Что нам «нано» в медицине

Зампредседателя Президиума, директор Института химической биологии и фундаментальной медицины академик Валентин ВЛАСОВ в Дни российской науки рассказал о том, что такое нанотехнологии, почему за последний год-два они обрели статус мыльного пузыря и что изменится в нашей жизни с их появлением, например, в медицине и фармакологии.

Наука – почти как живой организм – развивается не линейно, а скачками. Если в прошлые века лидирующее положение занимала физика, то сегодня на передовых позициях находятся биохимия и медицина. Поскольку наука не имеет государственных границ, этот процесс для ее развития характерен во всем мире. В начале тысячелетия ставку на нанотехнологии сделали США, несколько лет назад интерес к ним дошел и до нашего правительства. Правда, это стало не только плюсом, но и минусом: из-за ставки на федеральное финансирование ученые часто употребляют термин всуе. В результате в общественном понимании со словом «нанотехнологии» нередко связывают что-то несуществующее, выдуманное. Хотя на самом деле это совсем не так. Нанотехнологии существуют и уже в ближайшие годы способны заметно повысить возможности нашей медицины, в особенности, ее диагностической области. Многие ученые, впрочем, отмечают, что название технологии по размеру частиц, которые в ней используется, не очень удачное. Наночастица – это объект, имеющийся в природе, а технологии ведения научно-исследовательских работ и решения прикладных задач в каждой науке свои.

Основными областями применения нанотехнологий в медицине в ближайшие 10 лет станут диагностические системы и точная «доставка» лекарств. Вся диагностика сегодня основана на нанотехнологиях с использованием синтетических фрагментов нуклеиновых кислот, ферментов и антител. Российские ученые уже научились присоединять к ним нужные вещества для доставки их в пораженный очаг. В качестве багажа к антителу могут выступать самые различные агенты – биологические токсины, радионуклиды, флуоресцентные белки. Это могут быть даже наночастицы золота, которые также доставляются антителом к опухоли, накапливаются, и после облучения лазером соседние клетки (раковые) фактически сгорают от перегрева, включая механизм самоуничтожения.

Идея доставки веществ еще не получила практического применения. Ученые подбирают для наноструктуры нужную форму, чтобы «обмануть» организм, который пока не распознает соединение как свое. Обычные химические лекарства, как правило, синтезируются и исследуются на необходимые свойства, а затем уже разрабатываются для фармакологии. Поэтому зачастую все они имеют побочные эффекты и редко гарантируют желаемый результат. Их не создают специально для лечения конкретного заболевания, а «находят» в процессе исследований, основанных на методе проб и ошибок.

Совсем другое дело – вещества, специально выстроенные из биополимеров для конкретной «работы» в организме. Такие структуры можно использовать для лечения онкологии, сердечно-сосудистых и наследственных болезней, доставляя необходимые вещества точно к пораженным очагам организма и не вступая «по дороге» ни в какие контакты с другими клетками. Нанотехнологии могут решать важную проблему доставки нерастворимых лекарственных соединений. В настоящее время в Институте органической химии СО РАН ведутся работы по присоединению нерастворимых обезболивающих веществ и транквилизаторов к наноструктурам.

Одно из направлений развития нанотехнологий – получение принципиально новых материалов. Так, в Красноярском Институте биофизики СО РАН синтезировали биосовместимое вещество, похожее по внешнему виду и свойствам на полистирол. С его помощью можно изготавливать биологически совместимые имплантаты и широко использовать этот материал в медицине, поскольку с течением времени он рассасывается в организме без остатка. На основе этого пластика с использованием наноразмерных кристаллов апатита, фосфата кальция и других веществ в Институте химической биологии и фундаментальной медицины совместно с другими институтами СО РАН разрабатывают специальный состав для использования в технологии заращивания дефектов костей. С использованием «полистироловых» имплантатов она широко используется в мире уже сегодня. Ее также применяют и в отделении травматологии ЦКБ СО РАН.

Главной целью исследований ближайших лет в биотехнологиях станут биочип и биосенсор. Биочипы – это нанесение на подложку биологического материала для высокопроизводительного анализа. Они позволяют очень быстро и качественно анализировать различные вещества – маленькая диагностическая система. Нанотехнологии приведут к созданию нового класса биочипов, которые на одной подложке смогут анализировать, определять и разделять различные вещества. Уже запатентован российский биочип на основе наноконструкций, используемый для диагностики целого ряда заболеваний. Например, диагностика туберкулеза с его помощью происходит всего за 18 часов против обычных 6-10 недель. Эта разработка российских ученых из Института молекулярной биологии РАН (Москва) конкурентоспособна на мировом уровне.

Биосенсоры могут применяться для ранней диагностики, индивидуальной терапии, контроля и лечения ряда заболеваний. Они контролируют процессы в клетках с помощью чувствительных элементов или распознавателей, преобразуют и усиливают сигнал. Их применение сделает доступным диагностирование и даже позволит выполнять ряд несложных анализов при самодиагностике. Биосенсоры планируют применять также и в пищевой промышленности для определения точного состава продуктов, например, для проверки их на наличие генномодификаторов и различных добавок.

Институт химической биологии и фундаментальной медицины сотрудничает с Институтом физики полупроводников СО РАН, где производят нанопористые мембраны на основе кремния. Из этих материалов и разрабатывают биосенсоры. С Институтом катализа Сибирского отделения ведется разработка устройства для анализа нуклеиновых кислот. В СО РАН наноматериалами и порошками занимается много институтов – практически в каждом есть свои разработки. Это дает большие возможности при объединении усилий для реализации совместных проектов.

Мария ШКОЛЬНИК