Другим преимуществом нового материала является его вес. Материал вчетверо легче стали той же прочности. Он может стать заменой стекловолокну, используемому в автомобилестроении. Материал будет прочен не в одном измерении, как материалы на основе волокна, а во всех, в силу его структуры – распределенных в полимере микропластинок. Кроме того, новый материал полупрозрачен, что позволяет применить его в электронике.
Для производства материала исследователи насыщают микропластинками этанол, который затем вливают в воду. Пластинки образуют слой на поверхности воды. Затем этот слой переносится на поверхность опускаемого в раствор стекла. Затем на него наносится слой полимера. Операция повторяется, пока толщина материала не достигает десятых долей миллиметра, и затем он снимается со стекла.
При разработке материала ученым помогло изучение механической структуры перламутра. В перламутре находятся пластинки, состоящие из карбоната кальция, располагающиеся слоями в белковом полимере.
Нанокапсулы
Белки являются наиболее важными элементами в нашем организме. Каждая клетка сдержит тысячи белков, которые контролируют физиологические реакции, метаболизм, обмен клеточной информацией, защитные механизмы и многое другое. В свете этого неудивительно, что многие наши болезни объясняются нарушением работы отдельных белков. Один из примеров использования нанотехнологий в медицине - белковая терапия, когда белок, поступающий в клетку, заменяет собой дефектный элемент - такое возможно при использовании нового вида биотранспорта - нанокапсул.
В противовес генной терапии, при которой ген помещается в клетку, заменяя дефектный ген или увеличивая количество генов чтобы увеличить выработку определенного белка, белковая терапия заключается в помещении четко определенных и структурированных белков в клетку для замены дефектного белка. Такой подход позволяет избежать проблем, свойственных генной терапии и считается наиболее безлопастным способом решения болезней.
Затруднением, однако, является способ доставки белка. Такие традиционные способы, как оральное, внутримышечное, внутриартериальное или внутривенное введение весьма малоэффективны, поскольку введенный белок перерабатывается до того, как он успевает достигнуть целевой клетки.
Группе ученых из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе удалось разработать высокоэффективный и низкотоксичный способ доставки белка, основанный на использовании нанокапсул – хорошо известного вида искусственного биотранспорта, причем капсула несет один белок. Как сообщает профессор кафедры химии и биомолекулярной инженерии Татьяна Сегура, - «В настоящее время белковая терапия предполагает транспортировку нескольких белков в больших наночастицах или присоединение белков к полимерам для увеличения уровня эндоцитоза. Нам же хотелось разработать более эффективную технологию доставки, поэтому разработанная нами наночастица представляет собой капсулу не более 20 нм в диаметре, состоящую из молекул белка и тонкой полимерной оболочки».
Нагретые наночастицы убивают раковые опухоли
Ученые изучили поведение наночастиц, покрытых сахаром, которые при высокой температуре оказались полезными для терапии раковых опухолей. Исследователи провели опыт на мышах - у трех из четырех подопытных животных нагретые наночастицы уничтожили раковые опухоли без последующего восстановления.
Совместная группа исследователей из двух биотехнических компаний, Micromod Partikeltechnologie и Aduro BioTech, а также ученые из Национального Института Стандартов и Технологий (NIST) изучили поведение покрытых сахаром наночастиц при гипертермии, как потенциальную терапию раковых опухолей. Они выяснили, что между созданными наночастицами наблюдается тонкий баланс, повышающий их эффективность, как лекарственного средства. Образно выражаясь, наночастицы работают, как люди в группе, находящиеся близко друг к другу, но не чересчур близко.
Исследователи выяснили, что покрытые декстраном - водорастворимым высокомолекулярным полимером глюкозы - наночастицы оксида железа диаметром около 100 нм уничтожают раковую опухоль вследствие возникающего между ними взаимодействия, которого не наблюдается между наночастицами меньшего размера. Это взаимодействие было замечено и раньше, однако считалось негативным побочным эффектом. Оно заключается в том, что в переменном магнитном поле крупные наночастицы сильней нагреваются. Исследователей привлек тот факт, что нагрев наночастиц эффективно разрушает раковые клетки, не повреждая здоровые. Текущее наблюдение позволяет разработать на базе таких наночастиц терапию, имеющую гораздо меньше последствие для здоровья, чем химиотерапия или лучевая терапия.
В ходе исследований в NIST выяснилось, что хотя наночастицы оксида железа притягиваются друг к другу, декстрановое покрытие образует волоконца, делающие частицу похожей на одуванчик, как ее назвал один из ученых, и эти волоконца отталкивают наночастицы, если те приближаются слишком близко к друг другу. Таким образом, наночастицы находятся на расстоянии друг от друга, но при этом это расстояние слишком мало, чтобы их могли уничтожить клетки-антитела организма. Кроме того, если данные наночастицы все-таки сближаются, под влиянием магнитного поля они начинают вращаться и, таким образом, нагреваются и сбрасывают тепло в окружающую среду. В ходе опытов на четырех лабораторных мышах в трех случаях нагрев введенных наночастиц привел к полному разрушению раковых опухолей без последующего ее восстановления.
