«Развитие нанотехнологий в медицине как фактор роста экономики России»


Адресная доставка лекарств в клетку



Скачать 403.18 Kb.
страница3/5
Дата18.10.2016
Размер403.18 Kb.
ТипРеферат
1   2   3   4   5

1.2. Адресная доставка лекарств в клетку

Адресная доставка лекарств (и разработка соответствующих транспортных средств) является одним из основных направлений в развитии нанобиотехнологий. В чем же заключается ее суть?



Адресная доставка лекарств – процесс введения фармацевтических препаратов для достижения терапевтического эффекта в человеческом организме. Чтобы лекарство было эффективным, важно, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты попали в мозг, противовоспалительные средства - в места воспалений, антираковые препараты - в опухоль или глазную глаукому. Направленная транспортировка лекарств в очаг развития патологического процесса позволяет добиться повышения эффективности уже существующей лекарственной терапии. Такая адресная доставка обеспечивает более эффективное действие лекарства и сохраняет окружающие ткани. Для нее служат нанокапсулы (стелс-липосомы) или векторы для генной терапии.

Целенаправленный контроль и модификация формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих наномасштабных элементов обеспечивают улучшение или появление дополнительных эксплуатационных, потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов, таких как: повышение эффективности, биодоступности, высокая предсказуемость выделения препарата в нужном месте, уменьшение токсичности и побочных эффектов получаемых инновационных лекарственных препаратов. Результатом работы системы адресной доставки лекарства в клетку будет модификация болезни, то есть полное или частичное излечение человека.

Отметим некоторые мировые достижения в данном сегменте. В 2010 году лаборатория Харт проводила свое исследование в сотрудничестве с лабораторией Дэнниса Халлахана (Dennis E. Hallahan) [6]. Ева Харт, доцент химии из Университета Вандербильта (Vanderbilt University), разработала систему доставки лекарства в клетку с помощью наногубки. Благодаря структурным особенностям наногубки, загруженная противораковым препаратом система адресной доставки, основанная на новом материале, задерживает рост раковой опухоли в три-пять раз эффективнее, чем обычные инъекции.

В России разработки систем адресной доставки ведутся по двум направлениям: пассивный направленный транспорт (облегченное преодоление естественных барьеров) и специфическая доставка («узнавание» патологической ткани), что отвечает мировому уровню развития исследований в этой области. Как раз в 2009 году российскими учеными был разработан метод специфической доставки, о чем было объявлено на Пятом международном симпозиуме по супрамолекулярной химии. Уже создан ряд препаратов адресной доставки лекарств - биосенсоры, которые распознают чужеродное опасное тело в организме. И, вытеснив их из организма, вылечивают человека. В 2010г. наблюдательный совет корпорации «Роснано» одобрил проект производства нанолекарств с целенаправленной доставкой в форме липосом, иммунолипосом и моноклональных антител, призванных бороться со злокачественными опухолями. В этот проект «Роснано» вложит 1,3 млрд.рублей, что составляет треть от общего бюджета проекта. [17]

В долгосрочной перспективе существующий в России научный задел позволяет довести до коммерческих прототипов специфические системы доставки на основе аптамеров, способных избирательно связываться с патологически измененными клетками.

Мировой объем продаж лекарств с модифицированной системой доставки в настоящее время составляет 20% от общего объема рынка фармпрепаратов.

На рисунке 1.2. в Приложении 1 можно проследить, как изменялся совокупный объем мирового рынка целевой доставки лекарственных препаратов.

Ожидаемый среднегодовой прирост рынка нанотехнологических средств адресной доставки лекарств составляет 50% в период с 2005 по 2012г. Аналогичным образом увеличивается и рыночная доля, хотя темп ее роста несколько ниже. В 2012г. доходы на данном рынке достигнут 4,8 млрд. долл., что соответствует 5,2% всего объема продаж. При сохранении этого тренда эта доля вырастет до 7% к 2015г. и до 10% к 2020г.

