Нанотехнологии помогут победить онкологические и инфекционные заболевания
Чешский институт исследований и передовых технологий (Czech Advanced Technology and Research Institute – CATRIN) в Оломоуце справедливо считается одной из самых современных научных площадок в Чешской Республике. Помимо прочего, институт представляет собой технологическую инфраструктуру и платформу для молекулярно-ориентированных фундаментальных и трансляционных биомедицинских исследований. В нем ученые работают над тем, чтобы лучше понять молекулярные основы онкологических и инфекционных заболеваний, а также разработать самые современные препараты для их лечения.
Главное направление исследовательской деятельности Чешского института исследований и передовых технологий связано с изучением свойств наноматериалов и их созданием. Не является исключением и исследовательская группа «Наноматериалы в биомедицине», которая тесно сотрудничает с химиками, изготавливающими наноматериалы, а затем изучает их свойства, которые возможно применять в биомедицине.
«Главным свойством наноматериалов, которое мы используем, является большое отношение площади поверхности к объему. Оно является для нас ключевым и связано с уникальными физико-химическими свойствами, которые как раз используются в медицине. Если представить себе размер наночастицы, то он сравним с величиной клетки белка или, например, вируса. Это означает, что мы можем использовать наночастицу для того, чтобы целенаправленно доставить ее до места назначения», - рассказывает руководитель исследовательской группы «Наноматериалы в биомедицине» Катержина Полакова.
В биомедицине наноматериалы используются в двух направлениях: в диагностике и в терапии. Для диагностики применяются их магнетические свойства – они могут послужить контрастным веществом в методе магнитного резонанса. Эти вещества создаются на базе железа (оксид железа). Также существует долговременный проект по исследованию наноматериалов на базе углерода. При многократном уменьшении углерода образуются так называемые углеродные точки, и если на них направить свет с определенной длиной волны, то эти точки высвечиваются, тем самым помогая визуализировать целевую группу клеток.
«Например, в опухоли очень быстро проходит метаболизм, и она старается заполучить как можно больше энергии на свой рост. Когда углеродные точки попадают в кровеносную систему, - мы проводим эксперименты на мышах, - опухоль моментально их поглощает. Благодаря этому данное место можно хорошо визуализировать. Большое преимущество этих точек заключается в том, что они не остаются в этом месте, и после проведения диагностики выводятся через мочеиспускательную систему мыши», - продолжает Михал Отиепка, один из директоров центра CATRIN.
Еще одно уникальное свойство наноматериалов, которое позволяет их использовать в биомедицине – целевая доставка. Наночастицы способны прикреплять на свою поверхность лекарственное вещество или же могу быть лекарством сами по себе. Ученые могут стимулировать их извне посредством фотодинамической терапии, когда частица помещается внутрь тела и освещается светом снаружи. Свет поглощается частицей, и если частица металлическая, свет нагреет ее и окружающую ткань. Свет также может использоваться для производства высокоэнергетических молекул кислорода, которые будут химически реагировать и уничтожать большинство органических молекул рядом с ними, например, опухоль. Таким образом фотодинамическая терапия имеет потенциал неинвазивной процедуры для лечения заболеваний, выростов и опухолей.
«На свою поверхность наночастицы способны присоединить не только лекарство, но и специфическое антитело, которое приведет их к цели. Здесь для нас существует еще одна задача – преодолеть биологические барьеры, чтобы попасть в правильную мишень. Потому что до сих происходит так, что химотерапевтические или цитостатические вещества циркулируют в организме, и лишь малая фракция этого вещества попадает в опухоль, а остаток продолжает находиться в организме и может иметь множество побочных эффектов», - разъясняет Катержина Полакова.
Несмотря на то, что сегодня наноматериалы входят в повседневную жизнь, и люди зачастую этого даже не замечают, в обществе существует определенный страх перед ними. Нанотехнологии на сегодняшний день приносят столь выдающиеся результаты, что обывателям они видятся по-прежнему фантастическими.
«Я абсолютно поражен, что говорят сегодня люди, например, о вакцинах. Если взять вакцину против covid-19, это тоже вещества из области наноматериалов. РНК окружается так называемой липидной наночастицей, и это очень изысканная система стабилизации хрупкой РНК в наночастице. Эта наночастица настолько «умна», что когда она попадает в кровеносную систему, а затем в клетку, она проходит через стенку клетки, и уже в ней открывается, освобождая РНК, которая затем превращается в некоторые фрагменты вируса. Благодаря этому клетка учится распознавать фрагменты вируса и затем, когда приходит настоящий вирус, она убивает его. Это огромный успех в области нанотехнологий», - добавляет Михал Отиепка, по мнению которого, страх людей перед частицей нано- связан в значительной мере с недостатком информации.
