Через год нам предложат подкожный нанодатчик

Оксид азота (NO) – одна из наиболее важных молекул в живых клетках. Она отвечает за доставку сигналов внутри клетки и между клетками, координирует работу иммунной системы. Во многих раковых клетках уровень оксида азота отличается от нормы, однако ученые точно не знают механизмов функционирования этого газа. Так, по их словам, роль оксида азота в прогрессировании рака весьма противоречива, и ученым нужны новые инструменты для понимания процесса.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый инструмент для измерения уровня оксида азота в теле в режиме реального времени. Сконструированный инженерами сенсор можно имплантировать в тело (под кожу) на срок более года и контролировать процесс воспаления – тот процесс, во время которого производится NO.

Данная работа - первое доказательство того, что наносенсоры можно использовать прямо в теле в течение длительного периода времени. Сенсоры, изготовленные из углеродных нанотрубок, предполагается применять, в том числе, для обнаружения других молекул, например, глюкозы. Уже сейчас команда исследователей работает над датчиком для диабетиков – он будет следить за уровнем сахара и инсулина без необходимости брать пробы крови.

Углеродные нанотрубки в один нанометр толщиной ученые считают перспективными для изготовления сенсоров. Исследователи из Массачусетского технологического института недавно разработали сенсоры на основе углеродных трубок для различных молекул, в том числе перекиси водорода и зарина.

Такие датчики используют флуоресценцию углеродных нанотрубок: когда нанотрубка соединяется с конкретной молекулой она светится более ярким или более тусклым светом.

В новой работе исследователи модифицировали нанотрубку для создания двух различных типов датчиков: один для введения в кровоток для краткосрочного мониторинга, а другой - для долгосрочной имплантации под кожу.

Для лучшей работы сенсора ученые использовали биосовместимый полимер (полиэтиленгликоль), который предотвращает слипание частиц в кровотоке. Опыт на мышах показал, что в этом случае частицы могут проходить через легкие и сердце, не причиняя никакого ущерба. Большинство частиц накапливается в печени, где они используются для мониторинга уровня NO. При этом исследователи отмечают, что до сих пор они изучали только печень, но теперь видят, что частицы остаются в крови. Это значит, что можно изучать различные области тела с помощью наночастиц.

Сенсоры на основе нанотрубок могут находиться в организме более года, измеряя показания в режиме реального времени и не причиняя вреда организму

Сенсор для длительного нахождения в организме состоит из нанотрубок, встроенных в гель из альгината (полимера, получаемого из водорослей). После имплантации под кожу мышей гель оставался на месте и функционировал в течение 400 дней. Но исследователи предполагают, что срок работы сенсора можно продлить. В будущем такой сенсор будет полезным для контроля рака или других воспалительных заболеваний, для обнаружения иммунных реакций у пациентов с искусственным бедром или другими имплантированными устройствами.

Для мониторинга исследователи светят лазером ближнего инфракрасного диапазона на находящийся под кожей датчик, а тот излучает инфракрасный сигнал, который считывается специальным устройством, отличающим свечение нанотрубки от фонового свечения.

Сейчас ученые работают над адаптацией данной технологии для обнаружения глюкозы. Предполагается, что нанотрубки придут на смену электрохимическим датчикам по измерению уровня сахара в крови, которые работают недолго, к тому же повышают риск развития инфекции из-за проникновения электрода под кожу. Но новый сенсор будет определять уровень сахара в режиме реального времени, а подключенная к нему инсулиновая помпа будет подавать гормон в нужном количестве.

Анализ крови - индикатор продолжительности жизни

Докторам нужен простой и эффективный тест для определения состояния здоровья пациентов. И новое исследование специалистов из Медицинского центра Мюррея (США), Гарварда и женской больницы в Бостоне (США) показывает, что простой анализ крови может выделить людей с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний и определить вероятную продолжительность их жизни.

Врачи использовали клинический анализ крови в течение многих лет, но они не знали, что все его компоненты предоставляют информацию о продолжительности жизни, утверждают ученые. Теперь врачи смогут только с помощью этого анализа оценить риск появления проблем с сердцем. Такой анализ особенно важен для людей, которые кажутся здоровым. В этом случае врачи смогут заранее разработать программу профилактики заболеваний и тем самым продлить жизнь пациенту.

Общий анализ крови, как показало новое исследование, может стать информативным для выявления риска развития сердечно-сосудистых заболеваний

Новое исследование использовало данные клинического анализа крови более 17 000 лиц из 26 стран в течение пяти лет. Участники эксперимента не болели сердечно-сосудистыми заболеваниями, имели нормальный уровень холестерина, но вместе с теми некоторые имели повышенный уровень С-реактивного белка, маркера воспаления, связанного с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Команда исследователей определила, что этот маркер является мощным инструментом для прогнозирования смерти. Согласно этому показателю, участников эксперимента разделили на три группы: с низким риском смерти, со средним риском и высоким риском. У людей со средней степенью риска вероятность смерти на 50% выше, а у людей с высокой степенью риска – в 2 раза выше, чем у участников из группы с низком риском.

