Нанотехнологии в лечении сосудов

Текст работы размещён без изображений и формул.

Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Атеросклероз – это хроническое заболевание кровеносных сосудов, при котором на их внутренней стенке откладываются «плохой» холестерин и другие ЛПНП в форме налетов и бляшек, а сами стенки уплотняются и теряют эластичность. Процесс отложения холестерина в стенке крупных и средних артерий называется атеросклерозом. Формирующиеся при этом бляшки приводят к ограничению притока крови к внутренним органам, конечностям и головному мозгу. Заболевания, которые при этом возникают (инфаркт, инсульт, аневризма аорты, гангрена), приводят к тяжелым последствиям.

Ученые давно разделили холестерин на «плохой» и «хороший». К последнему виду относятся липопротеиды высокой плотности. Главная их функция – обратный транспорт свободных липидов из сосудистого русла в печень для последующего синтеза желчных кислот.

Липопротеиды (липопротеины) в своем составе сочетают липиды (жиры) и белки. В организме они исполняют роль «перевозчиков» холестерина. Природный жирный спирт в крови не растворяется. Так как он необходим всем клеткам организма, для транспортировки используют липопротеиды. Низкий показатель ЛПВП представляет серьезную опасность для сосудов, так как увеличивает риск появления атеросклероза. Ухудшение его уровня связывают с причиной болезней сердца, диабетом, проблемами липидного обмена.

Борьба с атеросклерозом ведется давно, а с развитием нанотехнологий вышла на новый уровень. На данный момент, как правило, применяется метод физического удаления бляшек со стенок сосуда хирургическим вмешательством. Это решает главную проблему, но не решает вопрос выздоровления сосудов до исходного состояния.

Ученые предложили и опробовали метод восстановления сосудов при помощи наночастиц. Суть метода заключается в помещении в сосуд здоровых эндотелиальных клеток, которые отвечают за регуляцию давления и производство оксида азота при помощи специального фермента, а также наночастиц, содержащих железо, которые доставят эти клетки на нужное место.

Нанобусинки из оксида железа доставляются в кровоток пациента с помощью катетера. Эти шарики, подобно нитке бисера, соединяются вместе химическими связями и собственной магнитной силой и представляют собой единое целое. Внешнее магнитное поле приводит во вращение каждую отдельную бисеринку, что заставляет всю связку крутиться как штопор, продвигая её через кровь. Бисеринки являются биологически инертными и не вызывают иммунный ответ в организме.

Полученные наночастицы эффективно адсорбируют холестерол из раствора, аналогично природным ЛПВП. После восстановления кровотока в артерии, нитка бусинок может быть рассеяна или использована для доставки антикоагулянтных лекарств непосредственно в области поражения, чтобы предотвратить будущие закупорки сосудов.

Для этой операции не требуется разрезов, она проводится под местным обезболиванием. Современные методы лечения хронической полной закупорки дают только около 60 процентов успеха, новый метод обещает довести этот показатель до 90 процентов. К тому же он позволяет сократить время восстановления пациента после операции.

Список использованной литературы:

https://biomolecula.ru/articles/nanochastitsami-po-plokhomu-kholesterinu

https://pomedicine.ru/406-proryv-v-lechenii-ateroskleroza-nanoy.html

https://biomolecula.ru/articles/khoroshii-plokhoi-zloi-kholesterin

Источник

Предисловие (от Здорового Скептика)

Для начала прочитайте, как эту новость изложила наша очень уважаемая коллега из ежедневной е-газеты “Yтро.ру”.

Очень впечатляет, особенно картинка: гигантский боевой наноробот бурит шахту в забитой инсультным тромбом артерии.

От инсульта спасут наночастицы

Татьяна ГОЛУТВИНА

Нанотехнологии, кажется, начинают реально помогать человечеству. По крайней мере, это попытались доказать ученые из Медицинской школы Гарварда и Массачусетского технического института: они создали мельчайшие частицы, способные прочищать артерии и улучшать самочувствие.

Разработка, как отмечают исследователи, пока на стадии тестирования. Однако если она попадет в массовое производство, то сможет помочь миллионам людей по всему миру, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Ученые назвали свое творение нанобуром. Частицы разработанного вещества проникают в кровеносную систему человека и в буквальном смысле бурят любые новообразования, мешающие кровотоку. Сами частицы вреда сосудам и организму не наносят.

В университете, где была разработана технология, отмечают, что новинка отлично заменяет дорогостоящие и малоэффективные (по сравнению с наночастицами) препараты для чистки сосудов. К тому же использование подобного метода избавляет человека от необходимости делать операцию при возникших проблемах с сердечно-сосудистой системой.

