Концепция волшебной рули. нанотехнология 10.1. Концепция волшебной пули
 Скачать 28.16 Kb.
|
|
ГБОУ ВПО "КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" МЗ РФ ПЕДИАТРИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ГИСТОЛОГИИ, ЭМБРИОЛОГИИ И ЦИТОЛОГИИ ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМЕДИЦИНА» Доклад на тему: «Концепция «волшебной пули»: направленный транспорт лекарственных средств» Выполнила: студентка 2 курса Группы 2207 Алиева Наргиз Проверила: к.б.н., ассистент Водунон Наиля Робертовна 2022 Содержание Введение……………………………………………………………………………………3 Волшебная пуля ………………………………………………………………………..3 Исследования антител. Антитоксин дифтерии ………………………..4 Исследования мышьякового красителя …………………………………..4 Открытие сальварсана ……………………………………………….…………….5 Терапии трудноизлечимых заболеваний ………………………………..6 Предлагаемая система ……………………………………………………………..7 Принцип «ключ-замок»…………………………………………………………….8 Заключение………………………………………………………………………………..9 Список использованных источников информации………….9 Введение. Впервые о возможности адресной доставки лекарств заговорил в конце XIX века великий немецкий бактериолог Пауль Эрлих, предложив термин «волшебная пуля». Этот термин подразумевал препарат, который избирательно находит в организме и убивает опухолевые клетки, не повреждая при этом здоровые ткани. Строго говоря, концепция волшебной пули содержит в себе две проблемы: направленное конструирование новых лекарственных препаратов — драг-дизайн (drug design) — и систем для их адресной доставки (drug delivery). Основные понятия, используемые как в драг-дизайне, так и в задачах доставки — это мишень и лекарство. Мишень — это макромолекулярная биологическая структура, предположительно связанная с определенной функцией, нарушение которой приводит к заболеванию, и на которую необходимо совершить определенное воздействие. Лекарство — это химическое соединение, специфически взаимодействующее с мишенью и модифицирующее клеточный ответ, создаваемый мишенью Волшебная пуля волшебная пуля - это научная концепция, разработанная немецким нобелевским лауреатом Полом Эрлихом в 1900 году. Во время работы в Институте экспериментальной терапии (Institut für Experimentelle Therapie), Эрлих пришел к выводу, что можно убивать определенные микробы (например, бактерии), вызывающие заболевания в организме, без нанесения вреда самому телу. Он назвал гипотетического агента Зауберкугелем, волшебной пулей. Он предполагал, что точно так же, как пуля, выпущенная из пистолета для поражения определенной цели, может быть способ целенаправленно нацеливаться на вторгшиеся микробы. Его дальнейшие исследования по открытию волшебной пули привели к дальнейшим знаниям о функциях иммунной системы организма и к разработке сальварсана , первого эффективного лекарства от сифилиса в 1909. Его работы легли в основу иммунологии , а за свой вклад он разделил Нобелевскую премию 1908 по физиологии и медицине с Эли Мечниковым Исследования антител. Антитоксин дифтерии В начале 1890-х Пол Эрлих начал работать с Эмилем Берингом , профессором медицины в Марбургском университете . Беринг исследовал антибактериальные средства и обнаружил антитоксин дифтерии . (За это открытие Беринг был первым лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1901 году. Эрлих также был номинирован на этот год.) Из работы Беринга Эрлих понял, что антитела, вырабатываемые в крови, могут атаковать вторгшиеся патогены без какого-либо вредного воздействия. на теле. Он предположил, что эти антитела действуют как пули, выпущенные из пистолета для поражения определенных микробов. Но после дальнейших исследований он понял, что иногда антитела не убивают микробы. Это заставило его отказаться от своей первой идеи о волшебной пуле. Исследования мышьякового красителя. Эрлих присоединился к Институту экспериментальной терапии (Institut für Experimentelle Therapie) во Франкфурте-на-Майне, Германия , в 1899 году, став в 1906 году директором исследовательского института Георг-Шпейер Хаус. Здесь его исследования были сосредоточены на испытании мышьяковых красителей для уничтожения микробов. Мышьяк был печально известным ядом, и его попытка подверглась критике. Его публично высмеивали как воображаемого «доктора Фантаса». Но обоснование Эрлиха заключалось в том, что химическая структура, называемая боковой цепью, формирует антитела, которые связываются с токсинами (такими как патогены и их продукты); аналогично