Нанобиотехнологии

Статьи, доклады

В статье представлены результаты изучения влияния низких доз свинца и цинка (наноцинка) на эмбриональное развитие в условиях лабораторного эксперимента на крысах. Установлено негативное влияние свинца на течение беременности у лабораторных животных, что проявляется в нарушении физиологической динамики ректальной температуры и снижении прироста массы тела. Эмбриотоксический эффект низких доз свинца проявляется в увеличении эмбриональной смертности в 2,16 раза по сравнению с контрольной группой животных, ухудшении морфометрических показателей плодов, нарушения плацентогенеза. Одновременное введение препаратов цинка при свинцовой интоксикации оказывает протекторное действие на организм беременных крыс и эмбриональное развитие потомства, более выраженное для цитрата цинка, полученного с использованием аквананотехнологии по сравнению с хлоридом цинка. При этом по морфометрическим показателям плоды мужского пола оказались более чувствительны к пренатальному воздействию свинца по сравнению с плодами женского пола.
Методом щелочного гельэлектрофореза изолированных клеток определена степень повреждения ДНК наночастицами металлов (золота, серебра и железа) для клеток тестовой культуры СНОК1. Показано, что повреждения ДНК перспективными для биотехнологии наночастицами металлов зависит от их природы и размера. Наночастицы золота размером 30 и 45 нм, серебра – 30 нм и железа – 77 нм не вызывали повреждений ДНК. ДНКповреждающее действие на эукариотические тестовые клетки оказывали наночастицы золота размером 10 и 20 нм, а также железа – 14, 18 и 23 нм.
Одной из главных стратегий в противоопухолевой терапии остается угнетение пролиферативной активности злокачественных клеток. Однако противоопухолевое действие традиционных химиопрепаратов всегда связана с многочисленными побочными эффектами, в частности является токсичным в отношении органов в норме и во многих случаях способствует прогрессированию опухолей. В связи с этим возникает потребность разработки альтернативных методов терапии опухолей и поиска новых не/низкотоксичные (относительно нормальных клеток) опухолевотропних веществ, которые вызывают их деструкцию. Токсическое действие таких веществ на клетки опухоли может реализовываться стимуляцией их гибели вследствие некроза или апоптоза. Для контроля этих процессов предлагают применить немодифицированные С60-фуллерены, которые способны в комбинированной терапии повышать противоопухолевую активность традиционных противоопухолевых препаратов, предотвращая их токсическому действию на организменном уровне вследствие угнетения реакций переокисления.
Тензометрическим методом в изометрическом режиме на изолированных гладко-мышечных полосках caecum показано, что их спонтанная сократительная активность характеризуется распределением амплитуд сокращения по частотам. Установлено, что в присутствии многостенных углеродных нанотрубок в разведениях 1: 1000, 1: 100 и 1:50 в нормальном растворе Кребса происходит сужение амплитудного диапазона спонтанных сокращений гладкомышечных полосок, смещение их в область больших значений амплитудно-частотного максимума, а также уменьшение частоты генерации для разведенных многостенных углеродных нанотрубок 1: 100 и 1:50. Отмывание мышечных препаратов в нормальном растворе Кребса расширяет амплитудный диапазон сокращений, устраняет вызванные нанотрубками в разведениях 1: 1000 и 1: 100 смещение и усиление амплитудно-частотного максимума сокращений гладких мышц, но не обеспечивает контрольного профиля распределения амплитуды сокращений по частотам, кроме случая присутствия в нормальном растворе Кребса нанотрубок в разведении 1: 1 000. Изменения спонтанной сократительной активности гладко-мышечных полосок, обусловленные многослойными углеродными нанотрубками в разведении 1:50, являются необратимыми.
