|
|
Экология_1. Учебнометодическое пособие Часть 1 Воронеж 2013
Применение наночастиц в медицине и их влияние на организм человека
Впервые термин «нанотехнология» применил Норио Танигучи, инженер из Токийского университета, в 1974 г. в статье, которая посвящалась обработке материалов. Сегодня нанотехнологии являются одной из наиболее интенсивно развивающихся областей науки и занимают лидирующие позиции в химии, биологии и медицине. Наиболее активные научные исследования в этом направлении проводятся в США и Японии. Начинают использование нанотехнологий и в России.
Под наномедициной на сегодняшний день понимают применение нанотехнологий в диагностике и лечении заболеваний. Развитие этой отрасли тесно связано с интенсивным развитием геномики и протеомики.
Наночастицы (от греческого nanos – «карлик»), величина которых составляет от долей нанометра до сотен нанометров, применяются для молекулярной диагностики различных заболеваний, направленной доставки лекарственных препаратов и генетических конструкций в поврежденные ткани, а также избирательного уничтожения патологических тканевых образований и даже отдельных измененных клеток.
Известно, что в зависимости от размера наночастицы способны приобретать разные функции. Это связано с тем, что при переходе от микро- к наноразмерам у большинства материалов появляются новые химические свойства. Уникальная особенность наночастиц состоит в их крайне развитой (по сравнению с традиционными материалами) поверхности, высокой химической реакционной способности и каталитической активности, легком перемещении в потоке воздуха или жидкости и т.д.).
Под «нанолекарствами» понимают наноразмерный (1-100 нм) переносчик, содержащий инкапсулированное, диспергированное, адсорбированное или конъюгированное лекарственное вещество (Коо et al., 2005). Такая система позволяет преодолеть проблемы, связанные с низкой растворимостью и всасываемостью медицинских препаратов.
Основные классы наночастиц и особенности их использования в биологии и медицине (Е. В. Шляхто, 2009) представлены в таблице 7:
Таблица 7.
Особенности использования наночастиц в медицине:
Примеры наночастиц
|
Применение в медицине
|
Фуллерены – углеродные полые сферические образования
|
- используются как противовирусные (Schinazi et al,, 1993) и антибактериальные (Bosi et al., 2000) агенты;
- в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии онкологических заболеваний (Mroz et al., 2007);
- антиоксидантные и антиапоптотические эффекты используются при лечении бокового амиотрофического склероза и болезни Паркинсона (Dugan et al., 2000).
|
Дендримеры – разветвленные макромолекулы
|
- в качестве носителей лекарственных препаратов: противомикробных, противовирусных и нестероидных противовоспалительных средств (Cheng et al., 2008); химиотерапевтических препаратов (Kojima et al., 2000), ДНК (Fu et al., 2007)
- как наноконтейнеры контрастных веществ для магнитно-резонансной томографии (MPT) (Kobayashi et al., 2003) (Cheng et al., 2008).
|
Липосомы – шаровидные частицы, ограниченные билипидной мембраной, в полости которой находится водная среда. Активное вещество может располагаться в ядре липосомы (водорастворимые вещества) либо в ее липидной оболочке (жирорастворимые вещества).
|
не получили широкого распространения из-за их относительной нестабильности, невозможности обеспечить стандартное действие в различных партиях препаратов, трудностей стерилизации и недостаточная загрузка лекарственным препаратом (Fenske et al., 2008)
|
Мицеллы - частицы, имеющие гидрофобную внутреннюю часть (ядро) и гидрофильную поверхность (оболочку).
|
применяются как переносчики гидрофобных лекарственных препаратов: амфотерицин В, пропофол и паклитаксел (Kwon, 2003).
|
Наночастицы золота
|
- для усиления сигнала при проведении иммуноферментного анализа за счет их связывания с антителами (Tanaka et al., 2006);
- для диагностики однонуклеотидных генных полиморфизмов и точечных мутаций (Doria et al., 2007); - - - для детекции микобактерий туберкулеза в биологических средах (Baptista et al., 2006)
|
Квантовые точки – полупроводниковые нанокристаллы
|
для диагностики многих заболеваний. При возбуждении они дают палитру четких цветов. Флуоресценция квантовых точек возбуждается белым светом, причем частицы нанокристаллов могут быть присоединены к биомолекулам и обеспечивать длительно существующий сигнал, многократно превосходящий по яркости используемые в настоящее время красители (Azzazy et al., 2007). Квантовые точки активно используются для распознавания опухолевых клеток (Wu et al., 2003), маркирования внутриклеточных органелл (Hanaki et al., 2003), визуализации микрососудов (Lim et al., 2003) и многих других биомедицинских исследований.
