Все выпуски  

Нанотехнологии в медицине и биологии


ВЫПУСК 4

Нанобот для медицины

Уже несколько лет во всем мире разрабатываются и внедряются наночастицы, которые могут совершать различные манипуляции в организме человека. Они могут измерять температуру и давление, обнаруживать опухоли, доставлять лекарства и даже согревать. Теперь инженерам из Университета Вашингтона удалось создать универсального нанобота, которые может в одиночку выполнять все эти медицинские действия в человеческом теле.

Нанотехнологии только начинают свои первые шаги, но ученые уже стремятся усовершенствовать выпускаемые изделия. Так на свет появилась новая наночастица, совмещающая в себе как диагностические, так и терапевтические функции.

«Нам впервые удалось создать одну наночастицу из двух других, – говорит автор исследования профессор биоинженерии Сиаоху Гао из Университета Вашингтона.- Одна из них сделана из полупроводника, а вторая – из металла, и нам удалось соединить их так, чтобы полностью сохранить функциональные возможности обеих».

В центре конструкции расположена квантовая точка – флуоресцирующий шарик из полупроводника диаметром несколько нанометров. Размеры полупроводника сопоставимы с длиной волны видимого света, поэтому он обладает уникальным свойством – при незначительном сжатии или расширении преобразует проходящие сквозь него лучи света, меняя их цветовой оттенок.

Эта часть наночастицы отвечает за сканирование окружающей среды и передачу изображения. Она окружена золотой сверкающей оболочкой – второй частью механизма. Круг ее обязанностей – доставка лекарственных препаратов на своей поверхности, снятие артритных болей и получение инфракрасного изображения.

Однако если просто соединить полупроводник с металлом, то нанофункции обоих материалов перестанут работать. Электромагнитные поля веществ будет взаимодействовать, нейтрализуя друг друга. Поэтому создатели универсального нанобота разделили две поверхности защитным барьером из органического протеина.

Протеин изолирует оптические и электрические поля полупроводника и металла, позволяя им эффективно работать на расстоянии всего трех нанометров друг от друга. Профессор Гао сравнивает получившийся инструмент с яйцом, где квантовая точка является желтком, протеиновая изоляция – белком, а золотая наночастица завершает конструкцию, как скорлупа.

Кроме того, в процессе создания нанобота ученые обнаружили, что расстояние между ядром и оболочкой можно легко регулировать. Оказалось, что если использовать вместо протеина полимер, это расстояние будет находиться в прямой зависимости от длины молекулы наполнителя. Достаточно добавить одно звено в молекулярную цепочку полимера, и золотая оболочка отодвинется от квантовой точки дальше.

Общий диаметр нанобота составляет всего 15–20 нанометров. При таких размерах он сможет не только свободно перемещаться по сосудам и капиллярам организма, но и проникать внутрь отдельных клеток. Золотое покрытие делает новый инструмент безопасным для человеческого организма, а использование в качестве изолятора полимера многократно увеличивает срок службы нанобота.

Источник:  http://www.nanonewsnet.ru   

Наноэлектронный транзистор смог управлять порой в клеточной мембране

Благодаря последним достижениям в области нанотехнологий есть все предпосылки считать, что в будущем электронные устройства можно будет тесно интегрировать в живые биосистемы.

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory) смогли создать гибкую гибридную наноэлектронную платформу на основе нанострун, покрытых липидами. Это – прямой шаг к появлению прототипов биологически совместимой электроники.

Биосистемы живых организмов гораздо сложнее электронных устройств, созданных человеком. На поверхности обычной клетки содержатся тысячи рецепторов, каналов и ионных насосов, контролирующих поступающие в и выходящие из клетки вещества лучше современных компьютеров.

Интеграция же электронных компонентов в бионику клетки выполнить очень сложно из-за невозможности наладить полноценную биологическую совместимость нанопроводов и тканей. Это проблема всех современных имплантов – их работа в человеческом организме связана с длительным контактом с живыми тканями.

Александр Ной (Aleksandr Noy) и его коллеги превратили липидные двухслойные мемебраны в полноценное наноэлектронное устройство. Мембрана представляет собой двойной слой молекул липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Толщина мембраны составляет 7–8 нм.

Мембраны также являются «домом» для большого количества белковых машин, расположенных на их поверхности.

Ученые же решили покрыть часть нанонитей липидами, что позволило интегрировать кремниевый нанотранзистор на тех же нитях в состав двуслойной мембраны. Так Александр и его коллеги планируют наблюдать за молекулярным транспортом белков через мембрану, превратив нанотранзистор в химический сенсор.

Более того – ученые смогли открывать и закрывать нанопору мембраны, находящуюся возле нанотранзистора, подав на него напряжение. Это – одно из самых весомых достижений Александра и его коллег. Вполне возможно, что в недалеком будущем эта технология изменит биомедицинскую промышленность и внесет много новшеств в производство имплантов.

