Потенциал наномедицины: взаимодействие наночастиц с опасными заболеваниями

Первые опыты по созданию наноразмерных объектов были проведены более 100 лет назад [1]. До сих пор ученые со всего мира ставят различные эксперименты, доказывающие положительное воздействие наноматериалов на организм человека. Исследователи адекватно описывают реальные риски их использования, а также объясняют в каком случае они будут полезны для людей. Правда, что современные технологии способны замедлить процесс болезней, а в некоторых случаях даже остановить ее? В статье представлено взаимодействие наноматериалов с такими опасными заболеваниями как: рак, ВИЧ, Гепатит В и туберкулез.

Преимущества использования нанопрепаратов для терапевтического

Использование наночастиц:

Снижение дозы лекарственного средства

Уменьшение побочных эффектов

Сокращение периода лечения

Способность создавать наноматериалы малых размеров позволила продвинуться в области медицины: за счет них решается проблема качественной адресной доставки лекарств в организм и эффективность диагностических инструментов.

Рак — очень серьезное и опасное заболевание, являющееся важной медико - социальной проблемой. Во всем мире с каждым годом увеличивается процент раковых больных, в связи с изменением образа жизни, ухудшением экологии и других внешних и внутренних неблагоприятных факторов.

Статистика онкобольных в РФ

В научной статье, опубликованной в журнале Американского общества рака говорится о том, что предполагаемое количество новых случаев онкологии в 2020 году составит более 1,8 миллиона случаев, а смертность от рака - 606,5 тысяч.

На сегодняшний день специалисты ОНН назвали рак самой смертоносной болезнью во всем мире. Но, несмотря на неутешительные прогнозы и статистику, медиками и учеными со всего мира постоянно разрабатываются новые препараты и методики в борьбе с этим страшным недугом. Многие виды онкологии уже эффективно поддаются лечению. Научные данные обновляются непрерывно.

617,1 тыс.

2017 год

624,7 тыс.

2018 год

По данным Минздрава

В борьбе с онкологией применяются три классических метода лечения: хирургическое вмешательство, радио и химиотерапия. Но, что если бы существовала более точная методика, с минимальной дозой излучения и лекарств, способная остановить рак?

Золото за счет своих полезных свойств очень ценится в медицинской практике. В 2015 году исследователи из Род-Айленского университета нашли способ, как привести золотые наночастицы прямо к опухолевым клеткам, тем самым замедлив прогресс болезни. Исследование было опубликовано в официальном журнале Национальной академии наук США "Труды национальной академии наук". Для эффективной транспортировки к раковым клеткам, учеными было использовано нанозолото, снабженное специальным пептидом - pHLIP, который способен чувствовать более кислую клеточную среду и закрепляться в мембране подкисленной клетки. Доказано, что злокачественные клетки отличаются пониженным водородным показателем, именно поэтому разработанный пептид смог доставить наночастицы золота прямо к адресату.

Еще одно исследование было предложено нашими учеными из Национального технологического университета "МИСиС", совместно с коллегами из института ядерной физики имени Саха. Они разработали недорогие и нетоксичные частицы наноразмеров в форме звезд, которые решают проблему транспортировки лекарств. Попадая глубоко в организм, они уменьшают быстрое распространение злокачественных клеток. Результаты опыта были опубликованы в научном журнале Journal of the Chemical Society.

В медицине часто используют плазмонные наночастицы на основе золота. Это наноматериалы, имеющие необычные оптические и физические свойства, обусловленные формой и структурой. За счет этого определяется колебание свободных электронов внутри них. Но присутствует существенный недостаток: при введении в кровь они начинают слипаться. В итоге сосуды засоряются и их транспортировка к пораженным тканям становится невозможна. В связи с этим ученые синтезировали малые стабильные частицы на основе золота, которые не слипаются при введении в кровь и эффективно проникают глубоко в организм. По словам исследователей, им важно было, чтобы наночастицы были полезны при фототермальной терапии, и поэтому выбор пал на форму звезд.

Три способа лечения

Стандартная радиотерапия

Малая эффективность

Радиотерапия с золотом

Средняя эффективность

Радиотерапия с золотом и внедрением пептида

- на 24% эффективнее убивали раковые клетки
- на 21% эффективнее стандартной радиотерапии с золотом

ГЕПАТИТ В

Гепатит В — инфекция, вызванная вирусом гепатита В. По данным Всемирной организации здравоохранения на планете живет свыше 250 млн. зараженных. Заболевание официально зарегистрировано только у каждого десятого из общего числа больных. Люди не догадываются, что могут являться источниками заражения. А самое опасное, что гепатит В может перейти в хронический вид и со временем развить новые серьезные болезни такие как рак печени, цирроз и другие.

Страны с наибольшим количеством зараженных Гепатитом В:

1. Пакистан
   
2. Китай
   
3. Египет
   
4. США и Россия
   

Статистика ВОЗ показывает, что если не инвестировать в борьбу с заболеванием 6 миллиардов долларов ежегодно, то к 2030 году количество смертности от разных видов болезни составит примерно 5 млн. человек.

Несмотря на то, что существует много методов диагностики и лечения гепатита В, вопрос о необходимости разработки более эффективных, простых и быстрых способов обнаружения заболевания остается открытым.

