Нанобиотехнологии: становление, современное состояние и практическое значение

Ученые продолжают разрабатывать новые подходы транспорта в специальных нанокапсулах, необходимых для избирательного разрушения клеток при электромагнитном разогреве, что важно для лечения ряда опухолей. Существенное отличие новых типов лекарств от обычных состоит в возможности реализации технологий их направленной доставки к определенным тканям, клеткам и даже внутриклеточным органеллам. При этом лекарство, а чаще средство его доставки (нанокапсула, наноконтейнер) модифицируется молекулами, узнающими рецепторы на клетках–мишенях. Классический пример — молекулы фолиевой кислоты, которые активно захватываются клетками опухолей.

В отличие от обычного введения лекарства и его распространения по всему организму направленная доставка позволяет снизить дозу вводимого лекарства и минимизировать его побочное действие на другие клетки. При агрессивном лечении опухолей направленная доставка высокотоксичных онкологических препаратов при- | обретает особое значение. Использование) заключенных в наночастицы лекарств сво- дит к минимуму их разрушение и утрату | активности по пути к больному органу. При | этом предотвращаются нежелательные побочные явления и возрастает эффективность применения препарата.

Таким образом, наибольший интерес для медицины представляют два направления использования нанобиосенсоров в совокупности с нанокапсулами: обнаружение антител, специфичных к антигенам больных клеток, и избирательная доставка лекарств непосредственно к больным клеткам.

Бактерии — средство направленной доставки лекарств

Одна из серьезных проблем генотерапии — доставка терапевтической молекулы ДНК внутрь ядра больной клетки. Если это удается сделать, то ДНК производит белки, корректирующие генетическое заболевание.

Группа американских исследователей из Университета Пэрдью в качестве средства направленной доставки лекарств к больным клеткам предложила использовать безвредные штаммы бактерий. Они способны проникать в клетку и доставлять внутрь ядра полезный «груз» из наночастиц.

Сначала ученые присоединили ДНК к поверхности наночастиц. Затем прикрепили их к бактериям в качестве полезного «груза». После этого «нагруженная» бактерия проникала в клетку и доставляла ДНК в ядро, заставляя его синтезировать светящийся зеленым флуоресцентный белок.

Ученые предположили, что наночастицы могут нести на себе лекарства, гены, наносенсоры. Полезный «груз» можно выбирать так, чтобы при доставке в различные участки клетки он мог выполнять как диагностическую, так и лечебную функцию.

Участвовавший в исследовании Рашид Башир отметил, что «существует множество комбинаций бактерий и наночастиц, мы можем выбирать из них ту, которая больше всего подходит для данных клеток. Другими словами, мы можем лечить самые разные заболевания». При проведении экспериментов ученые использовали культуры раковых клеток развившихся в различных тканях, включая кишечные, печеночные, яичников, груди. В результате был предложен новый метод, позволяющий доставлять генетический материал в различные органы, включая печень и почки.

Преимущество нового метода доставки лекарств в клетки состоит в том, что бактерия может нести на себе сразу сотни нано частиц. Каждая из них, в свою очередь, — сотни молекул лекарств. Благодаря этому можно вводить в клетки и относительно крупные структуры, например наносенсоры, углеродные нанотрубки.

Наносенсоры могут применяться для j регистрации активности внутри клеток при ранней диагностике рака. Их можно использовать для наблюдения за развитием заболевания и успешностью лечения. Доставленные в клетки и подвергнутые действию света углеродные нанотрубки могут нагреваться и убивать только больные клетки.

Использование бактерий для получения наночастиц металлов

Группа немецких биологов из Научно–исследовательского центра в г. Дрезден — Россендорф в захоронениях урановой руды на отработанном руднике в Саксонии обнаружила бактерию Bacllus sphaercus JG-A12. Для защиты от действия урана эта бактерия образует очень прочную наружную белковую оболочку с множеством нанопор.

Немецкие ученые поместили бактерии в солевой раствор палладия и наблюдали за ними в инфракрасном спектре. В ходе наблюдений было обнаружено, что в нанопорах оболочки бактерии образуются нанокластеры палладия. Получаемые с помощью бактерий наночастицы окружены мембраной, поэтому их легко можно выделять из раствора.

В ходе дальнейших исследований ученые установили, что по сравнению с палладием, получаемым традиционным способом, палладий из оболочки бактерий проявляет большую каталитическую активность, например при очистке автомобильных выхлопных газов.