Нанобіотехнології

Статті, доповіді

У статті представлені результати вивчення впливу низьких доз свинцю і цинку (наноцінка) на ембріональний розвиток в умовах лабораторного експерименту на щурах. Встановлено негативний вплив свинцю на перебіг вагітності у лабораторних тварин, що проявляється в порушенні фізіологічної динаміки ректальної температури і зниженні приросту маси тіла. Ембріотоксичний ефект низьких доз свинцю проявляється в збільшенні ембріональної смертності в 2,16 рази в порівнянні з контрольною групою тварин, погіршенні морфометричних показників плодів, порушення плацентогенеза. Одночасне введення препаратів цинку при свинцевої інтоксикації спричиняє протекторну дію на організм вагітних щурів і ембріональний розвиток потомства, більш виражене для цитрату цинку, отриманого з використанням аквананотехнологіі в порівнянні з хлоридом цинку. При цьому по морфометричних показниками плоди чоловічої статі виявилися більш чутливі до пренатальному впливу свинцю в порівнянні з плодами жіночої статі.
Методом лужного гельелектрофореза ізольованих клітин визначено ступінь ушкодження ДНК наночастинками металів (золота, срібла і заліза) для клітин тестової культури СНОК1. Показано, що пошкодження ДНК перспективними для біотехнології наночастинками металів залежить від їх природи і розміру. Наночастки золота розміром 30 і 45 нм, срібла – 30 нм і заліза – 77 нм не викликали пошкоджень ДНК. ДНКпошкоджуючу дію на еукаріотичні тестові клітини надавали наночастинки золота розміром 10 і 20 нм, а також заліза – 14, 18 і 23 нм.
Однією з головних стратегій у протипухлинній терапії залишається пригнічення проліферативної активності злоякісних клітин. Однак протипухлинна дія традиційних хіміопрепаратів завжди пов’язана з численними побічними ефектами, зокрема є токсичною щодо органів у нормі й у багатьох випадках сприяє прогресуванню пухлин. У зв’язку із цим виникає потреба розроблення альтернативних методів терапії пухлин та пошуку нових не/низькотоксичних (щодо нормальних клітин) пухлинотропних речовин, які спричинюють їх деструкцію. Токсична дія таких речовин на клітини пухлини може реалізовуватися стимуляцією їх загибелі внаслідок некрозу чи апоптозу. Для контролю цих процесів пропонують застосувати немодифіковані С60-фулерени, які здатні у комбінованій терапії підвищувати протипухлинну активність традиційних протипухлинних препаратів, запобігаючи їх токсичній дії на організменому рівні внаслідок пригнічення реакцій переокиснення.
Тензометричним методом в ізометричному режимі на ізольованих гладенько-м’язових смужках caecum показано, що їхня спонтанна скорочувальна активність характеризується розподілом амплітуд скорочення за частотами. Встановлено, що за присутності багатостінних вуглецевих нанотрубок у розведеннях 1:1 000, 1:100 та 1:50 у нормальному розчині Кребса відбувається звуження амплітудного діапазону спонтанних скорочень гладенько-м’язових смужок, зміщення їх у ділянку більших значень амплітудно-частотного максимуму, а також зменшення частоти генерації для розведень багатостінних вуглецевих нанотрубок 1:100 та 1:50. Відмивання м’язових препаратів у нормальному розчині Кребса розширює амплітудний діапазон скорочень, усуває спричинені нанотрубками у розведеннях 1:1 000 та 1:100 зсув і підсилення амплітудно-частотного максимуму скорочень гладеньких м’язів, але не забезпечує відновлення контрольного профілю розподілу амплітуди скорочень за частотами, окрім випадку присутності у нормальному розчині Кребса нанотрубок у розведенні 1:1 000. Зміни спонтанної скорочувальної активності гладенько-м’язових смужок, зумовлені багатостінними вуглецевими нанотрубками у розведенні 1:50, є незворотними.
Частинки розміром 1-100 нм та композити з молекул і таких частинок неорганічної, органічної та біологічної природи мають унікальні властивості, що не притаманні іншим матеріалам, тому застосування їх зумовлює революційні зміни в існуючих технологіях і створення нових. В огляді описано будову та властивості таких нанокомпозитів, а також їх різноманітне біотехнологічне застосування. Обговорюються нові можливості для досліджень і впровадження в індустріальній ензимології, пов’язані зі включенням ензимів у наноструктури. Новітні технології охоплюють і охорону здоров’я, що сприяло виникненню нанофармакології і наномедицини. Тут уперше з’явилися можливості для контрольованого доставлення і вивільнення ліків у клітинах-мішенях. Розглянуто також проблему патентного захисту нових ідей у цій галузі. Запропоновано розгорнуту дефініцію нанобіотехнології.
