Введение. 
Нанотехнологии в медицине

Нанотехнологии в фармакологии — это совокупность технических процессов, связанных с манипуляцией с молекулами и атомами в масштабах от 1 до 100 нанометров с целью добиться более эффективного действия и уменьшения побочных эффектов лекарственных веществ.

Достижения современной биологии создали предпосылки для появления молекулярной медицины, квантовой биохимии и фармакологии, формирующейся на стыке фундаментальных наук и практической медицины (создание новых лекарств, препаратов направленного действия и др.). С их помощью становится возможным проводить «точечное» воздействие на организм пациента, лечить пораженный орган, не задевая другие ткани или органы [9]. В последнее время нано-технологии начинают широко применяться для точечной доставки лекарств (это особенно актуально при лечении злокачественных заболеваний, сердечно-сосудистой и неврологической патологий, в спортивной медицине).

Наноструктуры

Фуллерены — сложные органические молекулы шарообразной формы. Диаметр молекулы С60 равняется 1 нм, что соответствует границе дисперсности, пролегающей между «истинным», молекулярным и коллоидным состоянием веществ. Внутри фуллерена находится пространство диаметром около 0,4 нм. Его стенки не позволяют проникать внутрь каким-либо материальным частицам: ионам, атомам, молекулам [4] (рис. 1).

Американская компания C-Sixty Inc. проводит предклинические испытания средств на основе фуллереновых наносфер С60 с упорядоченно расположенными на их поверхности химическими группами, которые подобраны таким образом, чтобы связываться с заранее выбранными биологическими мишенями, и эффективны в борьбе с вирусными заболеваниями — такими, как грипп и ВИЧ, онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями, остеопорозом, заболеваниями сосудов. В настоящее время нано-технологии применяются не только для создания новых препаратов, но и для использования хорошо известных лекарств с повышением эффективности действия, улучшенной биодоступностью и незначительными побочными эффектами. Применение нано-технологий для создания новых лекарственных форм и систем доставки существенно сказывается на свойствах и эффективности лекарственного препарата, поскольку определяющим фактором является нанораз-мер. Использование наноносителей для доставки лекарств — успешно развивающееся направление вследствие малого размера и большей активности поверхности частиц:

• — высокая способность проникновения активных компонентов в клетки;
• — улучшаются фармакокинетические показатели;
• — появляется возможность создания альтернативных лекарственных форм, переход от инъекционных форм к назальным и трансдермальным.

Рис. 1 Препарат, включенный в структуру фуллерена С60

Еще одно важное преимущество наночастиц как лекарственной формы — постепенное высвобождение лекарственного вещества, сосредоточенного в них, что пролонгирует время его действия [12, 13].

Для доставки лекарственных средств в нужное место организма могут быть использованы миниатюрные (менее 1 мк) капсулы с нанопорами. Уже испытываются подобные микрокапсулы для доставки и физиологически регулируемого выделения инсулина при диабете 1-го типа. Использование пор с размером порядка 6 нм позволяет защитить содержимое капсулы от воздействия иммунной системы организма [13]. Это дает возможность помещать в капсулы инсулинпродуцирующие клетки животного, которые иначе были бы отторгнуты организмом [6].

В клинико-фармакологических стендовых исследованиях микрогирина, содержащего в своем составе нанокластеры Фланаганов, in vitro in vivo методом хемилюминесценции были установлены высокие антиоксидантные свойства препарата. Установлено достоверное повышение физической работоспособности бегунов в возрасте 18−29 лет (КМС и МС) на средние дистанции (бег на тредбане со ступенчато-повышающейся нагрузкой до отказа), ускорение восстановления, нормализация концентрации АТФ, лактата, глюкозы и мочевины (табл. 1).

Таблица 1.

Влияние микрогидрина на физическую работоспособность спортсменов (длительность бега на тредбане, с) (n=20 в каждой группе).

нанотехнология мдицина лекарственный микрогидрин В те же сроки исследования микрогидрина статистически достоверно ингибируется хемилюминесценция крови добровольцев, что свидетельствует об его антирадикальном и антиоксидантном действии. На 21-й день применения микрогидрина по сравнению с контрольной группой имело место снижение повышенной хемилюминесценции в результате интенсивной физической нагрузки (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние микрогидрина на процесс хемилюминесценции крови спортсменов, %, к контролю (n=20 в каждой группе).

Примечание. Микрогидрин назначали по 3 капсулы в день (250 мг в 1 капсуле); *контроль сравнивался с экспериментом и с исходным состоянием; данные статистически достоверны; Р<0,05; хемилюминесценция крови определялась в те же сроки в стендовом эксперименте на тредбане со ступенчато-возрастающей физической нагрузкой «до отказа».

Из данных табл. 1 и 2 видно, что микрогидрин повышает физическую работоспособность, когда физические нагрузки носили анаэробно-аэробный характер на 10-й и 21-й день его ежедневного применения. Физические нагрузки на 21-й день в контрольной группе вызывали повышение хемилюминесценции, что косвенно свидетельствует о нарастании концентрации свободных радикалов в крови. При этом введение микрогидрина на 10-й и 21-й день вызывает антиоксидантный эффект, что выражается в снижении хемилюминесценции крови. Наши данные свидетельствуют о том, что микрогидрин является универсальным антиоксидантом, который корригирует метаболизм митохондрий клетки с образованием АТФ, необходимой для физиологического сокращения мышц.

В настоящее время открыты, исследованы и применяются в экспериментальной и в клинической фармакологии ряд наноструктур, классификация которых может быть представлена следующим образом (табл. 3).

Таблица 3.

Классификация основных наноструктур и их фармакологические свойства.

Будущее развитие нанотехнологий в области фармацевтики, биотехнологии и медицины даст возможность: создания новых высокочувствительных и недорогих систем для ранней диагностики заболеваний; конструирования нанороботов [6], выполняющих функции диагностики, «охоты» за возбудителями инфекций и раковыми клетками; восстановления поврежденных и постаревших тканей и отдельных клеток; создания лекарств с «адресной» или целевой доставкой и многое другое.

Использование микрои нанотехнологий позволяет многократно повысить возможности по обнаружению и анализу сверхмалых количеств различных веществ. Технология белковых микрочипов, заменяющих целые иммунологические лаборатории, дает возможность в тысячи раз увеличить производительность большинства диагностических методов и резко снизить себестоимость анализов [3, 8]. В настоящее время биочипы активно применяются для диагностики лейкозов и других онкологических заболеваний, а также в считанные часы позволяют обнаруживать устойчивые к лекарствам формы туберкулеза. В Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта Российской академии наук разработана система, предназначенная для экспресс-выявления штамма возбудителя, где на одном чипе размещается около сотни флуоресцентных датчиков.