на периодонтальных тканях (десна, цемент, пародонт, альвеолы зуба), обеспечивая быстрое и безболезненное выпрямление зубного ряда, вращение и вертикальную репбзицию зубов. Ожидается, что наностоматология сможет продлить срок службы зубов за счет замены поверхностных слоев эмали ковалентно связанными с ней ультрапрочными материалами, например, сапфиром и алмазом, которые превосходят прочность эмали в 20-100 раз. Наконец, планируется добавление в состав зубных порошков и паст нанороботов, способных полностью очищать над- и поддесневые поверхности зубов от формирующегося налета и камней, превращая полученный органический материал в безопасные пары, лишенные запаха.
Сейчас разрабатываются
Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация на микрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие.
Микрофагоциты предназначены для очищения крови человека от вредных микроорганизмов, потенциально помогая в свертывании крови, транспорте кислорода и углекислого газа, и создании надстройки к естественной иммунной системе. Предполагается, что микрофагоциты будут находить в организме человека чужеродные элементы и перерабатывать их в нейтральные соединения.
Респироциты являются аналогами эритроцитов (красные кровяные тельца, доставляющие кислород к клеткам), которые имеют значительно большую функциональность, чем их природные прототипы. Их внедрение позволит снизить постоянную потребность человека в кислороде, позволяя подолгу обходится без него, и поможет людям, страдающим астматическими заболеваниями.
Клоттоциты – искусственные аналоги тромбоцитов (клеток, участвующих в свертывании крови). Эти машины позволят прекращать кровотечения в течение 1 секунды, будучи более эффективными своих природных аналогов во много раз. Их работа будет заключаться в быстрой доставке к месту кровотечения связывающей сети. Эта искусственная сеть будет задерживать кровяные клетки, останавливая ток крови.