Тольяттинский державний університет
Кафедра: Нанотехнологій і нових матеріалів
Реферат на тему
Нанотехнології в медицині
Викладач: Растегаева І.І.
Тольятті 2010
Зміст
Введення
Підхід "Згори вниз"
"Мокра" нанотехнологія
Молекулярна нанотехнологія
Респіроціти
Клоттоціти
Нанороботи
Додатка сучасних нанотехнології в медицині
Нанотехнологічні сенсори і аналізатори
наноманіпулятор
Сучасні перспективи нанопристроїв в медицині
наночіпи
фосфоліпідного наносистеми
Висновок
Список літератури
Введення
Поняття нанотехнології міцно входить у наше життя, а ще в 1959 р. знаменитий американський фізик-теоретик Річард Фейнман говорив про те, що існує "разюче складний світ малих форм, а коли-небудь (наприклад у 2000 р.) люди будуть дивуватися з того, що до 1960 р. ніхто не ставився серйозно до досліджень цього світу ". На першому етапі розвиток нанотехнології визначалося в основному створенням пристроїв зондової мікроскопії. Ці пристрої є своєрідними очима і руками нанотехнологій.
Сьогодні прогрес в області нанотехнології пов'язаний з розробкою наноматеріалів для аерокосмічної, автомобільної, електронної промисловості.
Але поступово все частіше згадуються як перспективна область застосування нанотехнології медицина. Це пов'язано з тим, що сучасна технологія дозволяє працювати з речовиною в масштабах, ще недавно здавалися фантастичними - Мікрометрового, і навіть нанометрових. Саме такі розміри характерні для основних біологічних структур - клітин, їх складових частин (органел) і молекул.
Сьогодні можна говорити про появу нового напряму - наномедицини. Вперше думка про застосування мікроскопічних пристроїв в медицині була висловлена в 1959 р.н. Фейнманом у своїй знаменитій лекції "Там внизу - багато місця" (З посиланням на ідею Альберта Р. Хіббс). Але тільки в останні кілька років пропозиції Фейнмана наблизилися до реальності [1].
Звичайно, сьогодні ми можемо лише висувати припущення про те, якими шляхами розвиватиметься наука майбутнього, і медична наука зокрема. Деякі з цих припущень будуть більш обгрунтовані, інші менш. Так, можна більш-менш впевнено очікувати, що сучасні методи отримають і подальший розвиток. Наприклад, мікропристрою будуть ставати все більш мініатюрними і досконалими, а їх функції - все більш багатими.
З іншого боку, можна очікувати, що на цьому шляху нас зустрінуть несподівані повороти. Деякі з підходів, які здаються зараз перспективними, виявляться марними. Інші, які здаються зараз фантастикою, можуть виправдати себе; деякі з таких "фантастичних" підходів ми тут розглянемо. Швидше за все, виникнуть і якісь зовсім нові ідеї [2].
Три підходи до наномедицина Розглянемо, якими способами в майбутньому можуть бути здійснені діагностика і лікування на клітинному, субклітинному і молекулярному рівнях.
Сьогодні передбачувані шляхи до цього можуть бути розбиті на три групи
Підхід "Згори вниз"
Так можна назвати підхід, що полягає в подальшому удосконаленні існуючих мікропристроїв, в першу чергу - в їх подальшій мініатюризації. Ідею підходу "зверху вниз" (як і ідею нанотехнології в цілому) вперше послідовно виклав в 1959 р.
Використання методів сучасної мікроелектронної технології дозволяє виготовляти елементи розміром менше мікрона. Ці методи можуть бути розповсюджені за межі чисто електронної техніки. Прикладами є мікроелектромеханічні системи (micro electro-mechanical systems - MEMS) і мікрофлюідіка - управління потоками рідини на мікронних масштабах. Сучасна технологія дозволяє виготовляти безліч пристроїв таких, як мікромотори, акселерометри, гіроскопи, різноманітні мікродатчиків, мікроклапани, мікронасоси і шестерні передачі.
