Нанобиотехнологии: становление, современное состояние и практическое значение - [3]
Лечебное действие этих наночастиц проверили на лабораторных животных. Подопытным мышам вводили в мозг минимальную летальную дозу золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Этот возбудитель вызывает острое воспаление мозга (менингит) и при отсутствии лечения в течение 48 ч приводит к 100 %‑ной гибели. Одновременное и повторное через сутки введение наночастиц с антимикробными свойствами позволило сохранить жизнь многим животным.
Положительный лечебный эффект использования белковых наночастиц с антимикробными свойствами во многом объясняется тем, что они легко преодолевают гематоэнцефалический барьер и борются с инфекцией уже «на местах». Это невозможно для обычных антибиотиков. Полученные результаты подтвердились при проверке на препаратах мозговой ткани подопытных кроликов. Таким образом, сконструированные учеными из Сингапура наночастицы — перспективное средство лечения различных инфекционных заболеваний.
По сравнению с антибиотиками белковые наночастицы с антимикробными свойствами обладают двумя преимуществами: проникают через клеточные и тканевые барьеры, «сооружаемые» организмом вокруг органов, в том числе и больных органов; не приводят к нежелательным побочным эффектам.
Применение нанобиосенсоров в диагностике и лечении заболеваний
На основе механизмов функционирования белков–переносчиков и белков–рецепторов ученые разработали нанобиосенсоры. Нанобиосенсор — это искусственное наноустройство, создаваемое на основе углеродной нанотрубки, в котором чувствительный слой содержит рецепторы (антитела, ферменты) и реагирует на присутствие определяемого компонента в биологическом материале.
Нанобиосенсор генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Высокочувствительные нанобиосенсоры позволяют выявлять специфические белки, вирусы или ДНК в органах, тканях, клетках и биологических жидкостях.
Нанобиосенсор представляет собой комбинированное устройство, состоящее из биохимического и физического преобразователей, находящихся в тесном контакте друге другом.
Биохимический преобразователь представлен сенсорным белком (белком–рецептором). Анализируемое вещество (тестируемая субстанция) взаимодействует с белком–рецептором. В результате пространственная структура белка–рецептора изменяется, что, в свою очередь, приводит к изменению в физическом преобразователе, который включает флуоресцентный белок. По интенсивности флуоресценции определяются наличие и количество искомого вещества в анализируемом веществе.
Нанобиосенсоры могут быть запрограммированы на обнаружение в биологических жидкостях (слюна, кровь) комплекса белков, являющихся индикаторами развития тех или иных заболеваний. Ученые предполагают, что нанобиосенсоры способны внести революционные изменения в медицинскую диагностику заболеваний.
Для успешного лечения раковых заболеваний важно как можно раньше выявить первые появившиеся раковые клетки в органе. Обнаружить единичные злокачественные клетки можно с помощью нанобиосенсоров. Известно, что в ответ на появление в организме чужеродных веществ (антигенов) иммунная система вырабатывает антитела. Они представляют собой специфические глобулярные белки. Каждый вид антител избирательно взаимодействует с определенным антигеном (белковым рецептором).
Ученые стали использовать антитела, специфичные к рецепторам (антигенам) мембраны раковых клеток. Этими антителами начали покрывать углеродные нанотрубки. В результате получились нанобиосенсоры, способные обнаруживать злокачественные клетки в организме и определять вид опухоли. Кроме диагностики заболеваний нанобиосенсоры могут применяться в направленной доставке лекарств в заданную область организма, органа или клетки.
Направленная доставка лекарств
В классической фармакологии существует термин «лекарственная форма», описывающий способ введения лекарства в организм, например в виде таблеток, раствора для внутривенных инъекций, капель, мазей. Развитие биомедицинской науки привело к созданию новых средств упаковки и направленной доставки лекарств — нанокапсул, наноконтейнеров, многофункиональных магнитных терапевтических наночастиц, векторов.
Отличие новых типов лекарственных форм от стандартных состоит в возможности реализации на их основе технологий направленной доставки лекарств к определенным тканям, клеткам и даже внутриклеточным органеллам.
