Improving Lives Through Science
› Resources › Нанобиотехнология: многообещающее будущее
Нанотехнологии, которые можно определить как способность синтезировать, манипулировать и визуализировать вещество на нанометровом уровне, берут своё начало в 1980-х годах. Термин «наночастица» имеет широкое применение и охватывает как органические, так и неорганические наноматериалы. Липиды и биополимеры относятся к категории органических наноматериалов, тогда как несферические металлы, оксиды и углерод считаются неорганическими наноматериалами.
Связующее звено между нанотехнологиями и биотехнологиями называется нанобиотехнологией. Нанобиотехнологии находят применение в науках о жизни для самых разных задач — от новых методов молекулярной визуализации для ранней диагностики заболеваний и контроля последствий терапии до адресной доставки лекарств в фармакологии. Нанобиотехнологии также используются при создании количественных аналитических инструментов на молекулярном уровне, а также для совершенствования лабораторных методов ex vivo. Хотя большинство исследований всё ещё ведутся в исследовательских лабораториях, методы лечения, вакцины, препараты и диагностические устройства на основе наноматериалов постепенно получают одобрение для коммерческого и клинического применения.
Одним из наиболее ценных качеств нанотехнологий является их стабильность, которая также служит способом повышения растворимости. Уменьшение размера частиц позволяет увеличить отношение площади поверхности к объёму, что приводит к более высокой растворимости. Растворимость вещества влияет на его способность проникать через биологические мембраны и достигать желаемого эффекта. Эти знания в области нанобиотехнологий особенно важны для медицинских исследований как ключевое направление работы.
Серьёзную озабоченность государственных ведомств и специалистов здравоохранения по всему миру вызывает проблема бактериальной и грибковой резистентности. Традиционные методы с применением пероральных и внутривенных препаратов сопряжены с рядом трудностей, таких как нежелательные побочные эффекты, необходимость повышения дозировок и устойчивость к антибактериальным препаратам. В связи с этим потребность в повышении эффективности антимикробной терапии высока как никогда.
На помощь приходят наноматериалы. Наноматериалы способны усиливать эффективность как существующих, так и новых лекарственных препаратов. Используя уникальные свойства и размеры наноматериалов, исследователи стремятся преодолеть лекарственную устойчивость и обеспечить более эффективное лечение благодаря контролируемой адресной доставке и препаратам, способным проникать сквозь биоплёнки в ранах, которые не поддаются традиционным методам терапии.
Системы контролируемой и адресной доставки лекарств играют центральную роль в повышении активности препаратов против бактерий и грибков. Функциональные свойства наноматериалов обеспечивают точную доставку антимикробных средств непосредственно к очагу инфекции, снижая необходимую дозировку и сводя к минимуму побочные эффекты. Такие системы доставки способны существенно улучшить терапевтические результаты двумя путями:
Помимо борьбы с устойчивостью к антибиотикам, нанопрепараты находят широкое применение в лечении онкологических заболеваний, туберкулёза и нейродегенеративных патологий. Подобные инновации призваны произвести революцию в иммунотерапии благодаря таким разработкам, как «вакцинные имплантаты», которые непрерывно модулируют и усиливают иммунный ответ без необходимости повторных введений. Это может привести к значительному прогрессу в сфере общественного здравоохранения, обеспечив более эффективное и долговременное лечение широкого спектра заболеваний.
По мере развития исследований наноматериалов крайне важно понимать их токсичность, чтобы в полной мере раскрыть потенциал нанобиотехнологий. Хотя наноматериалы привлекательны для широкого спектра медицинских применений благодаря своей способности проникать в ткани, клетки, сквозь физические барьеры и достигать жизненно важных органов, их преимущества не лишены нежелательных эффектов. Применение наноматериалов может приводить к апоптозу клеток, воспалению, обострению астмы, фиброзу, хроническим воспалительным заболеваниям лёгких и канцерогенезу. Два десятилетия исследований показали, что взаимодействие между наноматериалами и микроорганизмами, а также их экосистемами носит сложный характер.
Для снижения этих рисков понимание и уменьшение нанотоксичности должны стать обязательной частью ответственного подхода к исследованиям и инновациям. Кроме того, сотрудничество между учёными, фармацевтической отраслью, регулирующими органами и государством имеет решающее значение для поддержания баланса между инновациями и защитой здоровья населения. Эти совместные усилия помогут медицинскому сообществу ориентироваться в сложных аспектах нанобиотехнологий, обеспечивая внедрение научных достижений эффективно и ответственно.
Бокс биологической безопасности Esco Lifesciences LA2 G4 обеспечивает свободную от загрязнений и контролируемую среду, крайне важную для работы с наночастицами и чувствительными наноматериалами. Это гарантирует чистоту и безопасность экспериментов по синтезу, манипулированию и анализу наночастиц, что необходимо для разработки систем адресной доставки лекарств и нанопрепаратов. Наш CO2-инкубатор CCL-170B также обеспечивает стабильную, точную среду для клеточных культур, необходимую для таких применений нанобиотехнологий, как противоопухолевая терапия и антимикробные исследования. Усовершенствованный контроль уровня CO2 и регулирование температуры создают оптимальные условия для выращивания клеток, используемых в исследованиях наномедицины, повышая эффективность и надёжность методов лечения на основе наноматериалов. Вместе эти продукты защищают как исследования, так и самих исследователей, обеспечивая проведение точных и свободных от загрязнений экспериментов в области нанотехнологий.
Alshora, D. H., Ibrahim, M. A., & Alanazi, F. K. (2016). Нанотехнологии: от уменьшения размера частиц до повышения растворимости в воде. Surface Chemistry of Nanobiomaterials, 163-191. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-42861-3.00006-6
Contera, S., Bernardino de la Serna, J., & Tetley, T. D. (2020). Биотехнология, нанотехнологии и медицина. Emerging Topics in Life Sciences, 4(6), 551-554. https://doi.org/10.1042/ETLS20200350
Shahcheraghi, N., Golchin, H., Sadri, Z., Tabari, Y., Borhanifar, F., & Makani, S. (2022). Нанобиотехнологии: применимый подход для устойчивого будущего. 3 Biotech, 12(3). https://doi.org/10.1007/s13205-021-03108-9