В целом, значение данного метода адресной доставки очень высоко в наномедицине на сегодняшний день. Данный метод призван бороться с самыми тяжелыми заболеваниями там, где воздействие других методов лечения, таких как, например, лучевая терапия и химиотерапевтическое лечение, может поразить как больные, так и здоровые клетки человека. При этом спектр воздействия данного метода очень широк: лекарства своевременно и в нужном количестве попадают в мозг, в очаг опухолевого заболевания или в места воспалений, что крайне важно для эффективного лечения болезней и спасения человеческих жизней.

1.3. Конструируемые лекарства для конкретного заболевания


Теоретически каждое лекарство должно быть избирательным, то есть действовать на то звено в клетке или тканях, которое поражено болезнью, и не затрагивать при этом другие, здоровые, биологические структуры. Зачастую совместить эти условия бывает крайне сложно. Не случайно одно и то же лекарство может помочь одному больному и оказаться почти бесполезным или даже вредным для страдающего тем же заболеванием другого человека.

В наномедицине же активно проводятся исследования и испытания по синтезу новых химических соединений путем образования молекул без химических реакций. В ближайшие 10—20 лет это приведёт к созданию принципиально новых лекарств, которые синтетики, фармацевты и медики будут «конструировать», исходя из конкретной болезни, и, даже — конкретного пациента. Качественный прорыв в этом вопросе был сделан в начале ХХ века. Основателем современной фармакологии стал Пауль Эрлих. В его лаборатории впервые в истории стали целенаправленно искать лекарственные вещества против конкретной болезни. Самым эффективным в воздействии оказалось средство против сифилиса, которое широко применялось в течение нескольких десятилетий. Однако в то время совершенно точно были известны только «виновники» инфекционных болезней. Поэтому оставалось перебирать наугад молекулы с разной структурой в надежде, что какая-то окажется эффективной. [19] Естественно, такой метод был высокозатратным, сравнительно долгим и поэтому не во всех случаях эффективным.

В настоящее же время важным направлением нанофармакологии является применение наночастиц как субстанций для создания новых медикаментов, а также разработка нанопрепаратов путем образования комплекса известных лечебных средств с наночастицами, что будет способствовать их более глубокому проникновению в очаг патологического процесса. Нанотехнологии дают возможность получать нанопрепараты (например, «нановисмут») с высокой фармакотерапевтической активностью и сниженным побочным действием, что существенно повысит эффективность лечения различных заболеваний человека.

Конструируемые препараты могут быть разработаны специально для воздействия на известные биологические цели. Эти препараты будут воздействовать только на конкретные целевые больные ткани. Кроме того, эти лекарства будут почти индивидуальными, предназначенными для конкретного человека и их болезни. Применение подобных лекарств поможет сократить количество покупок неподходящих лекарств, которые окажутся неэффективными при лечении.

В настоящее время в мире ведется производство и продажа некоторых конструируемых под определенную болезнь лекарств, так по данным BCC, уже в 2008г. мировой рынок наночастиц составлял 900 млн. долл. Но нужно учесть, что сегмент конструируемых препаратов составлял тогда около 1-2% от объема рынка наночастиц. В настоящее время его доля возросла примерно до 5%. Стоит отметить, что ежегодный прирост мирового рынка лекарственных нанопрепаратов составляет около 10%.

Таким образом, можно прогнозировать в ближайшие 5-10 лет стремительное развитие конструируемых лекарств для конкретного человека и его заболевания, учитывающие все особенности его организма. Но пока в США, Европе, а также России ведутся лишь исследования в данной области. Перед ФМБА уже сейчас поставлена первоочередная задача при развитии данного направления в наномедицине, проводить тщательные исследования побочных эффектов, поскольку наночастицы накапливаются в организме, их надо тщательно дозировать и изучать опытным путем.


