Наномедицина. Как роботы размером с клетку, возможно, скоро будут спасать человеческие жизни

  • Все специальности

Наномедицина — это перспективная область медицины, которая изучает возможность применения технологий на клеточном и субклеточном уровне. Эта область включает разработку наноматериалов, микророботов и крошечных микросенсоров для диагностики и лечения болезней.

Национальные институты здравоохранения США включили наномедицину в пятерку самых приоритетных областей медицины 21 века.

Какие инструменты использует наномедицина?

Какие инструменты использует наномедицина?

В основе наномедицины лежат наночастицы и нанокапсулы, которые помогают точечно доставлять лекарства внутрь человеческого тела. 

Например, ученые уже использовали наночастицы для лечения рака груди. Они связали три микроскопические магнитные сферы с молекулой доксорубицина (цитотоксический препарат). Такие комплексы они объединили в цепочку размером 100 нанометров. Когда частицы проникали в опухоль, специальное устройство генерировало радиочастотное поле. Связи магнитных сфер с доксорубицином разрывались и он точечно попадал внутрь опухоли. 

Исследование показало, что эффективность такого лечения была выше стандартной терапии доксорубицином. При этом, ученые использовали всего 5-10% от обычной дозы препарата.

Одна из самых инновационных областей наномедицины — это микророботы. Предполагается, что в будущем они смогут точечно доставлять антибиотики и противоопухолевые препараты непосредственно в патологический очаг.

Как работают микророботы?

Как работают микророботы?

В теории, микророботы должны проникать в любой орган или его конкретный участок, чтобы оказать внутри терапевтический эффект. Пока речь идет только о точечном высвобождении лекарств, но предполагается, что в будущем микророботы смогут выполнять работы даже на субклеточном уровне.

Размер микроробота сопоставим с клетками человека, поэтому они легко могут перемещаться в крупных сосудах. Ученые пока только продумывают, механизмы, с помощью которых эти устройства будут преодолевать другие среды: воздух, желчь, газы в кишечнике и семенную жидкость.


Пока микророботы перемещаются так

Для чего можно использовать микророботов?

Для чего можно использовать микророботов?

Доставка лекарств. Стандартные методы доставки лекарств предполагают обычную диффузию препарата внутри организма человека. Редко когда лекарственное средство доставляют точечно. Микророботы решают эту проблему — они будут попадать в нужный участок и только там высвобождать препарат. В результате получится практически полностью избавиться от побочных эффектов, повысить концентрацию препарата в патологическом участке и снизить количество лекарства на 70-90%.

Измерение показателей в реальном времени. Предполагается, что в будущем микророботы смогут замерять различные показатели (например, уровень глюкозы в крови) и передавать их на внешние датчики.

Манипуляции с клетками и внутри них. Ученые не исключают, что размер микророботов может быть настолько маленьким, что они будут с легкостью проникать внутрь клеток. Это открывает широкие возможности для генной инженерии — мы сможем восстанавливать повреждения ДНК или замещать нехватку энзимов внутри клетки.

А как роботы двигаются?

А как роботы двигаются?

Микророботы слишком малы, чтобы в них можно было внедрить источники питания, моторы или системы искусственного интеллекта. Поэтому ученые используют микротумблеры, чтобы роботы захватывали поверхность и двигались вперед. Если устройство упадет в большой высоты, с ним ничего не случится. Размер микроробота настолько мал, что сопротивление воздуха или жидкости будет уравновешивать силу тяжести при падении.

Сейчас существует несколько систем, которые заставляют роботов двигаться в конкретном направлении внутри организма.

Акустическая активация. Исследователи меняют давление вокруг роботов с помощью звуковых волн. Смена давления заставляет жидкость вокруг наночастиц колебаться, за счет чего они приходят в движение.

Химические методы. За счет химической реакции микророботы могут выделять пузырьки воздуха, которые заставляют их двигаться.

Магнетизм. Все предыдущие методы достаточно тяжело контролировать in vivo. Поэтому чаще всего в микророботов просто встраивают магнитный материал, а затем управляют ими с помощью внешних магнитных полей. А еще — этот метод безопасен для человеческого тела. По сути, чтобы заставить микророботов двигаться, используют систему, похожую на МРТ-аппарат.

Кажется, это довольно перспективный метод. Почему его еще не внедрили повсеместно?

