Наномедицина. Медицинские нанотехнологии


19.04.17. Наночастицы перепрограммируют Т-клетки прямо в организме для борьбы с лейкемией



Традиционные подходы к иммунотерапии рака предполагают перепрограммирование иммунных клеток в пробирке и последующий их ввод в организм. А вот ученые из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона разработали биоразлагаемые наночастицы, с помощью которых можно программировать Т-клетки прямо в организме. Чтобы Т-лимфоциты могли «убивать» раковые клетки, их модифицируют, оснащая искусственными химерными антигенными рецепторами (CAR). Наночастицы переносят гены, которые «программируют» CAR. Ученые снабдили наночастицы молекулами, благодаря чему те быстро достигают Т-клетки, которая их поглощает. Затем клетка направляет наночастицу к ядру, и она растворяется. Перепрограммированные клетки начинают работать в течение 24–48 часов и продолжают работать в течение пары недель. Во время эксперимента запрограммированные наночастицами Т-клетки замедлили прогрессирование лейкемии у мышей.


2017. Нанодиски для тренировки иммунных клеток для уничтожения рака кишечника



Иммунотерапия - перспективное направление лечения рака, однако главная сложность - в том, как правильно перепрограммировать иммунные клетки. Группа ученых из Мичиганского университета разработали специальные нанодиски из синтетических липопротеионов для настройки и тренировки иммунных клеток. Из этих дисков делают вакцину, в которую добавляют взятые из опухоли неоантигены - частицы, которые инициируют иммунный ответ организма на конкретную опухоль. Полученную вакцину вводят в организм. Нанодиски становятся источниками персонализированных имунных Т-клеток, настроенных на уничтожение клеток опухоли.


2016. В Microsoft считают, что рак - это бага и хотят выпустить патч



Ребята из Microsoft уже обещали нам, что найдут способ победить рак в течении 10 лет. Что они для этого делают? Во-первых - припахали свое облако на расшифровку ДНК и сравнения ДНК здоровых и больных раком людей. Во вторых, разрабатывают искусственный интеллект, который изучит миллионы историй онкологических болезней и сможет ставить диагноз по жалобам и анализам пациента (а может, и назначать лечение). Но последняя разработка биолаборатории Microsoft Research - выглядит еще круче. Это нанокомпьютер из ДНК, который способен пробираться внутрь клеток и отслеживать сбои на клеточном уровне. В случае появления признаков мутации, которая превращает здоровую клетку в раковую, эти маленькие биокомпьютеры могут инициировать процесс «перезагрузки», возвращающий клетку в исходное состояние. В Microsoft говорят, что рак - это как бага в софте, и уж кто-кто, а они умеют исправлять баги.


2015. Наночастицы из жидкого металла позволят превратить раковую опухоль в видимую мишень



Команде ученых из университета Северной Каролины удалось разработать наночастицы для лечения рака, которые приносят две пользы сразу. Во-первых, они облегчают доставку лекарства прямо в раковые клетки, во-вторых, они позволяют точно определить локализацию опухоли. Частицы представляют собой пузырьки из жидкого металла (сплав галлия и индия), покрытые полимерами, одни из которых удерживают лекарство (доксорубицин), вторые - находят и крепятся к раковым клеткам. На рисунке (слева) показана такая наночастица, красные точки - это лекарство. После попадания в клетку опухоли, полимеры отваливаются, а пузырьки жидкого металла слипаются (рисунок справа) и образуют капли, которые легко увидеть на любом томографе. Якобы, эти капли - не токсичные, и легко выводятся из организма.


2015. Нано-доктора будут ходить по организму. В прямом смысле



Будущее медицины - за нанотехнологиями - наночастицами и нанороботами, которые будут исправлять неполадки на уровне клеток и молекул. Но как наноботы будут передвигаться по организму к нужному месту? Пока есть два варианта: неуправляемо циркулировать с током крови и управляться внешним магнитным полем. Биотехнологи из университета Техаса придумали третий вариант: они создали из молекул ДНК наноробота с двумя ногами, который может ходить (как человек), цепляясь ногами за участки на их поверхности с особым химическим составом, на определение которого «запрограммирован» робот. Разработчики предполагают что такие ДНК-роботы могут стать нано-докторами, которые будут постоянно пробегать по всем клеткам организма и искать раковые опухоли и прочие проблемные зоны. По словам ученых, прямо сейчас можно создать устройство, которое будет помечать такие клетки и будет делать их более заметными для иммунной системы или настоящих докторов, а в ближайшем будущем – самостоятельно уничтожать их.


