Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий

Еще один круг проблем связан с тем, что список “врагов человеческих” со времен Эрлиха сильно расширился. Тогда врачи боролись с внешними инфекциями и болезнетворными микробами, потом появились вирусы, уничтожить которые, как мы помним, практически невозможно, затем выяснилось, что причина многих заболеваний гнездится в самом человеке, в ядре клеток его организма, где располагается ДНК с дефектными генами. Добраться до источника заболевания становилось все труднее, врачи шли по пути уничтожения больных или зараженных клеток, доставалось, естественно, и здоровым. Прием первых антираковых препаратов на основе платины приводил к быстрому разрушению печени (и тем не менее их использовали, потому что альтернативой была смерть пациента), да и сейчас химиотерапия сопровождается выпадением волос и другими малоприятными последствиями.

Между тем жизнь менялась. Развивались наука и техника, возрастали требования общества, военные перешли от ковровых бомбардировок к тактике точечных ударов, аналогичные изменения идеологии произошли и в медицине. Идею “волшебной пули” возродили на новом уровне, заговорили об адресной доставке лекарств в пораженные болезнью клетки организма.

Вал работ в этой области накатил только в последнее время, и отнюдь не случайно он совпал с бумом нанотехнологий. Дело в том, что “волшебная пуля” должна иметь наноразмеры, чтобы беспрепятственно “пролетать” по мельчайшим капиллярам кровеносной системы. Кроме того, она должна иметь довольно сложное устройство и состоять из нескольких фрагментов, каждый из которых обеспечивает выполнение определенной задачи. Методы конструирования таких структур были разработаны лишь в последнее время и являются по сути нанотехнологиями.

Для выполнения своей миссии “волшебная пуля” должна преодолеть различные барьеры (стенки желудочно-кишечного тракта, стенки капилляров, гематоэнцефалический барьер между кровью и клетками мозга, мембраны клеток и мембраны клеточных органелл), доставить лекарственное средство в клетку, выгрузить его там, а потом самоуничтожиться, распавшись на нетоксичные компоненты, и покинуть клетку и организм. Это в идеале. Реальная система должна содержать как минимум следующие компоненты: во-первых, наноразмерный контейнер для собственно лекарственного средства; во-вторых, оболочку, предотвращающую слипание наночастиц между собой, обеспечивающую их защиту от воздействия окружающей среды, а также биосовместимость – когда клетки иммунной системы организма не воспринимают эти объекты как чужака; в-третьих, систему распознавания, “молекулярный адрес”.

Вариантов здесь множество. В качестве контейнера используют липосомы – полые пузырьки, образованные молекулами фосфолипидов, мицеллы – полые сферы из диоксида кремния или органического полимера и т. п., внутрь которых упрятывают антибиотик. С другой стороны, это могут быть сплошные наночастицы, например, золота, алмаза, графита, или недавно открытые соединения углерода – фуллерены и углеродные нанотрубки, о которых речь пойдет впереди. Лекарственное средство сорбируют на их поверхности или химически прививают к ней. Еще один вариант – когда лекарственное средство само представляет собой наночастицу, например, магнитного оксида железа или того же золота для гипертермии раковых опухолей.

Оболочка может состоять из слоя диоксида кремния, молекул ПАВ, органических гидрофильных полимеров или белков, а в общем случае – из нескольких этих компонентов, образующих полислойную структуру.

В качестве “молекулярного адреса” могут быть использованы закрепленные на внешней поверхности оболочки белки иммунной системы – иммуноглобулины, или короткие олигонуклеотидные последовательности – аптамеры, или другие лиганды, способные идентифицировать специфические рецепторы на мембране больной клетки.

В настоящее время в лабораториях ученых создано множество таких систем, включающих различные комбинации из перечисленных выше элементов. Их описанием можно заполнить (и заполняют) не одну толстую научную монографию. Сейчас новостные ленты едва ли не ежедневно сообщают о создании нового лекарства от того или иного заболевания, но что-то мы не видим этих лекарств на полках аптек – не так ли?