Учеными со всего мира разрабатываются различные варианты биосенсоров с использованием нанозолота, способные выявить вирус гепатита В и С. Биосенсоры – это специальные аналитические устройства, которые применяют биологические материалы для обнаружения конкретного вещества на основе присущих ему физико-химических особенностей. Наночастицы золота используются в таких биосенсорах для диагностики различных патогенов, например гена и антигена гепатита B и C, в частности, антигена HBsAg, который считается наиболее важным биомаркером для лабораторной диагностики вируса. Его наличие в крови свидетельствует о хроническом и остром уровне вирусной инфекции гепатита В.

ВИЧ — вирус, стремительно поражающий иммунную систему человека. По данным Федерального научно-методического центра по профилактике борьбы со СПИДОМ на 30 апреля 2020 года кумулятивное количество зарегистрированных случаев выявления ВИЧ-инфекции среди граждан РФ составило почти 1.5 млн.

С этой болезнью живет большое количество людей во всем мире. При правильной и регулярной терапии они могут прожить долго и вести совершенно обычный образ жизни.

При полном игнорировании терапии, вирус разрушает иммунную систему, способствуя появлению последней стадии ВИЧ - инфекции - СПИДУ.

Несмотря на положительную динамику, данное заболевание является одним из опасных в мире, от которого страдают люди разного возраста.
Разработано много способов регрессировать болезнь. Самый популярный - это ВААРТ - высокоактивная антиретровирусная терапия. Но у нее есть свои минусы. При долгом употреблении этого препарата ВИЧ развивает резистентность к лекарствам, что приводит к необходимости изменения схем лечения.
Остановимся на современных методах с внедрением наночастиц, способствующих регрессировать ВИЧ-инфекцию и ее последнюю стадию СПИД.

Смертность от СПИДА в РФ:

36,9 тыс.

2018 год

33,6 тыс.

2019 год

По данным Минздрава

В январе 2010 года в журнале Nanobiotechnology был опубликован материал, посвященный исследованию мексиканских иммунологов из университета Нуэво-Леон о возможности эффективно использовать наносеребро в борьбе с ВИЧ-1 in vitro. Для этого клетки иммунной системы инкубировали с ВИЧ: сначала с наночастицами серебра, а потом без них. Затем оценивали количество зараженных участков. Оказалось, что в присутствии наносеребра инфекционная активность подавлялась на 50% при концентрации от 0,44 до 0,91 мг/мл. С помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии было обнаружено, что между наночастицами, прикрепленными к поверхности тела вируса, расстояние составляло ~28 нм. Поскольку на вирусной мембране между гликопротеиновыми шипами gp120 расстояние сопоставимо (~22 нм) с расстоянием между частицами, то был сделан вывод о том, что они взаимодействуют именно с gp120.

Gp120 имеет важное значение для проникновения инфекции в клетки, так как он взаимодействует со специфическими рецепторами клеточной поверхности. Это приводит к слиянию вирусной и клеточной мембран. В результате исследование показало, что наносеребро противодействует связыванию вируса и клетки, другими словами оно останавливает его развитие на ранних стадиях, что снижает возможность передачи инфекции между ними.

ТУБЕРКУЛЕЗ

Туберкулез является вторым наиболее смертельным инфекционным заболеванием после СПИДа[2].

В 1993 году ВОЗ объявила туберкулез глобальной чрезвычайной ситуацией в области здравоохранения[3].
Успех и частота неудач при терапии зависит от следующих факторов:

1. Соблюдение режима лечения
   
2. Недоедание
   
3. Вредные привычки
   
4. Сопутствующие заболевания - ВИЧ
   
5. Недостаточный контроль со стороны здравоохранения.
   

По данным Всемирной организации здравоохранения:

>10 млн. чел.

заболевают ежегодно туберкулезом

1,6 млн. чел.

умирают ежегодно от туберкулеза

Главной проблемой традиционного лечения туберкулеза является то, что препараты вводятся внутривенно или преорально, распространясь по всему организму через кровообращение, не поражая качественно нужные участки. При этом они полностью не выводятся из организма, вызывая побочные, неблагоприятные эффекты. Плюс ко всему оно требует продолжительного времени, с многократным введением лекарств, что часто приводит к пренебрежительному или полному игнорированию пациентами текущей терапии. В связи с этим учеными разрабатываются альтернативные способы борьбы с туберкулезом.

Одним из таких является разработка Национального совета по научным исследованиям университета Буэнос-Айреса, по созданию новых антибиотиков с использованием наноматериалов, направленных на преодоление лекарственной устойчивости, сокращение курса лечения и уменьшение взаимодействия препаратов с антиретровирусной терапией.

Было доказано, что наночастицы поглощаются клетками более эффективно, чем молекулы в обычной терапии, что определяет их результативное действие в качестве транспорта и доставки в организм человека. В терапевтических целях лекарства могут быть ковалентно внедрены в поверхность или в матрицу частицы[4].

Преимущества системы доставки лекарств на основе наночастиц для лечения туберкулеза:

1. более эффективное и длительное действие;
   
2. использование сразу нескольких препаратов в матрице;
   
3. отсутствие побочных эффектов;
   
4. устойчивое и контролируемое высвобождение лекарств;
   
5. результативное введение препаратов преорально и за счет ингаляции;
   
6. за счет вышеперечисленных свойств улучшенное соблюдение пациентом терапии.