2015. Наночастицы помогут лечить и предотвращать инсульты



Некоторые случаи ишемического инсульта сейчас успешно лечат с помощью внутривенных стентов, чистящих тромбы в сосудах мозга. Однако, в большинстве случае этот метод опасен, т.к. тромб может оторваться от стенки сосуда и закупорить кровоснабжение мозга в более узком месте. Препараты, растворяющие тромб - тоже часто не помогают, т.к. просто не могут достичь тромба из-за слабого кровотока. Команда ученых из института Wyss и Гарварда разработала комбинированную технологию с использованием наночастиц, которая позволяет удалить тромб безопаснее. В закупоренный сосуд вводится стент, однако он не чистит, а выпускает к тромбу поток наноконтейнеров, в которых содержится препарат, растворяющий тромб. Наночастицы разработаны так, чтоб они цеплялись за частицы тромба и выпускали растворитель. При этом, даже если часть тромба оторвется - она продолжит растворяться и дальше (наночастицы от нее не отстанут).


2015. Наногель может оставить стоматологов без работы



Основная работа стоматологов - это пломбирование кариесных дырок в зубах, которые появляются из-за того, что на зубах живут вредные бактерии и гадят (кислотой) прямо там, где живут. Мы, конечно, чистим зубы пару раз в день (и антимикробные вещества зубной пасты очищают эмаль от бактерий), но в промежутках между чистками, эти бактерии все-таки успевают залезть на зубы и нагадить. Однако, возможно, скоро мы положим конец этому беспределу. Группа исследователей из Рочестерского университета и Школы стоматологической медицины Университета Пенсильвании разработали наночастицы, которые умеют прикрепляться к зубной эмали и удерживать на ней антимикробные препараты весь день. Наногель уже испытали на крысах. Основная проблема, с которой столкнулись разработчики в том, что наночастицы отлично закрепляются не только на зубах, но еще и на языке и деснах. А там бактерии нужны, и их нельзя убивать.


2014. Google разрабатывает нанороботов для диагностики рака и других заболеваний



Собирать информацию о людях - это то, что у Гугла получается лучше всего. Почти каждый наш шаг в интернете отслеживается Гуглом для того, чтоб показывать нам правильную рекламу. Теперь они решили попробовать собирать информацию прямо в организме человека. Руководитель медицинского направления из секретной лаборатории  Google X, Эндрю Корнад (на фото), рассказал, что компания разрабатывает новую технологию сбора информации о работе организма, основанную на использовании наночастиц. Эти наночастицы будут попадать в организм в обычной таблетке, впитываться в кровь и циркулировать по организму, реагируя на определенные микрочастицы (например, раковые клетки). Затем они будут передавать полученную информацию фитнес-браслету на запястье и выводиться из организма естественным путем. Конрад говорит, что скоро никто не будет сдавать анализ крови или мочи. Вместо этого достаточно будет выпить диагностическую таблетку и переслать полученные данные с фитнес-браслета врачу. А если выпивать такую таблетку ежедневно - можно вовремя обнаружить заболевание на ранней стадии и легко от него избавиться.


2014. Видео: раковую опухоль забивают до смерти маленькими железными шариками



Звучит, как бред или как фантастика, но это уже работающая технология - нанотермия, сертифицированная в Европе для лечения глиобластомы (рака мозга). Ее изобрела немецкая компания MagForce. Идея в том, что непосредственно в опухоль вводят наночастицы из оксида железа. Затем пациент ложится в специальный аппарат NanoActivator, напоминающий томограф, который создает вибрирующее электромагнитное поле. Под воздействием этого поля наночастицы начинают вибрировать, убивая раковые клетки за счет механического и термического воздействия. Мертвые раковые клетки вместе с наношариками удаляются естественным путем, поэтому процедуру проводят постепенно, за несколько заходов.