Как правило, многие медицинские тесты продолжительные по времени и дорогие. По этой причине врачи редко их используют. Однако ученые доказали, что для предположения о будущем состоянии здоровья достаточно обычного анализа крови – он не отнимает много времени и денег. То есть, теперь у докторов будет стандартный способ оценки риска смертности для всех людей, а не только тех, у кого в истории болезни есть сердечные заболевания.

Одно из главных преимуществ данного теста в том, что он представляет стандартную, необходимую и понятную врачам информацию прямо в электронном виде. Финансовые затраты также почти сведены к нулю. Таким образом, за относительное короткое время простой анализ крови дополнит картину здоровья пациента и поможет врачу составить правильную программу лечения с учетом риска развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Поврежденные хрящи можно будет чинить

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали материал, который может быть использован для контролируемого высвобождения вещества при воздействии циклической механической нагрузки. Как предполагается, этот материал может быть полезен для лечения специфических тканей, например, хряща.

Коленный хрящ, чтобы восстановиться, должен находиться под механическим напряжением, наподобие тому, что случается когда мы идем и на колени ложится наш вес. При таком воздействии хондроциты – клетки хрящевой ткани – вырабатывают рецепторы, восприимчивые к стимуляторам роста, производимым организмом. Именно в этот момент хондроциты наиболее восприимчивы к лекарственным препаратам.

Исследователи из Швейцарии взяли за основу этот природный процесс и разработали умный материал, который выделяет вещество только при механической нагрузке. Материал состоит из гидрогеля, наночастиц липосом (образующиеся в смесях фосфолипидов и воды замкнутые пузырьки) и действующего вещества (в эксперименте это краситель).

При воздействии циклических механических нагрузок, матрица с гидрогелем нагревается. После этого расширяется диаметр липосом, что в свою очередь освобождает пространство в матрице, увеличивает ее проницаемость и облегчает выход красителя.

На этапе разработки исследователи столкнулись с рядом проблем. Например оказалось, что не так просто разработать соответствующие спецификациям наночастицы – в частности, в процессе нагрева они должны реагировать на небольшую разницу температур. Кроме того, было важно доказать, что механическая нагрузка вызывает нагрев и высвобождение красителя. В ходе ряда экспериментов, ученые пришли к выводу, что для успешной работы метода, необходимо, чтобы все три названные выше компонента работали четко.

В то же время ученые говорят, что хоть их эксперименты прошли успешно, до крупномасштабного лечения хрящей еще далеко – необходимо дорабатывать гидрогель и наночастицы, для того, чтобы они стали полностью биоразлагаемы и безопасны.

Нанокапсулы-невидимки для доставки лекарств

Согласно данным нового исследования, крошечные капсулы углерода являются невидимыми для химического «охранника» наших клеток, который удаляет потенциально вредные вещества из организма. Это открытие поможет создать механизмы доставки лекарств в клетки, даже при условии множественной лекарственной устойчивости.

Исследователи из Вюрцбургского университета (Германия) объясняют, что белок P-гликопротеин действует как «охранник», вымывая потенциально вредные химические вещества, попадающие в организм, а также природные продукты обмена веществ. Этот мембранный белок играет важную роль в здоровье клеток. К сожалению, он также может блокировать работу действующих веществ лекарств и не дать им работать должным образом – он вымывает их как потенциально вредные соединения. Из-за этого процесса и возникает множественная лекарственная устойчивость при некоторых заболеваниях, включая различные формы рака.

Нанотрубки можно будет использовать для доставки действующих веществ в клетки даже при множественной лекарственной устойчивости

Ученые из Вюрцбургского университета показали, что если скрыть действующее лекарственное вещество, то клеточный «охранник» не идентифицирует его как нежелательное и не ликвидирует раньше времени. Таким образом можно преодолеть лекарственную устойчивость. Уже сейчас известен наноматериал, необходимый для этого, – крошечные капсулы углерода, которые не идентифицируются Р-гликопротеином и потому могут проникнуть через липидные мембраны.

Команда проверила, возможно ли поместить в нанокапусулы лекарство и сделать так, чтобы оно беспрепятственно попало в клетки. Они использовали мощные вычислительные методы, чтобы продемонстрировать, что углеродные нанотрубки действительно невидимы для «охранника» и проникают внутрь клетки. Таким образом, заключают исследователи, данный метод можно использовать для доставки лекарств.

Печатный имплантат из витамина

Исследователи из Университета штата Северной Каролины, Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (США) и Лазерного центра Ганновера (Германия) обнаружили, что природное соединение – рибофлавин, или витамин В2, можно использовать при трехмерной печати медицинских имплантатов. Это сделает имплантаты безопасными для пациента и решает проблему биосовместимости.