Одним из средств направленной доставки лекарств является нанокапсула. Обычно нанокапсула представляет собой сферическую полую частицу, состоящую из полимерной, липидной или другой оболочки, окружающей ее внутреннюю полость или содержимое. Нанокапсупы должны быть химически стабильны, биосовместимы с организмом и защищать капсулированное вещество от нежелательного воздействия, например растворения в жидкостях.
Размеры нанокапсул обычно не превышают 100 нм. Нанокапсупы обладают высокой проникающей способностью и могут проходить даже в такие «закрытые» зоны организма, как головной мозг. Нанокапсупы применяют для контролируемого введения инкапсулированных лекарств, а также генетических конструкций, несущих гены ферментов, гормонов.
Сергей Витальевич Суматохин, доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой методики преподавания биологии и общей биологии химико–биологического факультета Московского городского педагогического университета.
Много ли вы знаете о своем прапрадедушке? А о родственниках из палеолита? С помощью генетических тестов и археологических данных шведская журналистка Карин Бойс проследила свою генеалогию на протяжении 54000 лет и узнала много удивительных фактов о далеких предках и себе самой. Например, как открытие Америки повлияло на ДНК многих исландцев, почему популярная палеодиета основывается на заблуждениях и какие распространенные представления об «арийцах» не соответствуют действительности. «Моя доисторическая семья» – научно выверенный и вместе с тем личный взгляд на нашу большую человеческую семью и ее историю.
Испытывают ли животные гордость, стыд, вину или отвращение, как и мы, люди? Есть ли у них чувство справедливости и благодарности? Могут ли собаки смеяться и скорбеть, способны ли слоны утешать друг друга, а обезьяны завидовать, плести интриги и выстраивать планы мести? Чувствуют ли боль рыбы и умеют ли любить птицы? Что общего в поведении альфа-самцов шимпанзе и современных политиков? В этой доброй и умной книге, помимо трогательной истории шимпанзе по имени Мама, известный приматолог Франс де Вааль рассказывает о своих многочисленных наблюдениях и экспериментах, посвященных изучению эмоций самых разных животных.
Эта книга посвящена поискам истоков жизни и природы рака. В ней мы попытались описать связь между геометрией, числами, физическим миром и живыми существами. Сделана очередная попытка найти истоки самоорганизации. Описаны новые неизведанные свойства таблицы химических элементов и даны объяснения ряда физических феноменов. Выдвинута новая гипотеза возникновения нашей Вселенной и Жизни. Подтверждено, что рак - это «переставленная» симметрия и нарушение (фолдинг) самоорганизации белков. Выдвинута гипотеза о наличии в живых организмах термоядерного синтеза.
Данная книга предназначена студентам медицинских образовательных учреждений. Это краткое пособие поможет при подготовке и сдаче экзамена по микробиологии. Материал изложен в очень удобной и запоминающейся форме и поможет студентам за сжатый срок детально освоить основные концепции и понятия курса, а также конкретизировать и систематизировать знания.
Изучение человеческого мозга – одной из глубочайших загадок природы – путь к научному познанию человека. Пытаясь проникнуть в тайны «второй Вселенной», как называют мозг, ученые исследуют психические функции животных от простейших организмов до приматов – ближайших «родственников» людей. В книге рассказывается о работе биологов и зоопсихологов в этой области.
О клонировании в настоящее время шумят практически все масс-медиа. И информация, подаваемая ими как очередная сенсация, чаще всего оказывается домыслом или, того хуже, полным вымыслом. Сейчас существует пять устойчивых мифов относительно клонов.Во-первых, это миф о том, что клонировать можно любое живое существо, причем клон будет на вид того же возраста, что и матрица.Во-вторых, клон обязательно должен повторить судьбу матрицы.В-третьих, клон внешне и внутренне должен быть идентичен своей матрице.В-четвертых, клонирование — это серийное производство живых существ.И, наконец, в-пятых, клонирование — прямой путь к искажению генофонда.Книга Николая Дягтерева призвана не только развенчать эти, по меньшей мере, странные убеждения, но и рассказать и на ярких примерах показать интересующемуся читателю о клонировании и о том, чем клон все-таки отличается от «обычного человека».