Нанобиотехнологии в современном мире. Нанобиотехнологии в современном мире. Практическое использование знаний наномира в современных
 Скачать 7.89 Mb.
|
|
http://www.lbz.ru http://metodist.lbz.ru http://www.rusnano.com http://www.vidicor.ru Нанобиотехнологии в современном мире. Практическое использование знаний наномира в современных биотехнологиях. Нанотехнологии для искусственного создания или преобразования биомолекул, клеток, тканей, органов, животных и человека Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Первые интересные идеи … Мечты о создании искусственного человека Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Технологическое несовершенство Альбрехт Дюрер «Меланхолия» (резцовая гравюра на меди, 1514 г.) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Фантастика? Видеолекции - http://binom.vidicor.ru • ДНК и гены - молекулярная биология • Строение и функции клеток, методы искусственного выращивания клеток - клеточная биология • Иммунный ответ, антитела - иммунология • Гормоны и цитокины - эндокринология • Факторы гистосовместимости - трансплантология • Механизм передачи нервного импульса - нейробиология • Строение и функции мозга, его отделов и органов чувств • Ферменты, метаболические пути в клетке - биохимия Важнейшие открытия ХХ века в биологии Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Новые методы и оборудование http://www.dia-m.ru биореактор для выращивания клеток и тканей мультифункциональный биохимический анализатор автоматический секвенатор Видеолекции - http://binom.vidicor.ru вирусы биомолекулы клетка органы и ткани животные и человек Нанобиотехнология и биоинженерия - универсальные инструменты в биологии нанобио- технология Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Преобразование живого на всех уровнях Наноинженерная биомолекула Наночастица на основе вируса Липосома Искусственные органы и ткани Человек и животные нового поколения Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Биомолекулы Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Биомолекулы - материал для наноконструкций белки (иммуноглобулины) белки (трансферрин) Пептиды (дефенсин) ДНК и РНК Полисахариды (хитозан) Липиды (фосфатидилхолин) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственные биомолекулы Наноантитело – флуоресцентный белок Липид – полимер – флуоресцеин Молекулярная ДНК-конструкция http://avantilipids.com/ http://www.rcsb.org/ http://popnano.ru/ Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Многофункциональные наночастицы Функциональные биомолекулы, «пришитые» к биополимеру «Фотография» наночастицы Схема наночастицы с различными биомолекулами Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Наночастицы могут распознавать и лечить болезни Лечение Диагностика Наночастицы в клетках (зеленое свечение) Опухоль Некроз опухоли Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Сложные наноконструкции • наношкатулку создали с помощью технологии ДНК-оригамы из 1 молекулы ДНК • цепочку ДНК моделируют на компьютере, а затем синтезируют • сборка нанокоробочки происходит самопроизвольно в водном растворе • Нанокоробочка имеет генетический замок Схема нанокоробочки с генетическим «замком» Фотография нанокоробочки Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Вирусы Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Первый искусственный вирус Искусственный вирус полиомиелита Мышь, зараженная искусственным вирусом • полностью идентичен природному аналогу • информация о строении вируса была «скачана» из Интернета • цепочки РНК вируса были "выписаны по почте". • мыши, заражѐнные синтетическим вирусом, погибли. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственные вирусы для лечения и диагностики • (a) – изменение или полная замена вирусной ДНК/РНК с целью удаления «болезнетворных» генов вируса и внедрения в него «полезных генов»; • (b) – введение в вирус лекарственных веществ и наночастиц для терапии и диагностики; • (c) – изменение липидной оболочки вируса; • (d) – привязка к вирусу лигандов направленной доставки. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Клетка Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Первая искусственная клетка Синтетическая бактериальная хромосома Схема создания и расположения синтетического генома Mycoplasma mycoides Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственная клетка от природной отличается одним геном Искусственные бактериальные клетки Mycoplasma mycoides Синтетический геном искусственных клеток содержит фермент, окрашивающий клетки (А). Природные клетки не содержат такой фермент (В) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Липосома – «тело» искусственной клетки Липосома фотография схема Функциональная липосома Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Если в липосомы внедрить ДНК, то они начнут «жить» Искусственные клетки-везикулы, состоящие из фосфолипидной пористой оболочки, внутри которой заключены фрагменты ДНК медузы, синтезирующие белок, способный светиться зелѐным светом. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Клетка, подключенная к электронной микросхеме Нейрон крысы, выращенный на электронной микросхеме и контактирующий с ней посредством электрических импульсов (схема) Группа нейронов улитки на электронной микросхеме (фотография) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Клетка с нанопроводами Нейроны гиппокампа крысы, выросшие на кремниевых нанопроводах Флуоресцирующие клетки (зеленые), пронизанные нанопроводами (фиолетовые) (слева) и следы, оставленные нанопроводами в клетке (справа) ( вид сверху) Кремниевые нанопровода Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Клетка с вживленным наноинженерным чипом наноконструкторный кремниевый чип линейка – 3 мкм Кремниевые чипы в клетках человека (черные квадраты – вверху, белые – внизу, линейка – 10 мкм) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Ткани и органы Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Родственница нанотехнологий - тканевая инженерия Искусственный биоинженерный клапан сердца, готовый для имплантации пациенту Схема создания искусственной ткани или органа методом тканевой инженерии биопсия Выращивание клеток человека в искусственных условиях клетки биоактивные факторы 3D- матриксы биоинженерный прототип органа имплантация Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственное легкое Процесс создания искусственного легкого: A. Очищение легочной ткани от функциональных легочных клеток; В. Бесклеточный каркас после очищения; С. Выращивание в биореакторе новых тканей на каркасе; D. После 4-8 часов в реакторе ткань готова к имплантации рецепиенту (Е). Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственная печень 1. Камера для перфузии культивируемого органа 2. Перистальтический насос 3. Оксигенатор 4. Система трубочек Каркас печени, засеянный клетками, в процессе перфузии Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственное сердце Очищение от клеток сердца крысы-донора Засев полученного каркаса сердца новыми клетками Новое работающее сердце Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Наноинженерные каркасы органов Биополимерный каркас клапана сердца для тканевой инженерии Внутренняя наноструктура биополимерных каркасов Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Наноинженерные каркасы, «засеянные» клетками Биополимерный каркас клапана сердца, засеянный клетками Биополимерный каркас из нанониней (А), засеянный клетками (B,C,D) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственная кожа Схема создания искусственной кожи Искусственная кожа, произве- денная на «биофабрике» Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственные сосуды Биополимерный наноинженерный каркас кровеносного сосуда Внутренняя структура каркаса сосуда Клетки сосудистой стенки, высаженные на каркасе Выращенный кровеносный сосуд Видеолекции - http://binom.vidicor.ru http://www.abiomed.com/products/heart_replacement.cfm Полностью механо-электрическое сердце Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Печать живых тканей Лабораторный и промышленный биопринтеры для печати тканей на основе струйного принтера Принцип метода «Капля» биочернил – сферолит Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Биопечать сложных структур и целых органов Трехмерные биоконструкции, созданные по технологии биопечати Возможности метода Напечатанная сердечная мышца, способная к сокращению Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Биопечать кровеносных сосудов Вверху: Схема печати кровеносных сосудов Внизу: «Вызревание» напечатанных сосудов в биореакторе Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Сборка живой ткани как конструктора Лего – из кубиков Сборка формочек из биогеля, в который заключены различные живые клетки, в биоконструкции под воздействием УФ- излучения Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Человек Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственная сетчатка retina implant Схема строения сетчатки глаза Схема расположения электродов в сетчатке глаза Электроды в сетчатке глаза (ультратонкий срез) Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственный глаз Искусственная сетчатка глаза (общая схема) Матрица электродов, имплантированная в сетчатке Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Как видит искусственный глаз Как пока видит искусственный глаз Пациент, использующий искусственные глаза Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Искусственная рука Протез руки, «мысленно» управляемый пациентом Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Интерфейс «мозг-машина» Компьютерная томография мозга позволяет «читать мысли» и передавать их компьютеру, управляющему механо-электрической рукой Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Инвалидное кресло, управляемое «силой мысли» Инвалидное кресло, управляемое «силой мысли». На голове пациента - «шапочка» из электродов, снимающая электроэнцефалографию (ЭЭГ) мозга. Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Непосредственная связь «мозг- компьютер» Гибкая биосовместимая наноматрица из электродов Микроэлектроды (справа), игольчатые электроды (справа вверху) и наноматрица из электродов (справа внизу), плотно наложенные на кору головного мозга Видеолекции - http://binom.vidicor.ru «Мыслящий» робот «Мыслящий» робот Гордон Культура нервных клеток крысы, контактирующих с электродами Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Художник с искусственным мозгом Культура нервных клеток «Живопись» Аппарат Процесс написания картины Видеолекции - http://binom.vidicor.ru Спасибо за внимание! |