|
Суперпарамагнитные частицы (для медицинских целей чаще всего используется оксид железа (Tartaj et al., 2003)
|
- при проведении магнитно-резонансной томографии (Ji et al., 2007); --- -- для термической деструкции патологических тканевых образований (в первую очередь, опухолей). (Laurent et al., 2008)
|
Однако на сегодняшний день недостаточно данных, касающихся влияния наноматериалов и на здоровье человека и окружающую среду. Некоторые наночастицы могут оказывать токсическое действие на клетки различных тканей (V.L.Colvin, 2003; P.H.M. Hoet, 2004; G.Oberdorster, E.Oberdorster, J.Oberdorster, 2005). Предполагается, что их высокая проникающая способность повышает потенциальную опасность по сравнению макроскопическими материалами. Так, цитотоксичность частиц титана резко увеличивается по мере уменьшения из размера (Y.Sato, A.Yokoyama, K.Shibata et al., 2005).
Токсичность наночастиц определяется (I. Fenoglio, M. Tomatis, D. Lison, 2006):
их формой;
появлением новых функциональных групп на их поверхности, что обуславливает различную химическую реакционную способность;
временем жизни в организме, определяемым низкой растворимостью или медленным выведением.
К сожалению, информация, касающаяся потенциальных опасностей, связанных с введением животным наночастиц разного происхождения, является недостаточной и противоречивой. Предварительные результаты по использованию фуллеренов свидетельствуют о возможности развития аллергических реакций в организме. Некоторые фуллерены могут разрушать ткани мозга. Вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов (Ю.М. Евдокимов, 2008). Определенные опасения в плане биосовместимости и безопасности дендримеров вызывают данные о разрушении клеточных мембран положительно заряженными дендримерами (Mecke et al., 2004).
В 2004 г. Лондонское королевское общество и Королевская инженерная академия провели исследование роли нанотехнологий в современном обществе. В полученных результатах эксперты рекомендуют относиться к применению наночастиц с осторожностью, проверять их безопасность, подвергать коммерческие продукты научной экспертизе, подробно информировать потребителя и т.д. В 2005 г. Совет по научной политике Агентства по охране окружающей среды (США) опубликовал Белую книгу, в которой сообщается об опасности применения нанотехнологий. Наночастицы могут накапливаться в воздухе, почве и сточных водах, оказывая влияния на экологические цепи в живой природе. Наночастицы могут разрушаться под действием света и химических веществ, а также при контактах с микроорганизмами, но и эти процессы плохо изучены. Наноматериалы легко вступают в химические превращения и способны образовывать соединения с ранее неизвестными свойствами. Это обстоятельство заставляет уделять дополнительное внимание рискам, связанным с наночастицами (Ю.М. Евдокимов, 2008). Так, фармацевтическая корпорация Novartis, концерн Ciba после анализа данных по безопасности различных наноносителей приняли решение сосредоточиться на разработке лекарственных препаратов с расщепляемыми системами доставки, поскольку безопасность стабильных наночастиц вызывает сомнения и нужны дополнительные исследования для ее подтверждения (Feiertag A., 2007).
Многие российские ученые также высказывают опасения по поводу безопасности использования наночастиц. Необходимо проведение широкомасштабных исследований по выяснению опасностей и рисков, связанных с загрязнением наночастицами среды обитания. В 2007 г. Президент РФ В.В. Путин подписал указ о создании корпорации «Нанотехнология», что способствовало реализации программы нанотехнологических исследований в России.
Вопросы для самоподготовки
Определение и структура экологии. Понятия «среда жизни» и «среда обитания», факторы среды.
Общие закономерности действия экологического фактора (зоны оптимума нормальной жизнедеятельности и пессимума).
Понятие экосистемы и биогеоценоза. Структура биогеоценоза как открытой саморегулирующейся системы.
Экология человека как наука, ее задачи.
Техногенные изменения в средах жизни. Предпосылки для возникновения медицинских проблем в экологии человека.
Адаптация, ее виды. Краткосрочная и долговременная адаптация, основные механизмы.
Понятие об общем адаптационном синдроме.
Особенности адаптации у человека.
Классификация типов телосложения в зависимости от условий среды.
Влияние на организм жителей Центрально-Черноземного региона (ЦЧР) различных абиотических факторов (температуры и влажности воздуха, гипоксии, атмосферного давления, электромагнитных полей, шума и вибрации).
Понятие о метеопатических реакциях и их проявлениях у человека.
Особенности урбанизации в Центральном Черноземье. Развитие промышленности и сельского хозяйства в регионе. Влияние городов на окружающие территории.
Глобальные экологические проблемы, их проявление в г. Воронеже.
Понятие о ксенобиотиках. Основные пути их поступления, распределения и депонирования в организме человека.
Роль ксенобиотиков в развитии экологически обусловленных заболеваний жителей Центрального Черноземья.
Понятие о наночастицах, их влияние на окружающую среду. Примеры их использования в медицине.