Частицы размером 1-100 нм и композиты из молекул и таких частиц неорганической, органической и биологической природы обладают уникальными свойствами, не присущими другим материалам, поэтому применение их приводит к революционным изменениям в существующих технологиях и созданию новых. В обзоре описаны строение и свойства таких нанокомпозитов, а также их разнообразное биотехнологическое применение. Обсуждаются новые возможности для исследований и внедрения в индустриальной энзимологии, связанные с включением энзимов в наноструктуры. Новейшие технологии охватывают и здравоохранение, что способствовало возникновению нанофармакологии и наномедицины. Здесь впервые появились возможности для контролируемой доставки и высвобождения лекарств в клетках-мишенях. Рассмотрена также проблема патентной защиты новых идей в этой области. Предложена развернутая дефиниция нанобиотехнологии.
Обзор посвящен анализу свойств и применению флуоресцентных нанобриллиантов, которые являются одной из форм углеродистой наноструктуры, что имеет атомарное строение и все свойства бриллианта, в частности чрезвычайно высокие плотность, прочность и показатель преломления. Нанобриллианты имеют почти сферическую форму, а их маленький размер (~ 4-10 нм) предопределяет значительную площадь поверхности, которая способна к адсорбции различных веществ, включая лекарственные препараты. Их поверхность, образованная различными полярными группами (гидроксил, карбоксил и др.), является также химически активной, и это позволяет осуществлять модификации различного типа, что делает возможным построение различных функциональных наноматериалов. Созданы технологии, позволяющие сделать такие нанобриллианты флуоресцентными. В частности, подобные свойства можно приобрести радиационной обработкой, что приводит к образованию N-V-дефектов. Такие флуорофоры поглощают свет и излучают в удобной для наблюдения видимой области спектра. Наночастицы не фотодеградируют, что крайне важно для флуоресцентной микроскопии клеток, не проявляют токсичности на уровне клеток и организма и благодаря своей биосовместимости могут быть использованы in vivo как контрастные агенты и носители лекарств. Предполагается, что в будущем применение этих наночастиц в биотехнологии будет связано с созданием нанокомпозитов, которые будут сочетать в одной наночастинци необходимые функции.
Использование нанотехнологий и наноматериалов является одним из самых перспективных направлений развития науки и техники ХХ века. В ближайшее время следует ожидать резкого увеличения объемов производства наноматериалов во всем мире, что приведет к попаданию значительного количества наноматериалов в окружающую среду и их накопление в компонентах биологических систем с последующим контактом с организмом человека. Оценки возможного риска для организма человека, животных и окружающей среды при производстве и применении нановеществ одна из приоритетных задач современной биологии и медицины. Необходимость разработки всестороннего токсикологического анализа нанопродуктов, проявление экспериментальным путем данных о возможном влиянии на организм и эмбрион актуальны сегодня как никогда.
Современные разработки нанотехнологий и использование наноматериалов является одним из самых перспективных направлений науки и техники ХХ века. Предметом наших исследований было изучение морфологических и биохимических показателей воздействия коллоидного раствора наносеребра в эксперименте. Эксперимент был проведен на белых половозрелых нелинейных крысах массой 180-200 гр. В течение 7 дней вводили раствор наноструктурированного серебра в дозе 3,5 мг/кг (концентрация металла 800 мкг/мл) внутрибрюшно. После окончания срока введения подопытным животным коллоидного раствора наносеребра был проведен забор крови и проведено морфологическое исследование влияния наносеребра на тканевом уровне на паренхимные органы (печень, почки, надпочечники, мозг). Согласно полученным данным биохимических исследований наноструктурированное серебро имеет менее токсическое действие на организм, чем простые соли серебра; наносеребро, кроме противомикробного действия, проявляет большое противовоспалительное и возможно диуретическое действия. На основе данных, полученных при проведении морфологического исследования взятых образцов органов, мы можем сделать вывод о том, что представленные нами изменения тканевой структуры органов не вызваны введением наносеребра.
