Нанотехнологии в медицината и фармацията
Нашият гост
Актуална тема
ПОСЛЕДНИ СТАТИИ
Последни новини
Нанотехнологии в медицината и фармацията
Днес много се говори за това, че човечеството е на прага на нова научно-техническа революция – нанотехнологичната. Може би няма изчерпателна дефиниция на понятието „нанотехнология“, но по аналогия с микротехнологиите можем да кажем, че това са технологии, които работят със стойности от порядъка на нанометър (1 nm = 10–9 m), пренебрежимо малки стойности, които са стотици пъти по-малки от дължината на вълната на видимата светлина, сравнима с размера на атомите. Следователно преходът от „микро“ към „нано“ дори не е преход, а скок от манипулиране на вещества към манипулиране на отделни атоми.
Наночастиците съществуват в космоса, атмосферата, хидросферата, скалите и магмата, която се образува в дълбоките зони на Земята. Те могат да се образуват по време на фазови преходи от течно или газообразно състояние в твърдо състояние по време на изветряне на скали, по време на физически процеси (електрически разряди и реакции на кондензация, протичащи в слънчевата мъглявина). Известно е, че химията и физиката на наночастиците са много различни от химията и физиката на макронутриентите; Именно наночастиците са така нареченото ядро, от което се образуват големи кристали от минерали и силикати.
Появата на методи с висока разделителна способност за изследване на материята даде на изследователите инструмент за директно наблюдение на процесите на минерална нуклеация и изследване на различни вещества на нанониво. Изследването на естествените свръхфини системи инициира създаването на нови материали за развитието на нанотехнологиите, една от най-приоритетните области на съвременните изследвания.
От историята на нанотехнологиите: все по-малко и по-малко
Може да се счита за бащата на нанотехнологиитеГръцкият философ Демокрит. Около 400 г. пр.н.е. Той е първият, който използва думата „атом“, която на гръцки означава „неразрушим“, за да опише най-малката частица материя.
1905 - Алберт Айнщайн доказва, че размерът на една захарна молекула е приблизително 1 nm.
1931 г. - Германските физици Макс Кнол и Ернст Руска създават електронен микроскоп, който за първи път прави възможно изследването на нанообекти.
1968 г. - Алфред Чо и Джон Артър, служители на научното подразделение на американската компания Bell, разработват теоретичните основи на нанотехнологиите в повърхностната обработка.
1974 г. - японският физик Норио Танигучи въвежда термина "нанотехнология" в научното обращение и предлага да се използва за обозначаване на механизми с размери по-малки от 1 микрон (1 микрон = 10–6 m).
1985 г. - Американските физици Робърт Кърл, Харолд Крото и Ричард Смейли създават технология, която ви позволява да измервате точно обекти с диаметър от 1 nm.
1989 г. - Доналд Айглър, служител на IBM, излага името на компанията си с ксенонови атоми.
1998 - Холандският физик Seez Dekker създава транзистор, базиран на нанотехнология.
1999 г. - Американските физици Джеймс Тур и Марк Рийд установиха, че една молекула може да се държи по същия начин като молекулярните вериги.
2000 г. - Правителството на САЩ подкрепи създаването на Националната инициатива за нанотехнологии. От федералния бюджет са отделени 500 милиона долара за нанотехнологични изследвания, като през 2002 г. бюджетните кредити възлизат на 604 милиона долара.
Нови свойства, нови структури, ново качество
По какво се различава наносветът от микросвета, нанотехнологиите от микротехнологиите? Първо, нанотехнологиите позволяватсъздават структури с нови свойства, които все още не са известни на човека. Изглежда, че за да се променят свойствата на даден материал, е необходимо да се промени неговия химичен състав. В наносвета обаче се появява ново качество. Размерът и формата на нанообекта могат значително да повлияят на неговите оптични, магнитни, електрически свойства, дори на цвета. На второ място, микроелектрониката - микроелектронната технология - "работи" главно в областта на информационните технологии (например компютри). Нанотехнологиите са способни да решават и по-грандиозни проблеми. Тя се стреми да трансформира почти всички сфери на човешкия живот. Лозунгът на нанотехнологиите е достатъчно смел: по-голямата част от това, което може да бъде направено от човешки ръце, трябва да бъде или може да бъде направено с нанотехнологични методи.
Нанотехнологиите се развиват в три направления: производство на електронни схеми с активни елементи, чиито размери са сравними с тези на молекули и атоми; разработване и производство на наномашини - механизми и роботи с размер на молекула; директна манипулация на атоми и молекули, сглобявайки всичко съществуващо от тях. Прилагането на всички тези направления вече е започнало. Преди почти 10 години бяха получени първите резултати за движението на единични атоми и сглобяването на подходящи структури от тях, разработени и произведени бяха първите наноелектронни елементи. Според експерти през следващите години ще започне мащабно производство на наноелектронни чипове, като чипове с памет с капацитет от десетки гигабайти. Нанотехнологичният контрол на продуктите и материалите буквално на нивото на атомите в някои области на промишлеността е станал нещо обичайно. Вече днес широко се използват нанотехнологични методи, които позволяват да се създават активни елементи (транзистори, диоди) с размер на молекула и да се оформят вмногослойни триизмерни схеми. Друг пример са DVD дисковете, които биха били невъзможни за производство без нанотехнологичен контрол на матриците.
Нанотехнологии във фармацията
Използването на нанотехнологиите във фармацията се оказа много плодотворно. През последните 10-15 години на базата на дългогодишни и добре познати лекарствени вещества (ЛВ) са създадени лекарства с нови свойства. Традиционните лекарствени форми не осигуряват доставяне на лекарства в целевите клетки. Този проблем може да бъде решен чрез наноносители, с помощта на които е възможен целенасочен транспорт на лекарството до целевия орган или тъкан, което е един от основните елементи на технологията за контролирано освобождаване на лекарството. При продължителна циркулация на наноносителите в кръвния поток, съдържащото се в тях лекарство е защитено от инактивиране и действието му се удължава.
За разлика от макро- (например желатинови) и микрокапсули (с размер 10–500 μm), наноносителите са предназначени не само за орално приложение, но и за интравенозно (транспортиране до целеви органи или дългосрочна циркулация в кръвния поток), интрамускулно (депо на лекарства или постепенно навлизане на наноносители или лекарства, освободени от тях в кръвния поток), инжекционно приложение. Освен това е възможно инхалиране и вътреочно приложение на наноносители, както и интра- и трансдермално доставяне на лекарства с помощта на наноносители.
Какво представляват наноносителите? Те могат да бъдат два вида. Първият са самите наночастици, които са монолитни, обикновено сферични образувания, които съдържат лекарства в цялата маса на частицата или само на нейната повърхност. Освобождаването на лекарството от наночастицата става постепенно с контролирана скорост. Наночастиците включват също нанокристали, състоящи се само от лекарство, подложено на смилане до подходящ размер, което позволявате се разтварят със скорост, надвишаваща скоростта на разтваряне на частици с по-големи размери. Има липидни наночастици (наноемулсии) - вид мастни емулсии за доставка на лекарства.
Вторият тип наноносители са нанокапсулите. Това са кухи сферични контейнери (дебелина на стената
10–30 nm), съдържащ течна среда, в която е разтворено лекарството. Освобождаването на лекарството става поради дифузията на лекарството през стената на нанокапсулата или в резултат на нейното разкъсване. Скоростта на освобождаване се контролира от дизайна на нанокапсулите и начина, по който са приготвени.
Взаимодействието на наноносителите с клетките зависи от материала, от който са направени. Най-често използваните лекарствени нанокристали без допълнителен материал; липиди за производство на липидни нанокапсули, т.е. липозоми и липидни наночастици; полимеризирани липиди (полимерни липозоми); термично или химически модифициран серумен албумин; химически модифицирани полизахариди; биоразградими (постепенно разпадащи се в тялото) полимери. Тъй като нанокапсулите имат голяма специфична повърхност, те се използват по-специално за доставяне на умерено разтворими лекарства. Когато се прилага перорално, абсолютната бионаличност се увеличава, индивидуалната вариабилност и зависимостта на наноносителите от консумираната храна намаляват. Понякога добавените биостабилизатори правят нанокристалите по-здрави (например предотвратяват агрегацията) и ви позволяват да контролирате тяхното разпределение в тялото, времето за транспортиране през храносмилателния тракт, както и биоадхезията, тоест прилепването към стените на червата на определено място (цел). Терапевтичната доза на лекарството също се намалява. Използването на нанокристали от аналгетици е актуално, когато бързото премахване на болката и намаляването на променливостта на концентрацията на лекарства в плазмата играят решаваща роля.Например, в резултат на диспергирането на нанокристалите на напроксен, след около 20 минути плазмените концентрации на лекарството са 3-5 пъти по-високи в сравнение с конвенционалната суспензия или таблетки.
Лекарствените нанокристали често се включват в макрокапсули, матрични таблетки и др. Добавянето на биоспецифични мукоадхезиви (вещества, които се придържат към лигавицата) позволява локализиране на действието на лекарствените нанокристали в подходящата област на храносмилателния тракт.
За слабо разтворими лекарства, суспензия от нанокристали се държи подобно на разтвор и може да се използва в аерозоли. Инжекционното приложение на нанокристали позволява да се "задържи" лекарството на мястото на инжектиране за по-дълго време, да се контролира биоразпределението на лекарството в тялото и да се избегне абсорбцията на лекарството от фагоцитни клетки.
В допълнение към вътреклетъчния и целевия транспорт, важно предимство на наноносителите е способността да транспортират лекарства в клетките в неактивно състояние, последвано от смилане в лизозомите с освобождаване на лекарства. Полимерни нанокапсули и наночастици със сорбция на лекарства в масата на частиците транспортират силно токсични лекарства в клетките с минимална проява на обща токсичност. Това свойство е използвано за създаване на нанокапсули и наночастици със силно токсични противотуморни лекарства.
В допълнение към противотуморните агенти, наноносителите се използват за доставяне на антибактериални и антималарийни лекарства, адреноблокери, други лекарства, които изискват вътреклетъчно приложение, както и диагностични маркери, които откриват наличието на трансформирани (променени) клетки в тялото в най-ранните стадии на заболяването.
Учените смятат, че наноносителите са изключително перспективни по отношение на въвеждането на ваксини, както и на генетичен материал. Възможно е нанокапсулите да бъдатнай-подходящата лекарствена форма за еднократна имунизация срещу вируса на СПИН.
Според прогнозите на експертите лекарствата върху наноносители ще станат широко разпространени през следващите години.
Нанотехнологиите са бъдещето (твърдят футуролози)
Медицина: създаване на молекулярни лекари-роботи, които биха "живели" в човешкото тяло, елиминирайки произтичащите генетични увреждания и предотвратявайки стареенето на клетките. Постигане на безсмъртие. Очакван период на изпълнение: втората половина на 21 век.
Биология: "въвеждане" в жив организъм на ниво атоми. Последици – от „възстановяване“ на изчезнали видове до създаване на нови видове живи същества, биороботи. Очакван период на изпълнение: средата на 21 век. Кибернетика: "трансплантиране" на човешкия интелект в компютър. Очакван период на изпълнение: втора четвърт на 21 век.
Интелигентно местообитание: Околната среда ще стане "интелигентна" и изключително удобна за хората чрез въвеждането на логични нано-елементи във всички нейни атрибути. Очакван период на изпълнение: след 21 век...