2014. Нанопропеллеры могут двигаться в организме, доставлять лекарства или радиацию



Лучевая хирургия, клонирование органов и трасплантация - это конечно круто, но в идеале медицинское лечение должно осуществляться на наноуровне. Было бы здорово, если б нанороботы (под управлением врача) могли очищать сосуды, доставлять лекарства в нужные точки, восстанавливать поврежденные органы и ткани, не доставляя никакого побочного вреда и дискомфорта пациенту. И медленно но верно медицина к этому идет. Группе ученых из Израиля и Германии удалось создать нанопропеллеры, которые могут под управлением магнитного поля двигаться в биологической ткани. Прорывом называют именно возможность их продвижения через высокомолекулярную среду, не застревая в этой гуще. Диаметр нанопропеллера - всего 70 нм, длина 400 нм. Для сравнения - размер эритроцита (клетки крови) - 7000 нм.


2014. Электронный пластырь сам вводит лекарство, когда начинается тремор



Недавно мы рассказывали о пластыре, который может эффективно и безопасно вводить лекарство через кожу и о пластыре, который может измерять и записывать параметры работы организма. Но прогресс не стоит на месте. Вот вам пластырь, который умеет и вводить лекарство, и мониторить работу организма, да еще и решать, когда вводить лекарство в зависимости от состояния организма. Корейские ученые из Сеульского национального университета создали такой нанопластырь, который, прежде всего предназначен для лечения симптомов болезни Паркинсона. Он отслеживает движения мышц, и когда начинается тремор, впускает лекарство через кожу пациента. Все это происходит при помощи наноматериалов: силиконовые наносенсоры наблюдают за движением мышц, хромированные и золотые нанопровода наблюдают за температурой кожи, и кремниевые наночастицы содержат лекарство. Для введения медикамента, хромированные и золотые нанопровода нагреваются, что, в свою очередь, катализирует кремниевые наночастицы, заставляя выделять лекарство.


2014. Нанотехнология может купировать сердечный приступ



Сердечный приступ - это (в общем случае) отмирание ткани сердечной мышцы из-за недостатка кровоснабжения, вызванного тромбом. Однако, обидно то, что часто наибольший вред при сердечном приступе приносит не тромб, а собственные имунные клетки человека. Они создают очаг воспаления вокруг поврежденной мышцы, и в данном случае это приносит гораздо больше вреда, чем пользы. Это еще больше нарушает кровоснабжение сердца и приводит к дальнейшему отмиранию тканей сердечных мышц. Американская компания Cour Pharmaceutical разработала технологию нейтрализации имунных клеток с помощью наночастиц. Такие наночастицы вводятся пациенту в кровь, и отводят иммунные клетки от сердца к селезенке, где те просто умирают. На данный момент разработчики провели успешные эксперименты на мышах и готовятся к клиническим испытаниям.


2014. Американцы разрабатывают нанороботов для внутриклеточных операций



Представьте себе, что для лечения человека - в него запускают не непредсказуемое химическое лекарство, а армию нанороботов, которые работают по строго-определенной программе и контролируются извне врачом. Эти нанороботы не трогают здоровые ткани, а ищут только больные клетки. И они настолько малы, что могут не только уничтожать больную клетку, а и вылечить ее - провести внутриклеточную хирургическую операцию. Вот такое будущее рисует нам команда разработчиков университета Пенсильвании. Правда, пока их нанороботы - это всего-лишь маленькие моторчики, и главная задача, которую они перед собой ставят - научиться контролировать движение этих моторчиков. На видео - показана живая клетка, в которой эти моторчики двигаются. Главным достижением является то, что для управления и питания этих наномоторов используется ультразвук, который безвреден для организма.