“Это превосходный пример использования нанотехнологий в здравоохранении. Частицы вводятся при помощи обычной инъекции”, – комментирует преимущество своего изобретения один из авторов разработки нанобура Роберт Лангер, профессор Массачусетского института. Он также добавляет, что никаких побочных эффектов от использования наночастиц пока зафиксировано не было.

Технологии изготовления таких заметочек описаны в статье «Весёлые картинки о приключениях научных новостей».

А на самом деле всё (кроме названий организаций, в которых работают эти ученые) совсем не так, а ровно наоборот:

«Наноёршики» для чистки сосудов

Исследователи Массачусетского технологического института и Гарвардской медицинской школы, работающие под руководством адъюнкт-профессора Омида Фарохзада (Omid Farokhzad), разработали наночастицы направленного действия, способные прикрепляться к стенкам артерий и медленно высвобождать лекарственные препараты. Результаты их работы опубликованы 19 января в предварительной on-line версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences в статье «Spatiotemporal controlled delivery of nanoparticles to injured vasculature».

Наночастицы получили название ‘nanoburrs’ из-за того, что их поверхность покрыта шипами из фрагментов белков, обеспечивающих их прочное прикрепление к специфичным белкам поврежденной артериальной стенки (слово ‘burr’ имеет много значений, в т.ч. «шип», «репейник», «фреза»). Определенные модификации таких наночастиц могут постепенно высвобождать препарат в течение почти двух недель, что делает их перспективной альтернативой высвобождающим лекарства стентам, применяемым в лечение некоторых пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

«Наноёршики» (или «нанорепейники», если хотите) представляют собой сферы диаметром 60 нанометров, состоящие из трех слоев: внутреннего ядра, представленного комплексом лекарственного препарата и полимолочной кислоты, среднего слоя из обладающего липидными свойствами лецитина сои и внешней оболочки из полиэтиленгликоля, защищающего наночастицу во время ее циркуляции в кровотоке.

Наношипы специфично связываются с базальной мембраной, выстилающей стенки артерий и оголяющейся только в случае их повреждения. Это обеспечивает возможность использования таких наночастиц для лечения атеросклероза и других воспалительных заболеваний сердечно-сосудистой системы. При проведении экспериментов авторы нагружали наночастицы паклитакселем (paclitaxel) – препаратом, подавляющим деление клеток и предотвращающим формирование сужающей просвет артерий рубцовой ткани.

Отщепление молекул препарата от цепочки полимера происходит постепенно в результате реакции гидролиза сложных эфиров. Чем длиннее цепочка полимера, тем дольше протекает реакция, что позволяет контролировать продолжительность высвобождения препарата. На сегодняшний день в экспериментах на культурах клеток авторам удалось добиться высвобождения препарата в течение более чем 12 дней.

В экспериментах на крысах исследователи продемонстрировали, что введенные в хвостовую вену наночастицы успешно достигают зон повреждений в левой сонной артерии. При этом количество прикрепившихся к поврежденной артериальной стенке «наношипов» в два раза превышало количество прикрепившихся контрольных наночастиц, не имеющих на поверхности направляющих белков.

Возможность внутривенного введения наночастиц и продолжительного высвобождения препаратов позволит избавить пациентов от многократных инвазивных вмешательств непосредственно в требующей лечения зоне. Кроме того, авторы считают, что разработанная ими методика найдет широкое применение в лечении других распространенных болезней, в том числе рака и воспалительных заболеваний, при которых часто наблюдаются поражения сосудов.

Разработчики надеются, что со временем новые наночастицы можно будет использовать в качестве дополнительного средства, повышающего эффективность сосудистых стентов, введение которых является стандартным методом лечения в большинстве случаев нарушения проходимости артерий. В случаях невозможности введения стента, например, при поражении участка, находящегося в непосредственной близости от разветвления артерии, наночастицы можно будет использовать в качестве альтернативы стентам.

Евгения Рябцева, Александр Чубенко

Портал «Вечная молодость» https://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: New ‘nanoburrs’ could add to arsenal of therapies against heart disease

20.01.2010

Источник

Сердечная нанотехнология – это «Разработка функциональных систем на молекулярном уровне» («Нанотехнологические исследования»).