1.4. Создание точных медицинских наноманипуляторов и диагностических устройств

В настоящее время все большее распространение получают миниатюрные устройства, которые могут быть помещены внутрь организма для диагностических, а возможно, и лечебных целей. Например, современное устройство, предназначенное для исследования желудочно-кишечного тракта, имеет размер несколько миллиметров, несет на борту миниатюрную видеокамеру и систему освещения, а полученные им кадры передаются наружу. Устройства такого рода было бы неправильно относить к области наномедицины. Однако открываются широкие перспективы их дальнейшей миниатюризации и интеграции с наносенсорами, бортовыми системами управления и связи на основе молекулярной электроники, источниками энергии, утилизирующими вещества, содержащиеся во внутренних средах организма. В будущем на микро- и наноустройства будут возложены следующие функции:



  1. Проникновение в нужную точку организма;

  2. Проведение сбора локальной диагностической информации;

  3. Доставка лекарственных средств;

  4. Осуществление "нанохирургических операций" - разрушение атеросклеротических бляшек, уничтожение клеток с признаками злокачественного перерождения, восстановление поврежденных нервных волокон и другие.

Но вернемся к настоящему времени. Основные подходы в нанодиагностике различаются по типам регистрирующих устройств, в качестве которых могут использоваться атомно-силовые микроскопы, оптические устройства, в том числе оптико-механические на базе компакт-дисков к персональным компьютерам, и электрохимические биосенсоры, нанопровода, магнитные наночастицы. Также в области диагностики учеными широко используются нанодатчики и наносенсоры. Из наноматериалов для производства нанодатчиков шире всего применяют квантовые точки и нанотрубки, которые работают как чувствительные элементы датчиков, реагируя на те или иные молекулы – признаки заболеваний.

Необходимо отметить преимущества в диагностике, которые дает наномедицина:

1. Болезнь распознается уже в самом начале, когда другие методы еще бессильны.

2. Метод точно указывает, в какие точки организма хирург или радиоонколог должны направить скальпель или поток частиц для лучевой терапии.

3. С помощью наночастиц можно решить проблему фона. На обычной рентгенограмме или томографическом снимке подчас трудно различить, где нормальный фон, а где – отклонения от него, где – «шум», а где – «сигнал». Наночастицы же изменяют либо цвет патологического образования, либо его магнитные свойства.

4. Метод позволяет детектировать в тысячи раз меньшие концентрации белков, ДНК, вирусов, чем это было возможно при рутинных технологиях.

Стоит отметить, что в июле 2009 г. в подмосковном Ступино проводилась Школа «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах». Там было отмечено, что наиболее успешно развиваются разработки в области диагностики и нанобиосенсоров (было представлено несколько лекций и стендовых сообщений, в частности, С.М. Деева, И.Н. Курочкина, А.П. Савицкого и др.). [6]

С учетом существующего в России задела в период 3-5 лет будут интенсивно развиваться, сертифицироваться и внедрятся в практику методики медицинской нанодиагностики онкологических заболеваний, вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекций, методы оценки лекарственной устойчивости бактериальных возбудителей (в том числе туберкулеза), системы фармакологического мониторинга для оценки индивидуальной переносимости лекарств. Над данными задачами будут работать: НИИ биомедицинской химии РАМН, Институт молекулярной биологии РАН (Москва), Центр молекулярной диагностики, Институт биоорганической химии, НИИ физико-химической медицины Росздрава, Институт вирусологии и многие другие, - всего более 30 организаций.

Среди достижений в нанодиагностике в мире стоит отметить разработки диагностики «in vitro» и «in vivo». Нанотехнологии в диагностике «in vitro» развиваются в двух направлениях: 1) использование наночастиц как маркеров биологических молекул; 2) применение инновационных нанотехнологических способов измерения. Фирма Nanosphere из Иллинойса разработала новые диагностические тесты для выявления онкологических заболеваний, болезни Альцгеймера и муковисцидоза. Причем заявлено, что новый диагностический тест для муковисцидоза будет стоить в 10 раз дешевле имеющихся сегодня. К новым наномедицинским диагностическим тестам относятся также сенсорные системы Cantilever и SPR (поверхностный плазменный резонанс). В целом технология диагностики «in vitro» призвана поднять на новый уровень современную имплантологию, ортопедию, стоматологию.