О результатах своих исследований ученые сообщили в выпуске PNAS от 10 августа.

Свидиненко Юрий

Источник:  http://www.nanonewsnet.ru   

Американские ученые использовали «нанопчел» для лечения рака

Американским ученым удалось вылечить рак у мышей наночастицами с пчелиным ядом, сообщает The Times. Исследование было проведено группой специалистов Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St Louis), штат Миссури, которую возглавил профессор Сэмюэль Уиклайн (Samuel Wickline).

Для лечения рака ученые создали из перфторуглерода круглые частицы размером около четырех нанометров, которые содержали основной компонент пчелиного яда - аминокислотный полимер мелиттин. Исследователям удалось добиться того, что наночастицы с мелиттином атаковали только раковые клетки, а также их предшественниц, не затрагивая здоровые клеток.

Специалисты из Сент-Луиса опробовали новую методику лечения онкологических заболеваний на двух группах мышей. Животные из первой группы страдали меланомой, у другой половины грызунов развился рак молочных желез. После 4-5 инъекций наночастиц опухоли молочных желез у мышей уменьшились в размере на 25 процентов, по сравнению с не получавшими лечение животными. Для грызунов с меланомой методика оказалось гораздо более эффективной - опухоли сократились в размере на 88 процентов.

По словам авторов исследования, которое опубликовано в Journal of Clinical Investigation, применение пчелиного яда имеет ряд преимуществ перед традиционными методами лечения онкологических заболеваний. Так, по сравнению с химиотерапией, использование наночастиц с мелиттином является более высокоточным и эффективным методом, а также вызывает меньше побочных эффектов.

Источник: http://www.Medportal.ru

Растяжение для обратимой активации ферментов

Исследователи из Франции разработали новый наноматериал, химические процессы в котором можно «включать» и «выключать» за счет растяжения. Разработка может оказаться полезной для разработки биосенсоров, восстановления ткани и контролируемой доставки лекарств.

В природе клетки могут преобразовывать механические силы в химическую активность за счет процессов механической трансдукции (mechanotransductionive). Ключевыми для этих процессов являются особенные белки, которые получили название «белки со скрытыми центрами» (called cryptic site proteins). Обычно эти белки неактивны, поскольку их распознающие активные центры скрыты, однако при механическом растяжении эти центры становятся доступны, что активирует протекание биохимических процессов.

Филипп Лаваль (Philippe Lavalle) с коллегами из Страсбурга воспроизвел это явление, создав новый тип механочувствительных материалов, построенных на основе ферментов и полиэлектролитных многослойных пленок. Он уверяет, что его работа представляет первый пример синтетических систем, способных к механической трансдукции, причем, от ряда предложенных ранее прототипов, действующих обратимо.

Новый материал состоит из двух слоев. Первый слой играет роль микроконтейнера, он загружен ферментами. Этот слой покрыт вторым, другим по химическому составу слоем, работающим как механико-чувствительный нанобарьер, «маскирующий» ферменты от субстрата и препятствующий протеканию биокаталитической реакции. При растяжении этого барьера активные центры ферментов становятся доступными, в результате чего инициируется каталитическая реакция. Возврат нанобарьера в нерастянутую форму снова маскирует ферменты.

Источник: Nature Materials, 2009, DOI: DOI: 10.1038/NMAT2504

Источник: http://www.chemport.ru

Секвенирован геном бактерии, способной ориентироваться по силовым линиям магнитного поля Земли

Группа японских ученых провела секвенирование генома магнитотактической бактерии, способной ориентироваться по силовым линиям магнитного поля Земли, и выяснила, какие группы генов ответственны за формирование магнитосом — органелл, которые содержат кристаллы магнетита Fe3O4 и выполняют функцию магнитных стрелок.

Исследователи проанализировали геном бактерии Desulfovibrio magneticus штамма RS-1 и сравнили полученные результаты с генетическими данными других магнитотактический бактерий. В результате были выделены три отдельные группы задействованных в образовании магнитосом генов; более того, эти гены, как оказалось, сохраняются в неприкосновенности у нескольких видов бактерий, принадлежащих к разным классам (альфа- и дельта-протеобактериям). По мнению авторов, такой уровень сохранности позволяет говорить о возможной реализации горизонтального переноса генов — эволюционного механизма, суть которого заключается в передаче генетического материала между одновременно существующими организмами, а не от родителей — потомству.

Собранная информация должна помочь генетикам скорректировать определенные параметры получаемых магнитосом. Эти частицы, отметим, уже применялись в экспериментах на мышах для повышения эффективности магнитно-резонансной томографии; ученые также использовали их в качестве наномагнитов в опытах по детектированию биологических молекул (к примеру, инсулина).

Полная версия отчета исследователей будет опубликована в журнале Genome Research.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Источник: http://www.compulenta.ru


В избранное