Нанотехнологии

Нанотехнология имеет дело со структурами и материалами, длина которых составляет примерно от одного до ста нанометров. На этом микроскопическом уровне имеет место и действует квантовая механика , приводящая к поведению, которое могло бы показаться довольно странным по сравнению с тем, что люди видят невооруженным глазом (обычная материя). Нанотехнологии используются в самых разных областях техники, от энергетики до электроники и медицины . В категории медицины нанотехнологии все еще относительно новы и еще не получили широкого распространения в этой области. Вполне возможно, что нанотехнологии могут стать новым прорывом в медицине и в конечном итоге могут стать решением и лекарством от многих проблем со здоровьем, с которыми сталкиваются люди. Нанотехнологии могут привести к излечению от таких болезней, как простуда , болезни и рак . Его уже начинают использовать для лечения некоторых серьезных проблем со здоровьем; в частности, он используется для лечения сердца и рака.

Наномедицина

Нанотехнологии в области медицины чаще называют наномедициной . Наномедицина, направленная на помощь сердцу, действительно начинает набирать обороты и набирает популярность по сравнению с большинством других областей, которые в настоящее время может предложить наномедицина. Есть несколько проблем с сердцем, эффективность которых в ближайшем будущем дает нанотехнологии, которые могут быть эффективными в лечении болезней сердца .

Примеры

Мы надеемся, что он сможет лечить неисправные сердечные клапаны ; и обнаруживать и лечить артериальные бляшки в сердце («Нанотехнология стала ясной»). Наномедицина должна помочь исцелить сердца людей, которые уже были жертвами сердечных заболеваний и сердечных приступов . С другой стороны, это также будет играть ключевую роль в поиске людей с высоким риском сердечных заболеваний и, в первую очередь, сможет помочь предотвратить сердечные приступы. Нанотехнология сердца намного менее инвазивна, чем хирургия, потому что все происходит на крошечном уровне в теле по сравнению с относительно большими тканями, с которыми имеют дело хирургия. Сегодня с помощью наших технологий проводятся операции на сердце для лечения поврежденных сердечных тканей в результате сердечного приступа. Это серьезная операция, от которой обычно требуется пара месяцев на восстановление («WebMD – Better rmation. Better Health»). В этот период пациенты крайне ограничены в видах деятельности, которыми они могут заниматься. Этот долгий процесс выздоровления доставляет неудобства пациентам, и с развитием медицины, скорее всего, не пройдет много времени, прежде чем будет разработан и использован более эффективный метод лечения пациентов с сердечным приступом. Метод, который является лидером в замене серьезной операции на сердце, – это использование нанотехнологий. Есть несколько альтернативных способов кардиохирургии, которые нанотехнологии потенциально могут предложить в будущем.

Альтернативы операции

У людей, страдающих сердечными заболеваниями или перенесших инфаркт, их сердца часто бывают повреждены и ослаблены. Более легкие формы сердечной недостаточности не требуют хирургического вмешательства и часто лечатся лекарствами («WebMD – Better rmation. Better Health»). Использование нанотехнологий для лечения поврежденного сердца не заменит эти более легкие проблемы с сердцем, а, скорее, более серьезные проблемы с сердцем, которые в настоящее время требуют хирургического вмешательства или иногда даже трансплантации сердца .

Ремонт сердца

Группа инженеров, врачей и материаловедов из Массачусетского технологического института и Детской больницы Бостона объединились и начали движение по поиску способа использования нанотехнологий для укрепления ослабленной сердечной ткани («Массачусетский технологический институт – Массачусетский технологический институт»). Первый метод использует нанотехнологию в сочетании с тканевой инженерией , при этом золотые нанопроволоки помещаются и вплетаются в поврежденные части сердца, по существу заменяя нефункционирующие или мертвые ткани.

Регенерация тканей

Другой подход мог бы потенциально использовать крошечные наночастицы , которые путешествовали бы по телу и находили умирающую ткань сердца. Наночастицы будут нести такие объекты, как « стволовые клетки , факторы роста , лекарства и другие терапевтические соединения». Затем наночастицы высвободят соединения и введут их в поврежденную ткань сердца. Теоретически это привело бы к регенерации ткани.

Проблемы с восстановлением сердца

Исправить сердечную ткань, поврежденную в результате сердечного приступа или сердечного заболевания, непросто, и сегодня это одна из основных проблем в области тканевой инженерии (« Популярная наука »). Это связано с тем, что клетки сердца – не самый простой объект для создания в лаборатории. Требуется огромное количество особой осторожности и усилий, чтобы клетки развить так, чтобы они бились синхронно друг с другом («Популярная наука»). Даже после того, как клетки сердца наконец созданы, также большая задача – вставить клетки в неоперабельные части сердца и заставить их работать в унисон с тканями, которые все еще работали должным образом («Популярная наука»).