Огляд присвячено аналізу властивостей та застосуванню флуоресцентних нанодіамантів, які є однією з форм вуглецевої наноструктури, що має атомарну будову і всі властивості діаманта, зокрема надзвичайно високі щільність, міцність та показник заломлення. Нанодіаманти мають майже сферичну форму, а їх малий розмір (~4-10 нм) зумовлює значну площу поверхні, яка здатна до адсорбції різних речовин, включаючи лікарські препарати. Їхня поверхня, утворена різними полярними групами (гідроксилами, карбоксилами та ін.), є також хімічно активною, і це дає змогу здійснювати модифікації різного типу, що уможливлює побудову найрізноманітніших функціональних наноматеріалів. Створено технології, що дозволяють зробити такі нанодіаманти флуоресцентними. Зокрема, подібних властивостей можна набути радіаційною обробкою, що призводить до утворення N-V-дефектів. Такі флуорофори поглинають світло і випромінюють у зручній для спостереження видимій ділянці спектра. Наночастинки не фотодеградують, що вкрай важливо для флуоресцентної мікроскопії клітин, не виявляють токсичності на рівні клітин та організму і завдяки своїй біосуміс-ності можуть бути використані in vivo як контрастні агенти та носії ліків. Передбачається, що в майбутньому застосування цих наночастинок у біотехнології буде пов’язано зі створенням нанокомпози-тів, які поєднуватимуть в одній наночастинці необхідні функції.
Використання нанотехнологій і наноматеріалів є одним з найперспективніших напрямів розвитку науки і техніки ХХ століття. Найближчим часом слід очікувати різкого збільшення обсягів виробництва наноматеріалів у всьому світі, що призведе до потрапляння значної кількості наноматеріалів в навколишнє середовище і їх накопичення в компонентах біологічних систем з подальшим контактом з організмом людини. Оцінки можливого ризику для організму людини, тварин і навколишнього середовища при виробництві і застосуванні наноречовин одне з пріоритетних завдань сучасної біології та медицини. Необхідність розробки всебічного токсикологічного аналізу нанопродуктів, прояв експериментальним шляхом даних про можливий вплив на організм і ембріон актуальні сьогодні як ніколи.
Сучасні розробки нанотехнологій та використання наноматеріалів є одним з самих перспективних напрямків науки та техніки ХХІ віку. Предметом наших досліджень було вивчення морфологічних та біохімічних показників впливу колоїдного розчину наносрібла в експерименті. Експеримент був проведений на білих статевозрілих нелінійних щурах масою 180-200 гр. Протягом 7 днів вводили розчин наноструктурованого срібла у дозі 3,5 мг/кг (концентрація за металом 800 мкг/мл) внутрішньоочеревинно. Після закінчення терміну введення піддослідним тваринам колоїдного розчину наносрібла був проведений забір крові та проведене морфологічне дослідження з впливу наносрібла на тканинному рівні на паренхімні органи (печінка, нирки, наднирники, мозок). Згідно отриманих даних біохімічних дослідів наноструктуроване срібло має менш токсичну дію на організм ніж прості солі срібла; наносрібло, окрім протимікробної дії, виявляє більшу протизапальну та можливу діуретичну дії. На основі даних, отриманих при проведенні морфологічного дослідження узятих зразків органів, ми можемо зробити висновок, про те, що представлені нами зміни тканинної структури органів не викликані введенням наносрібла.
Показано, що наночастинки золота середнього розміру 20 і 30 нм (на відміну від наночастинок розміром 10 і 45 нм) у модельних системах крові не взаємодіють із сироватковим альбуміном та стійкі до коагуляції. Методом лужного гель-електрофорезу ізольованих клітин (ДНК-комет) встановлено, що за умов одноразового внутрішньовенного введення наночастинки золота розміром 20, 30 та 45 нм не виявляли ДНК-ушкоджувальної дії в клітинах печінки, нирок, кишечнику та кісткового мозку щурів. Наночастинки золота 20 нм, на відміну від наночастинок 30 та 45 нм, виявляли ДНК-ушкоджувальну дію в клітинах селезінки. Отримані дані свідчать, що наночастинки золота розміром 30 нм є найбільш біосумісними та біобезпечними.