Водоросли избавят человечество от рака
Группа американских ученых обнаружила новый потенциальный препарат против рака. Этот препарат, названный сомоцистинамид А (СцА), выделяется из ядовитой сине-зеленой водоросли и позволянет замедлять образование кровеносных сосудов, питающих раковые опухоли. При этом лекарства на основе этого препарата не будут иметь побочные токсические эффекты. Исследования ученых могут стать базой для ряда нанотехнологических исследований и привести к созданию средства, способного эффективно бороться с раковыми опухолями.
Группа ученых обнаружила новый потенциальный препарат против рака, выделенный из ядовитой сине-зеленой водоросли.
По прогнозам ученых, результаты этих открытий должны стать базой для нанотехнологических исследований, которые могут привести к созданию средства, которое поможет «справиться с раковыми опухолями, не вызывая побочных токсических эффектов»
Компонент Сца был найден в составе цианобактерии L. Majuscula, известной также под названием цианофита, или «русалочий волос», обитающей в водах близ островов Фиджи в Тихом океане. Питание эти бактерии получают путем фотосинтеза. Цианофиты являются перспективным источником биологического сырья для многих областей науки. Исследователи обнаружили, что Сца замедляет процесс образования кровеносных сосудов, питающих опухоли, а также положительно влияющих на разрастание тканей опухоли. По выражению ученого, если в плавательный бассейн средних размеров, заполненный опухолевой тканью добавить три миллиграмма препарата – столько весит одно рисовое зернышко – вся эта масса нездоровых клеток погибнет.
Вульф Врасидло, доктор наук, глава проекта в Онкологическом Центре USCD и инициатор всех работ добавил, что уникальная структура этого сложного вещества позволяет использовать его в нанотехнологиях, поскольку структура «спонтанно включается» в наночастицы молекулярного размера, что особенно важно для развивающейся сейчас комплексной терапии для лечения рака. В то же время его структура достаточно проста, чтобы ученые могли ее воспроизвести. «СцА – первый и наиболее мощный из опознанных нами компонентов» - говорит Ступак, добаляя, что из бактерии L. Majuscula уже выделено 250 уникальных компонентов. «Однако, мы не знаем, в каком количестве СцА содержится в естественной среде и перспективно ли добывать его, поэтому важно сделать возможным его производство в лабораторных условиях», - заключил ученый.
Наночастицы могут вызывать рак
Нанотехнологии, безусловно, способствуют техническому прогрессу человечества - ученые регулярно рапортуют о новых успехах, способных изменить жизнь и быт людей к лучшему. Однако проблема нанотехнологий в экологии по-прежнему актуальна и исследования в этой сфере - тревожный сигнал к тому, что следует аккуратно относиться к каждой инновации. "Нано Дайджест" уже не раз писал о том, что лекарства, разработанные с использованием нанотехнологий, могут помочь в лечении раковых заболеваний (см Нагретые наночастицы убивают раковые опухоли и Водоросли избавят человечество от рака). Однако некоторые наночастицы, напротив, могут вызывать рак в организме человека. Недавно высказали свое мнение по проблеме нанотехнологий в экологии и ученые из Онкологического центра Йонссона при Университете Калифорнии. По их словам, наночастицы из диоксида титана (TiO2), которые сейчас встречаются во множестве продуктов, накапливаются в организме и приводят к системным генетическим повреждениям.
Как сообщает Роберт Шистл (Robert Schiestl), профессор университета, специалист по патологиям, радиационной онкологии, воздействии среды на живые организмы, наночастицы из диоксида титана (TiO2) приводят к разрыву одно- и двухцепочечных ДНК, а также приводят к повреждению хромосом.
Попадая в организм титановые наночастицы накапливаются в различных органах, поскольку в организме нет механизмов их выведения. Вследствие своих малых размеров они легко проникают в клетки и начинают влиять на их элементы.
Ранее наночастицы диоксида титана считались безопасными, поскольку они не вступают ни в какие химические реакции. На самом деле, заявляет Роберт Шистл, эти наночастицы вступают в поверхностные взаимодействия, которые, как показали опыты на лабораторных мышах, приводят к генетическим повреждениям. В частности, наночастицы вызывают так называемый оксидативный стресс - физиологический стресс или повреждение организма, вследствие протекания нехарактерных для собственного метаболизма окислительных реакций. Таким образом, ученым следует исследовать новый источник опасности для организма – физико-химические реакции.