Патчи на сердце

Было несколько успешных примеров этого с использованием «сердечного пластыря на основе стволовых клеток, разработанного исследователями Университета Дьюка » («Popular Science»). В биоматериалы , которые составляют патч обычно изготавливают либо из биологических полимеров , таких как альгинат или синтетические полимеры , такие как полимолочная кислота ( «Nature Nanotechnology»). Эти материалы хороши для организации клеток в функционирующие ткани; однако они действуют как изоляторы и плохо проводят электричество, что является серьезной проблемой, особенно в сердце («Природные нанотехнологии»). Поскольку электрические сигналы, которые передаются между ионами кальция, контролируют сокращение кардиомиоцитов сердца, что заставляет сердце биться, сердечная пластыря со стволовыми клетками не очень эффективна и не так эффективна, как хотелось бы врачам (” Популярная наука »). Результатом того, что пластырь не является очень проводящим, является то, что клетки не могут достигать плавного, непрерывного биения по всей ткани, содержащей стволовые клетки. Это приводит к тому, что сердце не функционирует должным образом, что, в свою очередь, может означать, что из-за имплантации стволовых клеток может возникнуть больше проблем с сердцем.

Тканевые каркасы

В последнее время в области нанотехнологий появились новые разработки, которые будут более эффективными, чем плохо проводящие пластыри на основе стволовых клеток («Nature Nanotechnology»). Ученые и исследователи нашли способ сделать эти участки стволовых клеток (также известные как тканевые каркасы) проводящими и, следовательно, экспоненциально более эффективными («Природные нанотехнологии»). Они обнаружили, что, выращивая золотые нанопроволоки внутри и через пятна, они смогли значительно увеличить электрическую проводимость . Нанопроволоки толще, чем исходный каркас, и клетки также лучше организованы. Также увеличивается выработка белков, необходимых для связывания кальция и сокращения мышц. Золотые нанопроволоки протыкают материал каркаса стволовых клеток, что усиливает электрическую связь между окружающими клетками сердца. Без нанопроволок участки стволовых клеток производили слабый ток, и клетки бились бы только небольшими кластерами в источнике стимуляции. С нанопроводами кажется, что клетки сжимаются вместе, даже когда они сгруппированы далеко от источника стимуляции. Использование золотых нанопроволок с сердечными пластырями из стволовых клеток все еще является относительно новой концепцией, и, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем они будут применены на людях. Есть надежда, что в ближайшем будущем нанопроволоки будут протестированы на живых животных.

Наночастицы

Еще один способ использования нанотехнологий для восстановления поврежденных тканей сердца – это использование управляемых «ракет» из наночастиц. Эти наночастицы могут цепляться и прикрепляться к стенкам артерий и медленно выделять лекарство («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»). Частицы, известные как наночастицы, из-за того, что они покрыты небольшими фрагментами белка, которые прилипают к определенным белкам и нацелены на них. Наночастицы можно заставить высвобождать прикрепленное к ним лекарство в течение нескольких дней («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»). Они уникальны по сравнению с обычными лекарствами, потому что они могут найти конкретную поврежденную ткань, прикрепиться к ней и высвободить прикрепленную к ней полезную нагрузку лекарственного средства («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»). Происходит то, что наночастицы нацелены на определенную структуру, известную как базальная мембрана ; эта мембрана выстилает артериальные стенки и присутствует только в том случае, если область повреждена. Нанобурцы могут нести лекарства, которые эффективны при лечении сердца, а также потенциально нести стволовые клетки, помогающие регенерировать поврежденную ткань сердца («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»).

Сочинение

Частицы состоят из трех различных слоев и имеют диаметр шестьдесят нанометров («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»). Внешний слой представляет собой покрытие из полимера, называемого PEG, и его задача – защищать лекарство от распада, пока оно не распадается. путешествуя по телу. Средний слой состоит из жирного вещества, а внутреннее ядро ​​содержит собственно лекарство вместе с полимерной цепью, которая контролирует количество времени, которое потребуется до высвобождения лекарства («Массачусетский технологический институт Массачусетского технологического института»).

Исследование

В исследовании, проведенном на крысах, наночастицы вводили непосредственно в хвост крысы, и они все еще могли достигать желаемой цели (левой сонной артерии ) со скоростью, вдвое превышающей количество нецелевых наночастиц («MIT- Массачусетский Технологический Институт”). Поскольку частицы могут доставлять лекарства в течение длительного периода времени и могут вводиться внутривенно, пациентам не нужно будет делать несколько повторных инъекций или инвазивных операций на сердце, что было бы намного удобнее. Единственным недостатком этого является то, что существующие подходы к доставке являются инвазивными и требуют либо прямой инъекции в сердце, либо катетерных процедур, либо хирургических имплантатов. Однако нет никаких сомнений в том, что будущее ремонта сердца и профилактики сердечных заболеваний / приступов определенно будет связано с использованием нанотехнологий в некотором роде.

