Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 82
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Дальневосточный государственный технический
рыбохозяйственный университет»
(ФГБОУ ВО «ДАЛЬРЫБВТУЗ»)
Кафедра «Эксплуатация и управление транспортом»
Направление подготовки 23.03.01 «Технология транспортных процессов»
Профиль подготовки «Организация перевозок и управление на водном
транспорте»
РЕФЕРАТ
Нанобиотехнологии и наномедицина
По дисциплине «Нанотехнологии на транспорте»
Выполнила: студент гр. УТб-524
Яровая Д.В.
Проверил: доцент каф. ЭиУТ Малясёв С.Н.
_________________
2023
Содержание
Введение………………………………………………………………………3
-
Историческая справка…………………………………………………4 -
Медицина и нанобиотехнологии……………………………………..5 -
Диагностика……………………………………………………………6 -
Терапия…………………………………..……………………………11 -
Нанобиотехнологии в борьбе с онкологическими заболеваниями……………………………………………………………….15
Заключение…………………………………………………………………..19
Список использованной литературы……………………………………….20
Введение
Понятие нанотехнологии прочно входит в нашу жизнь, а еще в 1959 г. знаменитый американский физик-теоретик Ричард Фейнман говорил о том, что существует "поразительно сложный мир малых форм, а когда-нибудь (например в 2000 г.) люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто не относился серьезно к исследованиям этого мира". На первом этапе развитие нанотехнологии определялось в основном созданием устройств зондовой микроскопии. Эти устройства являются своеобразными глазами и руками нанотехнолога.
Сегодня прогресс в области нанотехнологии связан с разработкой наноматериалов для аэрокосмической, автомобильной, электронной промышленности. Но постепенно все чаще упоминаются как перспективная область применения нанотехнологии медицина. Это связано с тем, что современная технология позволяет работать с веществом в масштабах, еще недавно казавшихся фантастическими - микрометровых, и даже нанометровых. Именно такие размеры характерны для основных биологических структур - клеток, их составных частей (органелл) и молекул.
Впервые мысль о применении микроскопических устройств в медицине была высказана в 1959 г.Р. Фейнманом в своей знаменитой лекции "Там внизу - много места". Новое направление медицинской науки в настоящее время находится в стадии становления. Её методы только выходят из лабораторий, а большая их часть пока существует только в виде проектов. Однако большинство экспертов полагает, что именно эти методы станут основополагающими в XXI веке. Так, например, Национальные институты здравоохранения включили наномедицину в пятёрку самых приоритетных областей развития медицины в XXI веке, а Национальный институт рака США собирается применять достижения наномедицины при лечении рака. Ряд зарубежных научных центров уже продемонстрировали опытные образцы в областях диагностики, лечения, протезирования и имплантирования.
-
Историческая справка
В 1967 году биохимик и писатель-фантаст Айзек Азимов первым выдвинул идею «мокрой технологии» – использования для лечения людей живых механизмов, существующих в природе. В частности, собирать их из нуклеиновых кислот и ферментов. Потом Роберт Эттингер предложил использовать модифицированные микробы для ремонта клеток.
Термин «нанотехнология» широко распространился в мире после выхода в 1986 году знаменитой книги «Машины творения» физика Эрика Дрекслера. Он стал называть свои предложения по конструированию отдельных молекул, обладающих заданными свойствами, «молекулярной нанотехнологией». Так что история нанотехнологий уже насчитывает более 20 лет.
Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллы гидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека – таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.
Другая разработка, напротив, не дает клеткам приклеиваться к поверхности.
Экспериментируя с фуллеренами и дендримерами, сейчас во многих странах ищут эффективные лекарства от СПИДа, гриппа, болезни Паркинсона, рака и т.п.
Искусственно сконструированная клетка-респироцит сможет заменить недостающие в крови эритроциты – она умеет переносить и кислород, и углекислый газ. При этом взвеси респироцитов понадобится в сотни раз меньше, чем препаратов донорской крови или кровезаменителей.
Бактерицидные и ранозаживляющие свойства серебра известны медицине давно. Однако наши ученые выяснили, что, если серебро и прочие металлы превратить в наночастицы, эти свойства резко возрастают. И доказали это на многочисленных клинических исследованиях. Ожоги, огнестрельные раны, переломы, кожные, гинекологические и прочие воспаления/раны заживают значительно быстрее и эффективнее.
Чип – это маленькая пластинка, на поверхности которой размещены рецепторы к различным веществам – белкам, токсинам, аминокислотам и т.п.
-
Медицина и нанобиотехнологии
В последнее время медицина все чаще рассматривается как одна из наиболее перспективных областей применения нанотехнологий. Сегодня можно констатировать появление нового направления медицинской науки - наномедицины. С ней связывают такие уникальные вещи, как:
- лаборатории на чипе;
- адресная доставка лекарств к пораженным клеткам;
- диагностика заболеваний с помощью квантовых точек;
- новые бактерицидные и противовирусные средства;
- нанороботы для ремонта поврежденных клеток и многое другое.
Официально наномедицину определяют как «область применения макромолекул и наночастиц для диагностики и лечения болезней, а также репарации (восстановления) поврежденных тканей».
Веками человек искал волшебное средство для избавления от многочисленных болезней и ран. Многие современные исследователи верят, что нанотехнология может стать гигантским шагом человечества к этой цели. Еще одной задачей молекулярной наномедицины является оценка возможного токсического воздействия на организм человека наночастиц или установление его отсутствия. Важно также решить этические проблемы, которые появятся в ходе развития наномедицины. Возможные медицинские достижения, которые станут доступными с помощью нанотехнологии, простираются от диагностики до терапии.
