4.2. Медициналық диагностикадағы нанобөлшектер

Нанобөлшектер контрастты зат ретінде клетканың нақты бетіне орнығып оның организмдегі орнын көрсете алады. Мысалы, С60 фуллеренге радиоактивті изотоптың индикаторлы атомдары мен рецепторлы топтарын жабыстырып нанобөлшекті өспе клетканың бетіне арнайы жабысуын қамтамасыз етеді.

Темір оксидінен кристалды ядросы бар магнитті нанобөлшектер организмге енгізгенде оларды макрофагтар жұтады, сонымен олар «таңбаланған» деп аталынады. Осындай макрофагтар қабыну ошағында, өспе орналасқан аймағында және т.б. жиналып қалады. Магнитті-резонансты томограф қолдана отырып магнитті нанобөлшектердің жоғары концентрацияланған аймағын жеңіл табуға болады. Сонымен патологиялық ошақтардың ерте даму кезеңін анықтауға жол ашады.

Молекулалық визуализация немесе молекулалық құрылымдар туралы визуальды ақпарат алу. Жоғары аналитикалық әдістер (зондылы, атомды-күштік және сканирлейтін микроскопия, масс-спектрометрия және т.б.) көмегімен технология биоматериалда әр функциональды маңызды молекулаларды идентификациялау, бірен-сараң иммунды комплекстерді тіркеуіне мүмкіндік береді (сүр.26).

Сурет 26. Сканирлейтін зондылы микроскоп, фокусирленген ионды шоғыры көмегімен аса тым жоғары вакуум жағдайында нанобөлшектердің структурирленген беткейін талдауға болады; наноманипулятор, нанопинцет ретінде әр молекуланы ауыстырып жылжытуға болады (httr ||miocompas.ru|img|compass|).

Неміс физиктері М.Кнолл және Э.Руска 1930 жылдың басында наноқұрылымдарды зерттейтін электронды микроскопты ойлап шығарды. 1981 жылы Нобель сыйлығының лауреаттары, неміс физиктер Г. Биннинг пен Г. Рорер сканирлейтін туннельді микроскопты құрастырды – атомарлы деңгейде тексерілетін затқа әсер ететін қондырғы. Сол жылдары американдық физиктер Р. Кэрл, Х. Крото және Р. Смолли атомды-күштік микроскопия көмегімен заттар диаметрі нақты бір нанометрмен өлшеу технологиясын алғаш рет өндеп тапқан.

Атомды-күштік микроскопия әдісі микроскоптың өлшеуші элементі – ине (сезімтал элементтің көлемі 1-10 нм) және зерттелетін макромолекуланың беткейін сканирлеу арасындағы Ван-дер-Ваальс күштерін мониторинг жасауына негізделген. Байланысуын талдауда макромолекуланың суретте көрініс алуға болады, оның көлемін анықтауға және ауру маркерлерімен зонд молекулаларымен құралған кешенді табу: мысалы, фермент-субстрат, антиген-антидене және т.б. кешендерді.

Нанотехнология in vitro-дағы диагностикада екі бағытта дамиды:

- нанобөлшектерді биологиялық молекулалар маркерлері ретінде қолдану;

- инновациялық нанотехнологиялық өлшеу тәсілдерін қолдану.

4.3. Дәрілерді қажетті орнына жеткізу

Патологиялық ошаққа, ауру ағзаға дәріні нақты жеткізу үшін қолданады:

- бейорганикалық нанобөлшектерді (мысалы, алтын, силикатты, магнитті);

- полимерлі нанобөлшектерді (мысалы, полисахаридтер, полилактидтер, полиакрилаттар негізінде) және полимерлі мицеллаларды;

- липосомдарды.

Нанобөлшектерді тасымалдаушы ретінде қолдану жетістіктері келесіде:

- егер «ерітінді емес» препараттарды нанобөлшектер жеткізген жағдайда олар «ерітінтілетінге» ауысады;

- нақты жеткізу орнына тасымалдау уақытта дәрілерді деструкциядан қорғайды;

- нысана-ағзада нанобөлшектер активті немесе пассивті тұрғыда жинақталуы мүмкін және дозасы және уақыты бақылануымен тасымалдаған дәрілерді бөліп отырады;

- нанобөлшектерді диагностикалық мақсатта контрастты индикатор ретінде қолдануға мүмкін.