химические красители, такие как соединения мышьяка, могут также производить такие боковые цепи, чтобы убить те же микробы. Это привело его к предложению новой концепции под названием «теория боковой цепи ». (Позже в 1900 году он пересмотрел свою концепцию как «рецепторную теорию».) На основе своей новой теории он постулировал, что для уничтожения микробов необходимо «wir müssen chemisch zielen lernen» («мы должны научиться химически прицелиться»). . Его институт был удобен тем, что находился рядом с красильной фабрикой. Он начал тестирование ряда соединений против различных микробов. Во время своего исследования он придумал термины «химиотерапия » и «волшебная пуля». Хотя он использовал немецкое слово zauberkugel в своих ранних работах, впервые он ввел английский термин «волшебная пуля» на лекции Харбена в Лондоне в 1908 году. К 1901 году с помощью японского микробиолога Киёси Сига Эрлих экспериментировал с сотнями красителей на мышах, инфицированных трипаносомой , простейшим паразитом, вызывающим сонную болезнь . В 1904 году они успешно приготовили красный краситель мышьяка, который они назвали Трипановый красный, для лечения сонной болезни. Открытие сальварсана. В 1906 году Эрлих разработал новое производное соединения мышьяка. , которое он назвал Соединением 606 (число, представляющее серию всех его испытанных соединений). Соединение было эффективным против инфекции малярии у экспериментальных животных. В 1905 году Фриц Шаудинн и Эрих Хоффманн определили бактерии спирохет (Treponema pallidum ) как возбудитель сифилиса. Обладая этими новыми знаниями, Эрлих испытал соединение 606 (химически арсфенамин ) на кролике, инфицированном сифилисом. Он не признавал его эффективности. Сахачиро Хата ознакомился с работой Эрлиха и 31 августа 1909 года обнаружил, что кролик, которому вводили сальварсан 606, был излечен с помощью только одной дозы, причем кролик не показал никаких побочных эффектов. Обычная процедура лечения сифилиса в то время включала регулярные инъекции ртути от двух до четырех лет. Эрлих, получив эту информацию, с таким же успехом провел эксперименты на людях. После убедительных клинических испытаний соединению номер 606 было присвоено торговое название «Сальварсан», что означает «спасение мышьяка». Сальварсан был коммерчески представлен в 1910 году, а в 1913 году на рынок была выпущена менее токсичная форма «Неосальварсан» (соединение 914). Эти препараты стали основным средством лечения сифилиса до появления пенициллина и других новых антибиотиков в середине 20 века. Исследования Эрлиха о волшебной пуле были основой фармацевтических исследований. Терапии трудноизлечимых заболеваний. В современном научном мире под адресной доставкой лекарств понимают транспорт молекул лекарственного вещества в заданную область организма, органа или клетки при помощи управляемого носителя, в качестве которого могут выступать другие молекулы и/или наночастицы. На клеточном уровне такой транспорт чаще всего представляет собой рецептор-опосредованный эндоцитоз — захват клеткой внешнего материала, осуществляемый путём образования мембранных везикул, при котором рецепторы мембраны связываются либо с молекулами самого поглощаемого вещества, либо с лигандами, находящимися на его поверхности ). При этом в зоне контакта клетки с носителем, содержащим лекарство, возникают гидродинамические, электростатические, стерические и многие другие виды взаимодействий. Таким образом, адресно доставить что-либо в клетку — не такая простая задача, как может показаться В терапии трудноизлечимых на сегодняшний день заболеваний определяющую роль играет подбор оптимальной концентрации препарата в очаге поражения. Для того, чтобы лекарство было эффективным, важно, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты попали в мозг, противовоспалительные средства — в места воспалений, антираковые препараты — в опухоль и т.