Показано, что наночастицы золота среднего размера 20 и 30 нм (в отличие от наночастиц размером 10 и 45 нм) в модельных системах крови не взаимодействуют с альбумином и устойчивы к коагуляции. Методом щелочного гель-электрофореза изолированных клеток (ДНК-комет) установлено, что в условиях однократного введения наночастицы золота размером 20, 30 и 45 нм не проявляли ДНК-повреждающего действия в клетках печени, почек, кишечника и костного мозга крыс. Наночастицы золота 20 нм, в отличие от наночастиц 30 и 45 нм, проявляли ДНК-повреждающее действие в клетках селезенки. Полученные данные свидетельствуют, что наночастицы золота размером 30 нм являются наиболее биосовместимыми и биобезопасное.
Оптимизирован метод получения конъюгатов наночастиц золота с рекомбинантным фрагментом протеина А Staphylococcus aureus для использования в иммунохроматографических тест-системах. Проанализировано влияние основных компонентов реакционной смеси на размер частиц золота и его конъюгатов с фрагментом протеина А, их гомогенность, стабильность и эффективность распознавания иммуноглобулинов. Предложены методы для быстрого определения размеров синтезированных наночастиц золота с использованием оптических характеристик. На основе полученных результатов выдвинуты рекомендации по получению конъюгатов наночастиц золота с фрагментом стафилококкового протеина А, которые можно применять в быстрых иммунохроматографических тест-системах.
Обобщены данные литературы и результаты собственных исследований по противоопухолевому действию in vitro и in vivo фуллерена С60 и его производных, цитостатиков, а также конъюгированных комплексов на их основе, которые делают его практическое применение в комбинированной химиотерапии для повышения эффективности лечения злокачественных новообразований.
В обзорной статье обобщены данные литературы по научным основам нанотехнологий и наномедицины. Современные нанотехнологии создают условия для разработки новых высокоэффективных препаратов для лечения различных заболеваний. Обращено внимание на необходимость углубленного изучения механизмов проникновения и их побочного действия. По данным Интернет и научных публикаций проанализировано состояние исследований, касающихся влияния нанопродуктов на репродуктивную функцию и эмбриогенез. Намеченные перспективы исследований по наноморфологии, в частности изучение влияния наночастиц на эмбриогенез, морфологическую структуру паренхиматозных органов.
Осуществлен анализ данных литературы об особенностях строения представителей нового класса наносполук – фуллеренов С60, их физических и химических свойств, способов введения в биологические системы, токсичности и перспектив использования как биологически активных соединений.
Создание новых биосовместимых материалов, способных проявлять противоопухолевую активность или усиливать ее в комбинации с традиционными препаратами, снижая их вредные побочные эффекты, является важной комплексной проблемой, требующей использования последних достижений биотехнологии.
Среди современных исследований по нанобиотехнологиям совсем незначительная их часть посвящена определению влияния тех или иных нанопродуктов на эмбриогенез и органогенез. Целью исследования было моделирование тератогенного влияния ацетата свинца на ход эмбриогенеза, а также поиск новых биоантогонистов свинца. Материалом экспериментального исследования были выбраны крысы. В экспериментальных моделях использовали растворы ацетата свинца и цитрата золота, полученного аквананотехнологиею. При изолированном введении сверхмалых доз свинца наблюдали выраженные токсические эффекты: уменьшение количества желтых тел беременности, уменьшение количества и веса эмбрионов. При комбинированном введении низких доз свинца и нанозолота наблюдается значительное увеличение количества желтых тел беременности, количества живых плодов, что свидетельствует о биоантагонизм свинца и золота.
В статье обобщены данные литературы по научным основам нанотехнологий, наномедицины, нанобиологии и нанотоксикологии. Современные нанотехнологии создают условия для разработки новых высокоэффективных препаратов для лечения различных заболеваний. Обращено внимание на необходимость углубленного изучения механизмов действия нанопродуктов и их побочного действия на организм. По данным Интернет и научных публикаций проанализировано состояние исследований, касающихся нанотехнологий, наномедицины, нанофармакологии, нанотоксикологии. Намеченные перспективы исследований по нанобиологии, в частности изучение влияния наночастиц на эмбриогенез, морфологической структуре паренхиматозных органов.