Окопная Екатерина Ученица 8 «А» школа 310. Нано технологии на страже здоровья! Нано технологии отвоевывают все больше и больше места в современной науке! - презентация

1 Окопная Екатерина Ученица 8 «А» школа 310

2 Нано технологии на страже здоровья! Нано технологии отвоевывают все больше и больше места в современной науке! Эта область по сравнению с остальными очень молода и до конца еще не исследована, но уже с большим успехом используется во многих сферах (телекоммуникация и связь, медицина, биомеханика, химия, авиация, космонавтика, экология, сельское хозяйство и т. д.). В этой статье речь пойдет о медицине и о пользе для людей применения нано технологий в этой сфере. Нано медицина совершила большой прогресс в области диагностики и лечения различных заболеваний. В основном есть пять главных разделов медицины, в которых применяются нано технологии: доставка лекарственных веществ, новые способы лечения болезней, также диагностика in vivo, имплантанты.

3 Приведем самые последние, важные и крайне полезные достижения с помощью нано технологий. Французские биологи обнаружили способ выявления малейших следов раковой опухолевой ДНК, которые присутствуют во всех человеческих биологических жидкостях. Это достижение в постановке диагноза, а также в успешном лечении рака, считают биологи. Ученые Лаборатории Сандиа и университета Нью-Мехико, объединив усилия, разработали неплохую стратегию уничтожения раковых клеток наночастицами. Суть - в кровь вводят наночастицы с лекарством. Размер их очень маленький. Это позволяет им максимально долго циркулировать в крови и поглощаться раковыми клетками. Еще одно важное открытие в борьбе с раковыми опухолями совершили ученые из университета Пенсильвании. Они считают, что запустив в организм церасомов(пузырьков, наполненных противораковым средством), можно остановить рак печени, блокировав опухоль от ее же системы кровеносных сосудов, необходимых для роста опухоли. Таким образом, опухоль не имеет возможности развиваться дальше.

4 Эти и многие другие открытия в медицине дают шанс многим больным раком, СПИДом и иными опасными заболеваниями жить и не болеть. Каждый день в мире разрабатывается все больше и больше полезных препаратов и лекарств. Они помогут сотням людей жить полноценной жизнью. Будем надеяться, что на этом нанотехнологии не остановятся!

5 Нанотехнологии в современной медицине: роль и особенности Для успешного лечения заболевания необходимо диагностировать заболевание на самой ранней стадии. Врачам в этом помогают магнитные наночастицы, которые имеют кристаллическое ядро из оксида железа. Магнитные частицы вводятся в организм человека, защитные клетки – макрофаги захватывают инородные тела, тем самым делая себя «мечеными». Макрофаги не могут переварить наночастицы, в результате продолжают передвигаться вместе с ней. Таким образом, в случае появления опухоли или воспаления, макрофаги устремляются в больную область для борьбы с инфекцией или бактериями. У врачей появляется быстрая возможность при помощи магнитно- резонансного томографа обнаружить область большого скопления магнитных частиц и начать лечение воспаленной зоны на самой ранней стадии.

6 Создание нано роботов становится одним из перспективных направлений в современной медицине. Они считаются своеобразными нано докторами и будут перемещаться внутри сосудов и клеток по всему организму. При этом будут устранять различные неисправности в клетках и производить чистку сосудов. Для достижения поставленной цели необходимо глубокое изучение клетки. Все клетки можно сравнить с большим городом, в котором заводы производят органические соединения, в том числе и белок. Эти «заводы» соединены сложнейшей системой дорог – актиновых нитей состоящие из белка. Таким образом, каждая молекула, попадая в клетку, попадает на нужную ей дорогу и направляется в определенное место. Разобравшись с принципом работы внутриклеточных путей, врачи смогут использовать их для точечной доставки лекарств. Такой способ доставки препарата снижает побочное действие от лекарств, которое оказывает прием традиционных таблеток и капсул.