Поликетальные наночастицы

Сочинение

Поликетальные наночастицы представляют собой pH-чувствительные гидрофобные наночастицы, созданные из поли (1-4-фениленацетондиметиленкеталь). Они представляют собой чувствительный к кислоте носитель доставки лекарств, специально разработанный для воздействия на среду опухолей, фагосом и воспалительную ткань. В такой кислой среде эти наночастицы подвергаются ускоренному гидролизу до низкомолекулярных гидрофильных соединений, в результате чего их терапевтическое содержимое высвобождается с большей скоростью. В отличие от наночастиц на основе полиэфира, поликетальные наночастицы не образуют продуктов кислотного разложения после гидролиза.

Использование при инфаркте миокарда

После инфаркта миокарда воспалительные лейкоциты проникают в миокард . Лейкоциты содержат большое количество никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) и Nox2. Nox2 и НАДФН-оксидаза вместе действуют как основной источник выработки сердечного супероксида , избыток которого может привести к гипертрофии миоцитов , апоптозу, фиброзу и увеличению экспрессии матриксной металлопротеиназы -2. В исследовании на мышах, проведенном Somasuntharam et al. В 2013 г. поликетальные наночастицы были использованы в качестве средства доставки миРНК для нацеливания и ингибирования Nox2 в сердце, пораженном инфарктом. После инъекции интрамиокардиальной в естественных условиях, Nox2-миРНК наночастицы предотвратить активацию из Nox2-NADPH – оксидазы , а также улучшение фракции укорочения . При захвате макрофагами миокарда после инфаркта миокарда наночастицы деградируют в кислой среде эндосом / фагосом , высвобождая Nox2-специфичную миРНК в цитоплазму .

Поликетальные наночастицы также использовались в инфаркте сердца мыши для предотвращения ишемии – реперфузионного повреждения, вызванного активными формами кислорода (АФК). Уровень антиоксиданта Cu / Zn-супероксиддисмутазы (SOD1), который улавливает вредные АФК, снижается после ИМ. Поликетальные наночастицы, инкапсулированные в SOD1, способны нейтрализовать АФК, вызванные реперфузионным повреждением. Кроме того, это лечение улучшило фракционное укорочение, что свидетельствует о преимуществах адресной доставки поликеталами. Одним из ключевых преимуществ использования поликеталов является то, что они не усугубляют воспалительный ответ даже при введении в концентрациях, превышающих терапевтические пределы. В отличие от обычно используемых наночастиц сополимера молочной и гликолевой кислоты (PLGA), введение поликетальных наночастиц мышам вызывает незначительное рекрутирование воспалительных клеток. Кроме того, внутримышечная инъекция поликеталей в ногу крыс не показывает значительного увеличения воспалительных цитокинов, таких как IL-6 , IL-1β , TNF-α и IL-12 .

Ссылки

Дополнительное чтение

• Двир Т., Тимко Б.П., Бригам М.Д., Наик С.Р., Караджанаги С.С., Леви О., Джин Х., Паркер К.К., Лангер Р., Кохан Д.С. (25 сентября 2011 г.). «Трехмерные кардиальные пластыри с нановолокном» . Природа Нанотехнологии . Издательская группа “Природа”. 6 : 720-725. DOI : 10.1038 / nnano.2011.160 . PMC 3208725 . PMID 21946708 .
• «Институт Форсайта» Архив блога »Нанотехнологии для восстановления сердца» . Нанотехнологии – Институт Форсайта . Проверено 6 ноября 2011 .
• “Золотое сердце – MIT News Office” . MIT – Массачусетский технологический институт . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Сердечная пластырь из золота помогает сердечной ткани восстанавливаться» . Популярная наука . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Нанотехнологические мониторы имплантатов для лечения рака, а теперь и сердечных приступов» . Singularity Hub . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Поддержка исследований в области нанотехнологий в Национальном институте сердца, легких и крови» . Циркуляционные исследования . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Нанотехнологии против болезней сердца» . Ясность нанотехнологий . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Новые« наноборцы »могут помочь в борьбе с сердечными заболеваниями» . MIT – Массачусетский технологический институт . Проверено 6 ноября 2011 .
• «Восстановление после операции на сердце» . WebMD . Проверено 6 ноября 2011 .
• “Что такое нанотехнологии?” . Нанотехнологические исследования . Проверено 6 ноября 2011 .

Источник