Кажется, это довольно перспективный метод. Почему его еще не внедрили повсеместно?

Метод действительно впечатляющий, но многие вопросы ученым еще предстоит решить. Например, как микророботы будут выводиться из организма человека — должны ли они быть биоразлагаемыми или нет?

Тем не менее, исследования с участием микророботов уже проводятся на мышах и людях. Ученые из Массачусетского технологического университета разработали наночастицы с антибиотиками, которые не может обнаружить иммунная система человека. Когда в организм попадает бактериальная инфекция, такие микрочастицы распознают измененение pH в очаге поражения и прикрепляются к стенкам бактерий. Здесь они точечно высвобождают антибиотик.

А ученые из Гарвардского университета в экспериментах на мышах обнаружили, что наночастицы, покрытые тканевым активатором пзаминогена, могут растворять тромбы. Их эффект похож на действие тромбоцитов. Такие частицы высвобождаются в местах сильного сужения сосудов, что позволяет снизить дозу противотромботических препаратов в 50 раз и избавиться от их побочных эффектов.

Вам может быть интересно

Смертность от меланомы снижается, несмотря на рост заболеваемости

Актуальное

Благодаря внедрению новых методов лечения и развитию методов диагностики смертность от меланомы снижается.

Читать статью

Как устроен ПЦР-тест?

Актуальное

ПЦР — относительно недорогой метод, выполняемый большинстве молекулярных лабораторий.

Читать статью

7 жутких, на первый взгляд, экспериментов у истоков эндокринологии

Ликбез

История эндокринологии видела различные эксперименты, многие из которых в настоящее время выглядят странно и ненаучно. В этом материале рассказываем о некоторых из них.

Читать статью

Компьютерное моделирование — возможный «золотой стандарт» медицинских исследований будущего?

Ликбез

До недавних пор, рандомизированное закрытое плацебо-контролируемое исследование было приоритетным в медицине. Возможно ли заменить его чем-то более эффективным и менее затратным?

Читать статью

Новый метод проведения эндоскопии кишечника

Актуальное

США внедрили в практику использование нового метода проведения эндоскопии кишечника, который не требует визита пациента в медицинское учреждение.

Читать статью

Современные подходы к медикаментозному лечению головокружения

Актуальное

Различные виды головокружений затрагивают от 15 до 20% взрослого населения. Нарушение равновесия мешает повседневной жизни, но терапия может улучшить ее качество. Предлагаем разбор препаратов при головокружениях различного генеза.

Читать статью

Диджитал-лекарства. Зачем датчики внутри препаратов и как они помогут врачам

Актуальное

На Западе набирает обороты такой тренд: на лекарства вешают микродатчики, которые контролируют, как пациент принимает разные препараты

Читать статью

Ветряная оспа: от патофизиологии к особенностям терапии

Актуальное

Использование вакцины против ветряной оспы уменьшило число заболеваний. Однако исследования продолжаются — в этом тексте делимся новейшими данными в этой области.

Читать статью

Медицина будущего: как будет выглядеть работа врача через 15 лет

Ликбез

Медицина не стоит на месте и постоянно развивается. Мы решили предположить, какие методы диагностики и лечения будут популярны через 15 лет.

Читать статью

Питание для сердца

Актуальное

Людям с артериальной гипертензией часто рекомендуют придерживаться специального питания для снижения лишнего веса, артериального давления и холестерина. Самой известной такой диетой является DASH. Собрали ее ключевые принципы в красивой инфографике.

Читать статью

ЭКО при миоме матки. Это реально?

Ликбез

Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) — один из самых перспективных методов для терапии бесплодия, благодаря которому на свет появилось уже несколько миллионов детей.

Читать статью

Функция кишечной микрофлоры у детей

Актуальное

Все больше данных о роли кишечной микрофлоры в развитии иммунной и нервной систем у детей. В этом тексте обсуждаем основные выводы, к которым пришли ученые.

Читать статью

Комментарии: 0

или

чтобы оставить комментарий.

Мы собираем и обрабатываем пользовательские данные, в том числе файлы cookies для оптимизации сайта и подбора для Вас релевантного контента. Нажав «Принять» или оставаясь на сайте, Вы разрешаете их использование. Подробнее: Политика конфиденциальности.

Принять