Во время эксперимента ученые сосредоточилась на технологии 3D-печати, называемой двухфотонная полимеризация. Именно эта технология позволяет создавать небольшие объекты в высоком разрешении, например, такие как каркасная структура тканей, микроиглы и другие устройства для доставки лекарств внутри организма. Данный метод изготовления миниатюрных изделий позволяет создавать мелкие структуры из многих типов фотореакционных жидкостей. Жидкости содержат химические вещества, которые реагируют на свет, превращая жидкость в твердый полимер.

Однако двухфотонная полимеризация имеет свои недостатки. В частности, фотореактивные жидкости содержат токсичные вещества, а это значит, что использование таких материалов для изготовления медицинских устройств проблематично, особенно если напечатанное устройство будет непосредственно соприкасаться с телом. Именно токсичность серьезно тормозит использование новых технологий для спасения людских жизней.

Витамин В2, рибофлавин, является перспективным материалом для изготовления медицинских имплантатов

Но теперь исследователи решили эту проблему. Оказалось, что рибофлавин (витамин В2) можно смешать с исходным материалом для печати и изготовить таким образом безопасную фотореактивную жидкость. Рибофлавин – и это одно из главных его преимущество – нетоксичен, безвреден для пациентов. Кроме того, этот материал, содержащийся во многих продуктах от спаржи до творога, абсолютно биосовместим. Предполагается, что это открытие сделает прорыв в производстве медицинских имплантатов и значительно улучшит качество медицинской помощи.

Стволовые клетки в оболочке – новое слово в терапии

Лечение сердечно-сосудистых заболеваний стволовыми клетками, в принципе, возможно. В разных странах мира пациентам с больным сердцем подсаживают стволовые клетки. Однако большинство испытаний показало, что влияние такого лечения на сердце минимально. Одна из причин это то, что клетки либо не задерживаются в сердце, либо умирают вскоре после введения в организм.

Исследователи из Университета Эмори (США) похоже нашли решение этой проблемы. Ученые «упаковали» стволовые клетки в капсулы, изготовленные из альгината, желеобразного вещества. Клетки в капсулах при подсадке остаются в организме и оказывают лечебный эффект в течение долгого времени.

Авторы исследования сформировали из инкапсулированных стволовых клеток бляшки и пересадили их крысам, которые перенесли сердечный приступ. Другим крысам после сердечного приступа пересадили обычные стволовые клетки, без оболочек. Третьей группе крыс стволовые клетки вообще не пересаживали. Крысы, которым пересадили клетки в оболочке, продемонстрировали улучшение работы сердца, у них обнаружилось быстрое заживление рубцов на сердечной ткани и быстрый рост новых кровеносных сосудов.

Через месяц после искусственного сердечного приступа, фракция изгнания (показатель используется для определения, насколько хорошо сердце прокачивает кровь) сердца крысы, упала с 72% до 34%. При подсадке инкапсулированных стволовых клеток фракции изгнания поднялась до 56%. При пересадке обычных стволовых клеток без капсул фракция изгнания не превышала 39%.

Стволовые клетки при введении в сердце после сердечного приступа сталкиваются с негостеприимной средой: воспаление и мощный ток крови мешают клеткам оставаться в ткани, они просто «уходят» оттуда, не принеся никакой пользы. Согласно исследованиям, более 90% клеток погибают уже в первые часы. В случае с клетками в капсулах этого не происходит. Клетки остаются на месте, они невосприимчивы к внешней среде и выделяют белки, продуцирующие рост клеток.

Альгинат – материал капсулы – является безопасным, он активно используется в медицине и в кулинарии. Так, некоторые ученые используют альгинат для инкапсуляции клеток, производящих инсулин. Теперь такие клетки проходят испытания для лечения диабета.

Основные преимущества инкапсулированных клеток – выделение ими гормонов, которые стимулируют регенерацию кровеносных сосудов. Мезенхимальные стволовые клетки, необходимые для такой терапии, могут быть получены из взрослых тканей - костного мозга или жира.

В настоящее время гидрогель, который используют ученые, разлагается в течение 10 дней. Но ученые намерены испытать и другие материалы, чтобы проверить, как долго они могут находиться в организме.

1)http://rnd.cnews.ru/tech/nanotech/news/line/index_science.shtml?2013/11/05/548261
2)http://rnd.cnews.ru/natur_science/medicine/news/line/index_science.shtml?2013/11/21/550581
3)http://rnd.cnews.ru/tech/biotech/news/line/index_science.shtml?2013/10/14/546054
4)http://rnd.cnews.ru/tech/nanotech/news/line/index_science.shtml?2013/11/13/549403
5)http://rnd.cnews.ru/tech/biotech/news/line/index_science.shtml?2013/10/15/546154
6)http://rnd.cnews.ru/tech/biotech/news/line/index_science.shtml?2013/10/25/547166