Сонымен дәрілерді нанотасымалдаушыға жинақтауы басқа тіндер мен клеткаларға әсерін минимумға жеткізу арқылы олардың нақты орнына жеткізіп аз дозада биосіңірілуін жоғарлатады, дәрінің жылдам бұзылуынан, инактивациясынан қорғайды.

Организмде нысана-клеткасына дәрілерді тасымалдауына арнайы тасымалдаушылар керек. Тасымалдаушы ролін қанның нәруыздары мен плазманың липопротеиндері атқарады. Табиғи тасымалдаушылардың аса жақын аналогтары фосфолипидтер молекулалары – липосомалардан құралған нанобөлшектер болады. Организмде олар жеңіл ыдырайды және улы емес, сондықтан оларды қолдану тиімді. Липосомалар суда ерімейтін заттарды «ерітіп» жібереді және оларды нақты орнына – зақымдалған ағзаға, тінге немесе нақты клеткаға жеткізу қабілеті бар. Липосомаларды қолданғанда дәрілердің әсер ететін концентрациясын төмендетеді, яғни олардың кері әсерінде бәсендетеді. Липосомаға оралған дәрілер аса тиімді және қауіпсіз. Дәрілік заттарды қажетті орнына жеткізу үшін тағы басқа везикулалы наножүйелер – мицеллалар, фуллерендер мен дендримерлерді қолданады, себебі олардың инкапсулалық қабілеті жоғары (кесте 7.). Көлемі 5-50 микрон, табиғи немесе жасанды фосфолипидтерден дайындалған тұрақтандырылған мицеллалар нысана-клеткаларына дәрілерді жеткізуге қолданады, суда жақсы ериді және гисто-гематологиялық тосқауыл арқылы жеңіл өте алады. Әртүрлі органикалық антимикробты және ісікке қарсы дәрілерге фуллерендер наноконтейнер болады. Мысалы, фуллерен С60 (конструкциясында 60 өзара қарым-қатынасты көміртек атомдары) жануарларға эксперименттік зерттеулерді вирустық инфекциялар мен онкологиялық аурулар емдеуінде нәтижелі қорытындылар көрсетті. Дендримерлер (грекше dendron - ағаш) – полимерлі қосылыстар класына жатады. Дендример молекулаларының тармақтары, каналдары және саңылауларының саны көп, пішіндерін және көлемін қайтара жақсы өндей алады; жоғары таңдамалы инкапсуляция жасау қабілеті бар, сондықтан оларға дәрілік заттарды коньюгациялау арқылы патологиялық ошақтың нақты орнына, соның ішінде өспелер клеткаларына жеткізеді. Дендримерлерді тағы гендік терапияда гендік материалды тасымалдау мақсатта қолданады (сур.27).

Нанобөлшектермен дәрілік заттарды нақты орнына жеткізу үшін нақты тіндердің клеткалар рецепторларымен арнайы сезінетін лигандалар (мини-антиденелер, трансферрин, фолаттар және т.б.) олардың бетіне орнығады; клетка ішіне енуін қамтамасыз ету үшін нанобөлшектерге біткейлік пенетрациялық нәруыздарды жабыстырады; нанобөлшектерден дәрілерді шығару үшін олардың рН, температурасын және т.б. өзгертеді.

гендер

Сурет 27. Дендримерлер гендерді тасымалдаушы ретінде (httr \\ www.sciam.ru\2009\2\nano.shtml)

Кесте 7. Дәрілерді нақты орнына жеткізуде түрлі наноқұрылымдардың потенциалы

Наножүйе	Ісікке қарсы	Антибиотиктер	Проте-индер	Гендік инже-нерия	ЖИТС емдеу	Вакциналар	Радиотерапия	Иммундысупрессия
Липосомалар	+	+		+	+	+
Полимерлі на-нобөлшектер	+	+	+	+	+	+
Қатты липидті нанобөлшектер	+	+	+	+		+		+
Полимерлер мен активті за-ттар конъюгат-тары	+			+
Полимерлі-протеинді қосылыстар			+
Дендримерлер	+	+		+	+
Фуллерендер	+				+
Кальций фосфаты нано-бөлшектері	+				+		+
Алтын нано-бөлшектері	+		+
Магнитті нано-бөлшектер	+			+
Силикатты на-нобөлшектер	+			+

Ескерту. (көзі - Nanotechnologie II, 2005).