33. . Основные направления развития нанобиотехнологий.

• Нанобиотехнология занимается биообъектами и биопроцессами на молекулярном и клеточном уровне и способствует решению многих проблем экологии, медицины, здравоохранения, сельского хозяйства и национальной безопасности.

• В рамках этой отрасли науки на основе биологических наноструктур создаются нановещества, среди которых особенно интересны примеры образования нановещества в белковых телах.

• Получение искусственных наноструктур на основе биомолекул

• Генная инженерия

• Методы введения биоматериалов в живые клетки

• Моделирование наноструктур с использованием молекул нуклеиновых кислот

В настоящее время нанобиотехнология имеет три сформировавшихся направления, развитие которых сейчас идет усиленным темпом. Это: наномедицина, биомиметика и разработка методов и способов привнесения искусственных наноразмерных частиц, различных материалов и интерфейсов в живые системы. Каждое из этих направлений заслуживает отдельного рассмотрения.

С развитием нанобиотехнологии тесно связано качественно новое направление медицинской науки –молекулярная наномедицина. Основные исследования этой области заключаются в изучении и создании следующего: лабораторий на чипе, адресной доставки лекарств к пораженным клеткам, новых бактерицидных и противовирусных средств и диагностики заболеваний с помощью квантовых точек.

34. Использование нанотехнологии для диагностики и лечения.

НАНОТЕХНОЛО́ГИЯ — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки итехники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» биология, химия, физика. Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими микроскопами, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трёхмерной структуры материалов).

Направление в современной медицине, основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.

• ДНК-нанотехнологии — используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.

• Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).

Терапия

• Создание нанокапсул и наносфер для целенаправленной доставки лекарственных препаратов в организме человека (онкологическая, противогепатитная и анти-ВИЧ-терапия).

• Лекарства, содержащиеся внутри наночастиц, размер которых в 70 раз меньше, чем красные кровяные тельца, переносятся с током крови к определенному органу, где происходит пролонгированное (постепенное) выделение препарата.

• Для достижения эффективности лекарства необходимо, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты – в мозг, противовоспалительные средства – в места воспалений, противоопухолевые препараты – в опухоль и т.д. Способность молекул вещества поступать в теле пациента туда, где они необходимы, называется биологической усвояемостью. Биологическая усвояемость – камень преткновения всей современной фармацевтики.

 Борьба с онкологическими заболеваниями

• Однослойные углеродные нанотрубки с адсорбированными антителами для обнаружения клеток рака

• Иммунонаносферы для избирательной фототермической терапии рака и обнаружения опухолей

• Лечение рака груди с помощью комбинации люлиберина, цитотоксического белка и наночастиц оксида железа

• Опухоль-ориентированные системы доставки

• Лечение раковых метастаз

• 35. Нанопротеомика.

Одним из приоритетных направлений в биомедицине является создание наноустройств для клинической протеомики. Основной целью клинической протеомики является обнаружение, идентификация белков и их комплексов, анализ белок-белкового взаимодействия для создания новых систем диагностики заболеваний и их лечения. Актуальность протеомного анализа обусловлена более высокой информативностью анализа на основе белковых маркеров по сравнению с РНК- и ДНК-маркерами, для выявления которых используют методы полимеразной цепной реакции или другие методы амплификации. Проблема чувствительности особенно актуально для диагностики рака на ранней стадии – это связано с тем, что на ранней стадии опухолевого роста в плазме присутствуют специфичные белки в чрезвычайно низких, вплоть до субфемтомолярных, концентрациях, которые не могут быть амплифицированы методикой, подобной ПЦР. К сожалению, современные методы клинической протеомики основаны прежде всего на использовании масс-спектрометрии и ее комбинации с диэлектрофорезом, хроматографией или магнитными биошариками (biobeads) и имеют концентрационный барьер чувствительности не более 10^-9 М. Применение нанотехнологий в клинической медицине позволяет существенно повысить концентрационную чувствительность, а также быстродействие аналитических систем измерения при снижении их стоимости. Можно выделить следующие направления развития нанобиотехнологий, успех которых необходим для развития медицины:

1. Аналитическая нанопротеомика (АСМ для медицинской протеомики и диагностики инфекционных заболеваний и рака);

2. Нанодиагностикумы на основе биосенсоров;

3. Создание наноустройств на основе нанопор для регистрации и счета единичных молекул ДНК и секвенирования геномов без амплификации молекул нуклеиновых кислот;

4. Наночастицы как контейнеры для доставки лекарств;

5. Наночастицы как лекарства;

6. Нанотехнологии в регенеративной медицине (регенерация тканей).

Нанопротеомика: атомно-силовая микроскопия для медицинской протеомики и диагностики инфекционных заболеваний