В даний час цілий ряд груп вчених у всьому світі працює над створенням мікропристроїв, які могли б працювати всередині людського організму. Такі пристрої можуть бути стаціонарно закріпленими в тканинах, переміщатися пасивно - Наприклад, уздовж шлунково-кишкового тракту - або активно. В останньому випадку вони можуть "повзти" ​​по поверхнях внутрішніх порожнин людського організму, плавати у внутрішніх рідинах або, навіть, "пробуравлівают" собі ходи в тканинах.
Проект, що розробляється в Університеті штату Юта, США, представляє собою мікросубмаріну з двигуном, що використовує роботу бактерій, таких, як Salmonella typhimurium. Ці бактерії здатні плавати в рідині; будучи прикріпленими до ротора двигуна, вони зможуть приводити в рух вал із закріпленим на ньому гребним гвинтом. Для виготовлення ще більш мініатюрного пристрою можуть бути використані не цілі бактерії, а тільки їх гребні джгутики - флагелли. Джерелом енергії для такого двигуна могли б служити кисень і глюкоза, вільно дифундує всередину з навколишнього середовища.
Інший подібний проект розробляється фірмою MicroTEC з Дуйсбурга (Німеччина). У ньому в якості джерела енергії розглядається зовнішнє змінне електромагнітне поле.
Пристрої такого роду, оснащені бортовими системами управління, зв'язку та орієнтації, заснованими на нанотехнології, наносенсорів і наноманіпулятор можуть стати реальністю вже в найближчому майбутньому.
"Мокра" нанотехнологія
Цей підхід заснований на використанні готових механізмів, що існують в живій природі. Мабуть, вперше ця ідея була сформульована в 1967 р. американським біохіміком (і, за сумісництвом, письменником-фантастом) Айзека Азімова. Він першим запропонував використовувати механізми, що складаються з молекул нуклеїнових кислот і ензимів. Роком пізніше Вайт запропонував використовувати генетично модифіковані віруси в якості механізмів для ремонту клітин.
1964 фізик Роберт Еттінджер в своїй книзі "Перспективи безсмертя "запропонував використовувати заморожування до наднизьких температур (Кріоніки) для збереження людського організму до тих пір, поки розвиток науки не дозволить його розморозити, оживити і вилікувати. Чудово розуміючи, які ушкодження спричинить таке заморожування на клітинному рівні, Еттінджер припустив, що в майбутньому стануть можливі механізми, здатні такі пошкодження виправляти. У 1972 р. Еттінджер припустив, що для відновлення пошкоджених клітин можна буде використовувати біороботів на основі генетично змінених існуючих мікроорганізмів. (Детальніше ідеї кріоніки будуть розглянуті нижче).
Розглянемо описані тут шляху докладніше:
Г? Біотехнологія . Використання існуючих організмів в якості основи для створення біороботів обіцяє цілий ряд переваг. Вихідний організм забезпечує готові системи енергопостачання, розмноження, переміщення, саморемонта і т.д. Існують відпрацьовані методи отримання генетичних модифікацій; досвід використання мікроорганізмів з різними цілями. Зрозуміло, пройдуть роки чи навіть десятиліття перш, ніж стане можливо створити дійсно ефективного біоробота.
Г? Вірус як робот . В даний час віруси вже активно використовуються для внесення до клітки нового генетичного матеріалу. У перспективі можна представити собі використання різноманітних роботів-вірусів, здатних розпізнавати клітку певного типу, що знаходиться в певному стані. В залежності від конкретної ситуації такий робот-вірус зможе вбити цю клітину (наприклад, збудника захворювання) або ввести в неї необхідні молекули ДНК або РНК - аж до повної заміни пошкодженого генетичного матеріалу.
Г? Клітка-робот . Клітини в організмі людини здатні цілеспрямовано переміщатися, інколи на великі відстані, знищувати інші клітини або, навпаки, вбудовуватися в пошкоджені тканини на місце загиблих. Не так уже важко уявити собі клітини, штучно...