д. В подавляющем большинстве случаев никто не может гарантировать, что нужная доля лекарственного вещества, введенная в организм в виде инъекций или таблеток, на самом деле достигла цели. В действительности большая часть целевого препарата попадает в печень, а также выводится из организма при помощи выделительной системы (например, почками). Наиболее очевидным решением этой проблемы является повышение начальной концентрации вводимого препарата. Но здесь мы сталкиваемся с другой проблемой — многие лекарства в этом случае могут стать токсичными, то есть, оказывая лекарственное воздействие на одни органы, они будут подавлять жизнедеятельность других. Это особенно важно для противораковых препаратов, которые убивают не только больные, но и здоровые клетки. Предлагаемая система. Наибольшую проблему на сегодняшний день представляет именно высвобождение лекарства из контейнера, которое, как правило, требует дистанционного регулирования. Как сделать так, чтобы, например, оболочка капсулы, находящейся в больном органе (недоступная для непосредственного воздействия), непроницаемая сейчас, через несколько минут стала проницаемой, позволяя лекарству выйти наружу? Действующее вещество — это и есть лекарство, которое нужно доставить к больному органу. Блокатор полностью подавляет действие лекарства — то есть, не дает ему вступать в химические реакции, имитируя контейнер. В состав магнитных наночастиц входит оксид железа, и они обладают способностью притягиваться к магниту. Поэтому, прикладывая магнитное поле извне организма, можно направлять частицы, а значит, и прикрепленное к ним лекарство, к очагу поражения Действующее вещество — это и есть лекарство, которое нужно доставить к больному органу. Блокатор (конкретные примеры будут описаны позже) полностью подавляет действие лекарства — то есть, не дает ему вступать в химические реакции, имитируя контейнер. В состав магнитных наночастиц входит оксид железа, и они обладают способностью притягиваться к магниту. Поэтому, прикладывая магнитное поле извне организма, можно направлять частицы, а значит, и прикрепленное к ним лекарство, к очагу поражения (более подробно этот вопрос описан далее во врезке). Так выполняется требование «адресности» доставки. Магнитные наночастицы можно покрыть нетоксичной оболочкой (например, из полимера или благородного металла), а в качестве блокатора выбрать вещество, не наносящее вред организму (как и лекарство) — побочных реакций у системы не будет. Принцип «ключ-замок». структуры фермента и субстрата подходят друг к другу, как ключ к замку. Именно это обусловливает их прочную связь друг с другом, а также высокую избирательность ферментов к типу реакции, на скорость которой они могут повлиять. В то же время, существует еще один тип молекул, способный образовывать не менее устойчивый комплекс с ферментами — это ингибиторы. Они схожи по структуре с субстратами (рис. 5б), однако не превращаются в продукт, а лишь препятствуют связыванию субстрата с ферментом. Таким образом, если мы хотим использовать фермент в качестве адресно доставляемого лекарства, то рассчитываем, что его терапевтическим действием будет как раз превращение субстрата в продукт, которое должно произойти исключительно в больном органе. В качестве блокатора мы берем ингибитор, который не дает ферменту участвовать в химических реакциях. Но, как только фермент достигнет определенного места в организме, нужно убрать с него ингибитор и сделать возможным взаимодействие фермента и субстрата. Как? В этом нам помогут магнитные наночастицы. Заключение. На сегодняшний день, концепция «волшебных пуль» устарела и был разработан и экспериментально подтвержден принципиально новый подход к высвобождению лекарства, которое при помощи магнитных наночастиц можно адресно доставить в требуемое место в организме при условии фокусировки и оптимизации силы магнитного поля. Суть процесса заключается в механическом разрыве связи между молекулами лекарства-фермента и молекулами его блокатора-ингибитора (молекулы обоих типов связаны с магнитными наночастицами) под действием магнитного поля. Учитывая малые масштабы системы, такой способ был назван наномеханическим. Можно рассчитывать , что проведенные эксперименты станут основой для развития нового направления в адресной доставке лекарств, в частности, терапии онкологических заболеваний печени , что приведет к созданию коммерчески доступного терапевтического препарата и даст пациентам с ныне неизлечимыми заболеваниями надежду на выздоровление. Список использованных источников. 1. https://biomolecula.ru/articles/nanomekhanika-dlia-adresnoi-dostavki-lekarstv-naskolko-eto-realno 2. https://m.polit.ru/article/2018/03/21/ps_mipt/ 3. https://mister-blister.com/volshebnye-odeyala-vmesto-magicheskih-pul-novyj-podhod-k-razrabotke-lekarstv/ 4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Теория_волшебной_пули 5. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/164583/V_poiskakh_volshebnoy_puli |