2014. Корейцы разработали нанороботов, которые уничтожают раковые клетки



Уничтожить раковые клетки - очень просто. Но сложно не уничтожить при этом и здоровые клетки. Современные лекарства (используемые при химиотерапии) атакуют быстро делящиеся раковые клетки (это главный признак раковой клетки). Это означает, что клетки, которые быстро делятся по своей природе, такие как клетки волос или костей, тоже подвержены действию химикатов, что и является причиной побочных эффектов химиотерапии. Группа ученых из корейского национального университета Чхонам разработала бактерию-наноробота (Bacteriobot), который позволяет донести лекарство до раковой клетки значительно точнее, оставляя здоровые клетки не тронутыми. Ученые генетически модифицировали бактерию сальмонеллы (которая тянется к раковым клетками) и вставили в нее микроскопического робота, который автоматически выпускает капсулу, наполненную лекарством, как только бактерия достигает опухоли. ***


2013. IBM создает медицинских нано-ниндзя



У IBM есть две любимых медицинских темы: медицинские суперкомпьютеры и нано-ниндзя. Этих ниндзя они создали случайно. Просто для производства компьютерных чипов нужны вещества, которые вытравливают дорожки на кремниевых пластинках. И ученый в IBM, который получил в лаборатории новый тип такого вещества, внезапно открыл, что его можно использовать и для вытравливания вредных микробов из человеческого организма. В частности - золотистого стафилококка, устойчивого к антибиотикам. Это грибок, который можно подхватить где-угодно: в общественном транспорте, детском садике, раздевалке спортзала, и который может вызвать такие серьезные заболевания, как сепсис и пневмония. А существующие лекарства против него бессильны (либо убивают его вместе с окружающими живыми тканями). ***


2013. Видео: наноробот очищает кровеносные сосуды от бляшек



Как известно, атеросклероз (образование холестериновых бляшек в кровеносных сосудах) является главной причиной смерти людей в развитых странах (см. Топ 10 причин смерти в богатых и бедных странах). Атеросклероз является причиной ишемической болезни сердца и инсультов. Как с ним бороться? Наиболее современный метод - использование катетера с вращающимся алмазным сверлом (ротационная атерэктомия). Однако, это очень сложная и опасная операция, т.к. при неловком движении катетера от бляшки может отломиться крупная частица и закупорить сосуд. Но в будущем - эта процедура может стать намного проще и эффективнее благодаря нанотехнологиям. Украинская нано-анимационная компания Nanobotmodels создала концептуальный видеоролик, в котором специальные нанороботы путешествуют по кровеносным сосудам и разрушают холестериновые бляшки. С помощью МРТ хирург может контролировать положение нанороботов и управлять ими.


2013. Нанолекарство автоматически регулирует уровень глюкозы в крови



Мы уже много писали о неинвазивных глюкометрах и инсулиновых помпах, которые призваны облегчить жизнь больных сахарным диабетом. Конечно, они смотрятся круто по сравнению с полосками для прокола пальца и шприцами для ввода инсулина, но даже эти красивенькие гаджеты меркнут по сравнению с нанотехнологиями. Ученые из Университета Северной Каролины разработали наноструктуру, содержащую инсулин, которая работает прямо в кровеносной системе человека. Она вводится шприцом и способна поддерживать уровень глюкозы в пределах нормы в течение более чем недели. Если уровень глюкозы - нормальный, наноструктура держится в одном месте (наночастицы притягиваются друг к другу и не распространяются по организму). Но когда уровень глюкозы повышается наночастицы вступают в реакцию с молекулами глюкозы, расщепляются и высвобождают инсулин (т.е. имитируется функция поджелудочной железы здорового человека). На данный момент эта технология проходит доклинические испытания (на лабораторных животных с моделью сахарного диабета 1 типа).


2012. Keystone Nano разрабатывает нано-жакеты для адресной доставки лекарств



Адресная доставка лекарств к раковым опухолям и различным патогенам является одной из самых перспективных технологий в медицине 2.0. Суть ее в том, что токсичные вещества лекарства попадают только в пораженные ткани, не вызывая побочных эффектов (повреждения здоровых тканей и органов). Но к сожалению, пока эта технология находится лишь на уровне научных изысканий и доклинических испытаний. Как всегда, на этой стадии важнейшую роль играют стартапы, которые стремятся коммерциализировать технологию и как можно быстрее запустить ее в производство. Одним из ведущих стартапов в сфере адресной доставки лекарств является американская компания Keystone Nano. Их технология называется NanoJackets (Наножакеты) - нетоксичные оболочки для токсичных веществ, которые раскрываются только при взаимодействии с раковыми клетками (первоочередной целью стартапа является рак печени). ***