-
Диагностика
За последние десятилетия визуализация (возможность с помощью приборов видеть изменения органов и тканей) стала решающим инструментом в постановке диагноза болезни.
Магнитный резонанс и компьютерная томография превосходные методы, но нанотехнология обещает создать чувствительные и чрезвычайно точные инструменты для диагностики с возможностями, находящимися далеко за пределами современного оборудования. Основная цель такой диагностики состоит в том, чтобы позволить врачам идентифицировать болезнь как можно раньше. Ожидается, что нанотехнология сделает возможным постановку диагноза на клеточном и даже субклеточном (органоидном) уровне.
Сегодня стало возможным применение в визуализации квантовых точек. В последние годы обнаружено, что эти нанокристаллы позволяют исследователям изучить процессы в клетке на уровне отдельной молекулы. Это может значительно улучшить качество постановки диагноза и лечение раковых образований. Флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки чрезвычайно полезны для визуализации клетки с высокой разрешающей способностью.
На рисунке приведена фотография темнопольного изображения нативных (не подвергавшихся никакому воздействию) эритроцитов человека (рис. а) и изображение тех же самых клеток после декорирования их золотыми нанооболочками (рис. б). Очевиден разительный контраст в качестве изображения.
Таким образом, квантовые точки могли бы совершить революцию в медицине, но, к сожалению, в большинстве своем они токсичны. Однако защитные покрытия для квантовых точек могут устранить этот недостаток.
а) б)
Рис. 1. Визуализация эритроцитов с помощью квантовых точек:
а - темнопольное изображение нативных эритроцитов человека;
б - изображение тех же самых клеток после декорирования их золотыми нанооболочками.
Доказано, что квантовые точки достаточно биосовместимы (не оказывают негативного влияния на клетки). Кроме того, установлено, что при клеточном делении эти частицы переходят в обе родственные клетки, таким образом потери метки не происходит. Использование меток может быть дополнено применением магнитных наночастиц для доставки лекарств и их введения с помощью магнитного поля в пораженные ткани. Каждый тип наночастиц обладает своими особенностями: полупроводники хороши как флуоресцентные метки, а металлы и их оксиды - как магнитные.
Учеными были получены уникальные флуоресцентные квантовые точки, причем разного цвета. Эти точки дают намного более мощный отблеск света, чем традиционные красители, и обладают особым биоинертным (не оказывающим влияния на биологические объекты) покрытием, которое, с одной стороны, защищает сами квантовые точки от действия ферментов и других биологических молекул организма, а с другой - не дает возможность токсичным веществам попасть в организм, что очень важно для диагностики заболеваний.
Большинство людей считает, что перекись водорода — это только дезинфицирующее средство из домашней аптечки. Но с помощью наночастиц она может служить индикатором болезней в организме.
Созданы наночастицы, способные обнаружить и определить количество перекиси водорода в организме животных. Эти наночастицы в будущем могут использоваться как простой, универсальный диагностический инструмент для обнаружения самых ранних стадий любой болезни, которая приводит к хроническому воспалению: от рака и болезни Альцгеймера до болезней сердца и артрита.
Считается, что клетки на ранних стадиях большинства болезней производят перекись водорода. Синтезированные наночастицы могут стать ключом к лучшему пониманию роли перекиси водорода в течении многих болезней и сыграть важную диагностическую роль. Такие наночастицы невероятно чувствительны и позволяют обнаружить наномолярные концентрации перекиси водорода. Это особенно важно, потому что медики пока не имеют точных данных о том, какое же количество перекиси водорода присутствует при различных болезнях.
Наночастицы можно будет вводить иглой в определенную область тела (например, сердце). Если наночастица столкнется с молекулой перекиси водорода, она будет излучать свет. Если доктор увидит значительное свечение в исследуемой области, то он будет знать, что это ранние признаки болезни.
Наночастицы проникают глубоко в ткани и испускают свет на большой длине волны, что делает их чувствительными индикаторами перекиси водорода, произведенной при любом воспалении.
Оболочка наночастиц сделана из полимера эфира пероксалата, содержимым является флуоресцентная краска (пентацен) (рис. 2). Когда наночастица сталкивается с перекисью водорода, краска переходит в возбужденное состояние и испускает фотоны (свет), которые могут быть обнаружены простым детектором. Полимерная оболочка позволяет изолировать реагирующие вещества (пентацен и перекись) в естественных условиях, но при этом расположить их всего в нескольких нанометрах друг от друга.
Рис. 2. Схема наночастицы для обнаружения перекиси водорода
Шведскими учеными создан новый тип внутриклеточного наносенсора, который измеряет уровень клеточного pH (показатель кислотности среды). В пентацен здоровых клетках этот показатель должен быть близок к значению, характерному для нейтральных растворов, и равному 7. Если рН сдвинут в кислую (ниже 7) или щелочную (для клеток, как правило, выше 7,5), это свидетельствует о нарушении нормального состояния клетки. Внутриклеточный сенсор поможет быстро определить, здорова клетка или нет.
В роли наносенсора выступают наноштыри из оксида цинка (ZnO), чувствительные настолько, что могут определять отдельные химические соединения в разных областях живой клетки (рис. 3).
Рис. 3. Наносенсор на основе наноштырей ZnO
Традиционный биосенсор состоит из основы и нанесенного на ее поверхность ряда биологических маркеров, реагирующих на различные вещества.
Сенсор представляет собой иглу, на конце которой расположен зонд диаметром 1,4 микрона, состоящий из наноштырей ZnO диаметром 80-100 и длиной до 900 нм.
Многие проекты нанотехнологий только разрабатываются, но есть и те, которые являются реальными средствами современной медицины. Например,