Тестовые задания
Выберите правильные ответы
Примерами биогеоценозов являются
капля воды
горшок с цветком
пруд
космический корабль
огород
Выберите правильные ответы
Абиотическая часть биогеоценоза (экотоп) включает
вирусы
бактерии
солнечный свет
свойства почвы
особенности рельефа
Выберите правильные ответы
К антропическим экологическим факторам относят:
продолжительность времени суток
атмосферное давление
вырубку лесов
pH почвы
разработку полезных ископаемых
Выберите правильные ответы
Стадии общего адаптационного синдрома
раздражения
тревоги
возбуждения
резистентности
истощения
Выберите правильные ответы
При долговременной адаптации к гипоксии наблюдается
учащение дыхания
повышение кровяного давления
увеличение скорости кровотока
увеличение количества эритроцитов
изменения в тканевом дыхании
Выберите правильные ответы
Повышенная влажность воздуха вызывает
обострение заболеваний сердечно-сосудистой системы
перегревание организма
желудочно-кишечные расстройства
переохлаждение организма
сухость во рту и горле
Выберите правильные ответы
Следствием жизни в городах является
дегра дация условий окружающей среды
улучшение эпидемической обстановки
распространение вредных привычек, нар комании, алкоголизма
снижение уровня заболеваемости населения
рост агрессивности, преступности
Выберите правильные ответы
Под урбанизацией понимают
рост городов
увеличение численности населения
проявление городского образа жизни в сельской местности
массовый выезд горожан в места отдыха
превращение естествен ных экосистем в агроценозы
Выберите правильные ответы
Ксенобиотиками являются
половые гормоны
лекарственные препараты
средства бытовой химии
выбросы автотранспорта
молоко
Выберите верные утверждения
молоко и молочные снижают всасывание тетрациклиновых антибиотиков
молоко увеличивает скорость всасывания нестероидных противовоспалительных средств
молоко снижает скорость всасывания препаратов гормонов коры надпочечников
алкогольные напитки облегчают всасывание ксенобиотиков и повышают их токсичность
диетические каши (овсяная или рисовая) снижают всасывание ксенобиотиков
Ключ к тестам
Номер вопроса
|
Правильные ответы
|
1
|
3, 5
|
2
|
3, 4, 5
|
3
|
3, 5
|
4
|
2, 4, 5
|
5
|
4, 5
|
6
|
1, 2, 4
|
7
|
1,3, 5
|
8
|
1,3
|
9
|
2, 3, 4
|
10
|
1, 2, 4, 5
|
Основная литература
Гора Е.П. Экология человека : учеб. пособие / Е.П. Гора. – Москва : Дрофа, 2007. – 544 с.
Жидкокристаллические дисперсии и наноконструкции ДНК / под ред. Ю.М. Евдокимова. – Москва : Радиотехника, 2008. – 296 с.
Маринченко А.В. Экология: учебное пособие / А.В. Маринченко. – Москва : Дашков и Ко, 2009. – 328 с.
Нанотехнологии в биологии и медицине / под ред. Е.В. Шляхто. –Санкт-Петербург , 2009. – С. 320.
Простаков Н.И. Экология и среда жизни: факторы среды и методы исследования: учеб. пособие / Н.И. Простаков, О.Г. Солодовникова. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2008. – 101 с.
Прохоров Б.Б. Экология человека / Б.Б. Прохоров. – Москва : Академия, 2003. – 320 с.
Руководство к практическим занятиям по биологии: учебник / под ред. В.В. Маркиной. – Москва: Медицина, 2006. – 392 с.
Руководство по биологии для студентов факультетов высшего сестринского образования для медицинских вузов / под ред. А.Н. Пашкова. – Воронеж : Квадрат, 2008. – 370 с.
Экология человека: учебник / под ред. А.И. Григорьева – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 240 с.
Дополнительная литература
Агаджанян Н.А. Экология человека. Избранные лекции / Н.А. Агаджанян, В.И. Торшин. – Москва : КРУК, 1994. – 256 с.
Акимова Т.А. Экология / Т.А. Акимова, В.В. Хаскин. – Москва : ЮНИТИ, 1998. – 455 с.
Безрукавникова Л.М. Влияние комплекса витаминов на организм полировщиков металлоизделий / Л.М. Безрукавникова, И.А. Гончаров // Тезисы докладов 9 Всесоюзной конференции по физиологии труда. – Москва, 1990. – С. 26-28.
Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: учебное пособие / А.К. Бродский. – Санкт-Петербург : Изд-во Петербургского университета, 1992. – 152 с.
Вялов А.М. Клинико-гигиенические и экспериментальные данные о действии магнитных полей в условиях производства / A.M. Вялов // Влияние магнитных полей на биологические объекты. – Москва : Наука, 1971. – С.165-177.
|
|
|
Скачать 1.59 Mb.