Диагностика «in vivo» подразумевает использование так называемого контрастного вещества, состоящего из наночастиц, с которым соединены визуализирующие компоненты и определенные антитела. Когда контрастное вещество вводится в кровеносное русло, его поисковые компоненты взаимодействуют с целевыми структурами на поверхности больной клетки по принципу «ключ-замок», и визуализирующие компоненты попадают в больные ткани. После этого остается «считать» визуализированную информацию. Над этой концепцией работает компания Kereos (СтЛуис) в сотрудничестве с Philips и Bristol-Myers Squibb.

Сложные молекулярные контрастные вещества, создаваемые на основе нанотехнолоий, пока еще не доступны для клинической практики. Но уже внедрены простые контрастные вещества, которые состоят из наночастиц окиси железа. Они обеспечивают высокую контрастность в диагностике заболеваний печени.

Наномунипуляторы.

Большинство нанороботов должны манипулировать различными объектами – от атомов до живых клеток. У макроскопических машин для подобных задач есть целый набор рабочих манипуляторов типа «рука робота». Так наноманипулятор будет должен обеспечивать точное позиционирование перемещаемых объектов с атомарной точностью. Детальных разработок подобного устройства в России пока нет. В российском проекте предусматривается наличие около 1000 наноманипуляторов, управляемых компьютером, для доступа к отдельным молекулам и атомам. Подобные манипуляторы будут управляться нанокомпьютерами (либо макрокомпьютерами). Отсчет времени на реализацию столь грандиозных планов начался в 2010 году. Результаты планируется представить уже к 2020 году. Поэтому сейчас это одна из наиболее бурно развивающихся отраслей нанотехнологий.

В Массачусетском технологическом университете во главе с известным ученым Мартином Калпеппером в 2003г. был создан наномунипулятор HexFlex, который превосходил всех конкурентов как по технологических характеристикам, так и по цене. Вскоре HexFlex получил награду R&D 100 . Чуть позже учеными Калпеппером и Ши-Ши Чен был создан Micro HexFlex - самый маленький в мире наноманипулятор, диаметром всего в один миллиметр. [18]

В настоящее время существуют лишь теоретические разработки в области наноробототехники. Ее дальнейшее развитие тесно связано с прогрессом в создании наноматериалов, наноэлектромеханических систем, наносенсоров и молекулярных моторов. Важнейшей областью применения нанороботов должна стать медицина, а также другие сферы деятельности человека, использующие живые системы (сельское хозяйство, ветеринария, биотехнология). Ожидается, что с помощью нанороботов станет возможным передвигаясь по всему организму внутри мельчайших сосудов и внутри клеток, осуществлять направленную коррекцию врожденных генетических дефектов у человека, проводить чистку сосудов, эффективно бороться с сердечно-сосудистыми, онкологическими, нейродегенеративными и инфекционными заболеваниями.

Как утверждают ученые, большинство медицинских препаратов в конце ХХI века будут представлять собой совокупность специально разработанных медицинских нанороботов. При этом ученые надеются на развитие молекулярной нанотехнологии, позволяющей создавать структуры с атомарной точностью. Примеры подобных медицинских нанороботов уже разработаны и смоделированы методами квантовой механики «ab initio». Следующим шагом будет создание полного проекта наноробота на атомарном уровне, и, естественно, разработка соответствующего программного обеспечения.


Каталог: images -> stories
stories -> Методические указания по курсу «Великая Отечесвтенная война советского народа в контексте Второй мировой войны»
stories -> Методическое пособие для студентов специальности 1  70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций»
stories -> Государственный стандарт республики казахстан
stories -> Основная образовательная программа бакалавриата 11. 03. 01 «Радиотехника»
stories -> Обучение в магистратуре
stories -> Программа дисциплины «Мировая экономика»
stories -> О реализации отдельных положений Закона Краснодарского края


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал