Нанотехнологии в медицине и биологии. Обзор за август 2018

Это ежемесячный обзор наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия. Сайт группы rlegroup.net.

В данном обзоре рассмотрены публикации, посвященные применению нанотехнологий и наноразмерных структур в медицине и биологии. Понятие нанотехнологий охватывает довольно большой спектр науки и техники. В нашем случае под нанотехнологиями подразумеваются искусственные способы создания наноразмерных объектов, как органических так и неорганических, которые способны оказывать положительное влияние на живые системы изнутри, доставлять лекарства, манипулировать и исследовать их, in vivo. Также к данной тематике следует отнести приборы, основанные на нанотехнологиях, предназначенные для исследования компонентов живых систем вне организмов и клеток, in vitro.


Гибридные нанокристаллы из магнетита и золота могут стать основой универсальной платформы тераностики

Тераностика − новый подход к созданию фармацевтических композиций, заключающийся в комплексном решении терапевтических и диагностических проблем путём создания препаратов, которые являются одновременно и средством ранней диагностики, и терапевтическим агентом.

Ученым из России и Германии удалось синтезировать наночастицы, состоящие из магнитного материала магнетита и золота. Они способны намагничиваться и нести в себе лекарства. Таким образом материал на основе этих частиц может служить в качестве универсальной платформы для обнаружения раковых клеток в любом месте организма и адресной доставки лекарств в эти клетки.

Полученные наночастицы были испытаны как in vitro — вне живого организма, на клеточной культуре, — так и in vivo — на лабораторных мышах с привитыми опухолями. Благодаря своей восьмигранной форме и хорошим магнитным свойствам эти наночастицы легко обнаруживались при помощи МРТ.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41598-018-29618-w


При помощи технологии CRISPR создали дрожжи с одной хромосомой

Китайские ученые продемонстрировали впечатляющие возможности технологии CRISPR-Cas9. Используя эту технологию они вырезали кнопочные центромеры, которые удерживали каждую нитевидную хромосому, а затем связали их в одну длинную цепочку. В результате получились организмы с восемью, четырьмя и, наконец, одной «единственной гигантской хромосомой».

Оказалось, что дрожжи с меньшим количеством хромосом не могут спариваться нормально или вообще с обычными, но отлично справились со своим собственным видом. Это действительно может стать началом отдельного искусственного вида.

Исследователи хотят выяснить, почему у клеток вообще есть хромосомы, поэтому странные новые дрожжи могут быть полезны. Также эта работа стала демонстрацией «крупномасштабного изменения генома». Возможно эту технологию будут использовать для создания полезных форм жизни, которых никто еще не видел.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0374-x#article-info


Полимерные наносферы повысили стабильность и активность бета-каротина

Исследователи из Чехии и России научились создавать полимерные наносферы, содержащие действующее вещество. Для эксперимента использовался бета-каротин, наиболее известная и распространенная форма провитамина А. Бета-каротин является мощным антиоксидантом, который защищает клетки от повреждающего действия свободных радикалов, стимулирует иммунитет, предотвращает новообразования, поддерживает восстановительные процессы в эпителии кожи и слизистых, участвует в образовании зрительного пигмента родопсина. Однако он нестабилен и плохо растворим в воде, что ограничивает его применение в фармакологии.

Проведенные эксперименты показали, что за счет полиплексов антиоксидантная активность бета-каротина увеличилась. В случае с бета-каротином в свободной форме за 20 минут в растворе уничтожалось 50% свободных радикалов, а в случае с полиплексами — более 90%. Кроме того, in vitro тесты — на модельной клеточной линии — показали, что полиплексы не влияют на жизнеспособность клеток даже после 72-часового контакта, что подтверждает их низкую токсичность.

По словам авторов статьи, основное преимущество разработанных полиплексов заключается в том, что ученые могут настраивать, где, когда и как долго должен длиться процесс высвобождения вещества из сферы. Это можно сделать за счет добавления новых полимеров в состав полиплекса.

Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29874555


Нанокристаллы лантанидов могут значительно увеличить чувсвительность мультифотонной микроскопии

Ученые из США продемонстрировали возможность визуализации при помощи двухфотонной лазерной микроскопии. Для этого они использовали наночастицы, состоящие из эрбия и иттербия, обладающие двухфотонной флуоресценции.  Это явление заключается в том, что наночастицы поглощает два фотона, а излучает один с удвоенной частотой.

Разработанная методика визуализации позволяет использовать излучение меньшей мощности и меньшей частоты. Так полученные наночастицы поглощают инфракрасное излучение, а излучают зеленое. Излучение меньшей мощности позволяет избежать разрушения клеток, инфракрасное − глубже проникает в ткани, а зеленое излучение обладает более высокой разрешающей способностью.

Предложенные частицы были проверены для визуализации жировой ткани молочной железы мыши, находящейся примерно в 3–4 миллиметрах под поверхностью кожи. Оказалось, что выбранные структура и состав частиц приводят к значительному увеличению чувствительности метода мультифотонной микроскопии: отношение сигнала к фону составило более 25, при этом мощность возбуждающего инфракрасного излучения не превышала 0,1 ватта на квадратный сантиметр.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-018-05577-8


Двухслойная наномембрана может помочь получить особо чистый кислород

Чистый кислород необходим во многих областях, в частности в биологии и медицине. Извлечение кислорода из воздуха в основном делают тремя методами: криогенным, адсорбционным и мембранным. Эффективность мембранного метода во многом зависит от качества мембраны, но вместе с качеством растет цена.

Российские исследователи разработали рентабельный способ производства мембраны. Они получили двухслойный композитный мембранный материал на основе оксидов меди и ванадия, а также изучили его транспортные свойства. Этот материал состоит из плотного внешнего слоя (с высокой проводимостью ионов кислорода и электронов) и внутреннего слоя, в котором происходят окислительно-восстановительные реакции и барботирование кислорода − пропускание газа через жидкую среду. Внешний слой мембраны выступает в роли разделителя, внутренний − выполняет транспортную функцию, то есть переносит молекулы кислорода в реакционную среду.

Пока производительность разработанной мембраны уступает существующим мембранам, но, по словам ученых, разработанная технология имеет огромный потенциал для увеличения производительности.

Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b05315


Пластиковые антитела против рака

Ученые из Великобритании и России синтезировали пластиковые наночастицы, которые совместили достоинства лекарств на основе антител и преимущества методов адресной доставки препаратов. Новые наночастицы nanoMIP проявляют в организме свойства антител, то есть могут атаковать только клетки с определенным типом рецептора, который характерен только для них. За это их называют «пластиковыми антителами». NanoMIP многофункциональны, их также можно использовать для адресной доставки противораковых препаратов, что повысит эффективность противораковой терапии.

Для синтеза nanoMIP ученые использовали способ, в основе которого лежит создание «отпечатков» молекулы-мишени в полимерных частицах. Этот процесс можно сравнить со снятием форм для отливки, когда конечный материал сохраняет очертания модели. При этом полученные «формы» приобретают способность распознавать молекулу-мишень и связываться с ней, тем самым блокируя ее.

Испытания проведены на рецепторе эпидермального фактора роста, который играет ключевую роль в процессах размножения клеток. Мутации в нем приводят к возникновению онкологических заболеваний. В ходе эксперимента наночастицы продемонстрировали способность связываться с рецепторами эпидермального фактора роста, что приводило к уменьшению их количества на поверхности клеток и, как следствие, темпов их роста. Помимо этого, ученые смогли заключить внутрь nanoMIP противораковый препарат доксорубицин, за счет чего они достигли умеренного и направленного токсического эффекта для клеток опухолей.

Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b03206


Наночастицы оксида гафния помогут обнаружить и удалить зубной налет

Еще одно применение наночастиц в трансмонике.  Американские ученые синтезировали наночастицы на основе оксида гафния, которые позволяют диагностировать и лечить зубной налет. Диагностика зубного налета происходит по принципу биосенсоров. К поверхности этих частиц присоединяют органосилановые полимеры и олигопептиды, в результате чего они могут селективно присоединяться к болезнетворным клеткам в налете. С помощью рентгенографических методов можно обнаружить бактерии. Более того, в течение нескольких дней метод позволяет полностью от них избавиться.

Для подтверждения применимости методики и в условиях живого организма, подобный эксперимент ученые провели на зубах живой крысы. Препарат, содержащий наночастицы на основе оксида гафния, ученые давали крысам раз в день в виде водорастворимых таблеток. Оказалось, что в течение 8 суток от зубного налета удалось полностью избавиться, что не удалось сделать, например, с использованием традиционных антисептиков, таких как хлоргексидин.

Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961218305441


Мультивалентный наногель проявляет противовирусную активность широкого спектра действия

Несмотря на многообразие видов и морфологий, многие вирусы отчасти схожи. Они часто поливалентно взаимодействуют со специфическими рецепторами и корецепторами на поверхности клеток, с помощью которых они осуществляют изначальный контакт и распространение внутри клеток. Нарушение сложного механизма взаимодействия клетки и вируса — ключевая область исследования для разработки эффективных антивирусных средств широкого спектра.

Международная группа исследователей из Германии и Индии разработала недорогие наногели на основе дендридного полиглицеринового сульфата. Они способны эффективно предупреждать вирусные инфекции. Эластичные наногели имитируют рецепторы клеточной поверхности, к которым крепятся некоторые семейства вирусов. Патогены прикрепляются к молекулам наногеля, значительно уменьшая риск инфицирования клеток.

Исследователи синтезировали два сульфатированных наногеля, работающих против герпеса и артеривирусов у людей и животных. Сгенерированные наногели могут достичь ингибирующего эффекта в 90% случаев. Вещества остаются активными довольно долго, а также предоставляют защиту от вирусных частиц, испущенных зараженными клетками.

Источник: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.8b01616


Заряженные полимерные наночастицы атакуют клетки рака без лекарств

Новый подход к уничтожению раковых клеток при помощи больших заряженных полимерных молекул продемонстрирован группой ученых из США и Сингапура. Опухоль не может развить устойчивость к терапии, что предотвращает ее распространение.

Медицина обладает широким спектром противораковых терапий. Однако, часто опухоль вырабатывает устойчивость к терапии и возвращается, иногда поражая другие органы. Ученые постепенно преодолевают подобные трудности. Созданные в этой работе мицеллы представляют собой наносферы, созданные из длинных полимерных молекул. Обычно наночастицы служат транспортом для лекарств, но в данном случае сами мицеллы атакуют раковые клетки. Они создаются положительно заряженными и прицепляются к отрицательно заряженным раковым клеткам, нарушая их физические свойства. При этом положительно заряженные здоровые клетки остаются нетронутыми.

Ученые продемонстрировали метод на человеческих раковых клетках печени, введенных мышам. Благодаря тому, что это физический механизм, больные клетки не смогли выработать устойчивость. Более того, данный метод оказался быстрее других. Опухолевые клетки были уничтожены в течение получаса.

Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b11468


Поверхность из наностолбиков предотвращает размножение бактерий.

Некоторым бактериям для размножения необходима поверхность. Ученые, вдохновились крыльями цикад, чьи крылья обладают специфической структурой крыльев, подавляющих размножение бактерий, и создали поверхность из титановых столбиков. Размеры столбиков сопоставимы с размерами бактерий.

Они провели эксперимент с грам-отрицательными бактериями кишечной палочки. Их высадили на поверхность с титановыми наностолбиками и поместили в различные условия, в том числе оптимальные для роста бактерий. Оказалось, что в процессе роста, когда бактерии удлиняются, титановые структуры мешают им. Причем чем быстрее росли клетки, тем больше был бактерицидный эффект. Электронные фотографии показали, что одноклеточные гибли, проткнутые титановыми наностолбиками.

Такое покрытие может быть полезно для имплантов, защищенных от бактерий пассивным образом.

Источник: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2057-1976/aad2c1/meta


Обзор подготовил Михаил Ремнев

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.

Добавить комментарий