Оптимізовано метод отримання кон’югатів наночастинок золота з рекомбінантним фрагментом протеїну А Staphylococcus aureus для використання в імунохроматографічних тест-системах. Проаналізовано вплив основних компонентів реакційної суміші на розмір частинок золота та його кон’югатів з фрагментом протеїну А, їхню гомогенність, стабільність та ефективність розпізнавання імуноглобулінів. Запропоновано методи для швидкого визначення розмірів синтезованих наночастинок золота з використанням оптичних характеристик. На основі одержаних результатів висунуто рекомендації щодо отримання кон’югатів наночастинок золота з фрагментом стафілококового протеїну А, які можна застосовувати у швидких іммунохроматографічних тест-системах.
Узагальнено дані літератури і результати власних досліджень щодо протипухлинної дії in vitro й in vivo фулерену С60 та його похідних, цитостатиків, а також кон’югованих комплексів на їх основі, які уможливлюють його практичне застосування у комбінованій хіміотерапії для підвищення ефективності лікування злоякісних новоутворень.
В оглядовій статті узагальнені дані літератури з наукових основ нанотехнологій і наномедицини. Сучасні нанотехнології створюють умови для розробки нових високоефективних препаратів для лікування різних захворювань. Звернута увагу на необхідність поглибленого вивчення механізмів проникнення і їх побічної дії. За даними Інтернет і наукових публікацій проаналізовано стан досліджень, що стосуються впливу нанопродуктів на репродуктивну функцію і ембріогенез. Намічені перспективи досліджень з наноморфологіі, зокрема вивчення впливу наночастинок на ембріогенез, морфологічну структуру паренхіматозних органів.
Здійснено аналіз даних літератури щодо особливостей будови представників нового класу наносполук – фулеренів С60, їхніх фізичних та хімічних властивостей, способів уведення в біологічні системи, токсичності та перспектив використання як біологічно активних сполук.
Створення нових біосумісних матеріалів, здатних виявляти протипухлинну активність чи підсилювати її в комбінації з традиційними препаратами, знижуючи їхні шкідливі побічні ефекти, є важливою комплексною проблемою, яка потребує використання останніх досягнень біотехнології.
Серед сучасних досліджень з нанобіотехнологій зовсім незначна їх частина присвячена визначенню впливу тих чи інших нанопродуктів на ембріогенез та органогенез. Метою дослідження було моделювання тератогенного впливу ацетату свинцю на хід ембріогенезу, а також пошук нових біоантогоністів свинцю. Матеріалом експериментального дослідження було обрано щурів. В експериментальних моделях використовували розчини ацетату свинцю та цитрату золота, отриманого за аквананотехнологією. При ізольованому введенні надмалих доз свинцю спостерігали виражені токсичні ефекти: зменшення кількості жовтих тіл вагітності, зменшення кількості та ваги ембріонів. При комбінованому введенні низьких доз свинцю та нанозолота спостерігається значне збільшення кількості жовтих тіл вагітності, кількості живих плодів, що свідчить про біоантагонізм свинцю та золота.

Шаторна В. Ф. Нанотехнології, наномедицина, нанобюлогія: погляд на проблему / В. Ф. Шаторна // Вісн. проблем біології і медицини. – 2013. – Т. 2 (99), вип. 1. – С. 40–44.

В статті узагальнено дані літератури з наукових основ нанотехнологій, наномедицини, нанобіології і нанотоксікологіі. Сучасні нанотехнології створюють умови для розробки нових високоефективних препаратів для лікування різних захворювань. Звернуто увагу на необхідність поглибленого вивчення механізмів дії нанопродуктів і їх побічної дії на організм. За даними Інтернет та наукових публікацій проаналізовано стан досліджень, що стосуються нанотехнологій, наномедицини, нанофармакології, нанотоксікологіі. Намічені перспективи досліджень по нанобіології, зокрема вивчення впливу наночастинок на ембріогенез, морфологічну структуру паренхіматозних органів.

Пошук по сайту

Календар

Березень 2024
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Нд
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031