7 Наночастицы серебра - антибиотик будущего. Соединения серебра столетиями используются как лекарства. Еще древние римляне и греки питьевую воду хранили в серебряных емкостях для естественной ее очистки. Серебро использовалось в лечебных целях вплоть до Второй мировой войны, пока антибиотики не вошли в широкое употребление и незаслуженно вытеснили этот природный антисептик. Но в последние годы с развитием нанотехнологий интерес к серебру как антибиотику и бактерицидному средству сильно возрос. Нанотехнологии позволили препараты на основе серебра удешевить и сделать более доступными при лечении многих инфекционных заболеваний

8 Благодаря малым размерам, составляющим лишь 1-2 нанометра в диаметре, наночастицы обладают уникальным, даже волшебным свойством: они чрезвычайно активны и убивают вирусы, бактерии, грибки. Воздействуя на клеточную мембрану возбудителей инфекционных заболеваний, они блокирует свойство передачи кислорода внутрь бактериальной клетки, что приводит к ее гибели. У человека клеточная мембрана совершенно другого типа. Она не содержит особых белков – пептидогликанов, и наночастицы не взаимодействуют с клетками человеческого организма. Поскольку многие бактерии и вирусы вырабатывают сопротивляемость к антибиотикам и антисептическим веществам, серебрянные наночастицы - это замечательная альтернатива любым синтетическим антибиотикам. Ни одна известная болезнетворная бактерия не выживает в присутствии даже минимального количества серебра, особенно в наносостоянии.

9 В Америке Федеральной комиссией по питанию и медикаментам наносеребро принято как разрешенный естественный антибиотик. Соединения серебра успешно применяются при лечении более 70% ожогов и ссадин. В NASA свойства наносеребра как антибактериального агента используется для очистки воды на космических кораблях. Индийскими учеными на основе наночастиц серебра разработан препарат для профилактики тромбов у больных сердечно- сосудистыми заболеваниями. До этого использовался аспирин. Исследования показали, что этот препарат, не вызывая побочных эффектов, снижает образование тромбов почти на 40% и оказывает антибактериальное действие.

10 Нанотехнологии помогут отменить старение иммунной системы Ученые Технион-Израильского института пришли к заключению, что процесс старения может быть обращен вспять. Данный способ заключается в удалении застарелых В-лимфоцитов из организма. Благодаря чему выработка молодых и здоровых клеток усиливается в несколько раз. Ведущим автором исследования стал Дорон Меламед. Он утверждает, что процесс одряхления клеток в организме можно остановить. «Люди привыкли считать, что процесс старения – это прогрессивная структура. Иммунная система и в частности В-клетки также подвержены одряхлению. Но данный процесс можно остановить или так сказать обратить вспять», - делится своими мыслями Меламед. Эсперимент был проведен на мышах.

11 Конечно, естественным явлением в организме при достижении определенного возраста является ослабление иммунной системы. Подобно каждой клеточке организма В-клетки слабеют. Этот фактор считается основополагающей причиной всех болезней, которыми страдают пожилые люди. Да и организм «приобретает» свойство, снижающее реакцию всех органов, тканей и клеток на проводимую при заболевании вакцинацию. За создание и возобновление в организме антител отвечают В-лимфоциты, они то и представляют собой главенствующие клеточные компоненты в иммунной системе. Согласно статистическим данным и проведенные неоднократными исследованиями, ученые утверждают, что с возрастом производство В-клеток резко снижается. Появляются так называемые сбои в процессе отбора клеток. Как результат – накапливание и застопоривание старых клеток с ограниченным функционалом и возможностями.

12 Но обратить данный процесс под силу человечеству. Для улучшенной работы В-лимфоцитного гомеостаза необходимо с помощью соответствующих нанотехнологий искусственным путем вызвать достаточный дефицит данных клеток. Организм словно просыпается и начинает активно работать костный мозг. Производство В-клетки достигает объемов, которые не уступают в показателях молодого организма. При вводе вакцинации в подопечных мышей, организм старожилов в результате операции улучшил реакцию на вакцину до 400%. Как утверждает сам Дорон Меламед, в практике их исследовательского института и мировой медицины в целом, впервые доказано, что физиологическое естественное старение организма можно регулировать процессом. А этот процесс теперь под силу отменять человечеству.

13 Нанокожа с кровеносными сосудами – это становится реальностью. Нано инженеры из Калифорнии получили финансирование от Национального Института Здравоохранения для разработки инструментов по изготовления биоразлагаемых структур которые бы позволили наращивать вокруг них ткани сердца и других органов с «рабочими» кровеносными сосудами. Разработка технологий, позволяющих выращивать искусственным способом ткани, которые до мельчайших подробностей повторяют природные, станет настоящим прорывом во всех областях клинической терапии. Это исследование не только поможет людям, страдающим многими заболеваниями, но и улучшит лабораторные исследования в изучении клеток, включая и стволовые. Размер финансирования этого проекта составляет 1,5 миллиона долларов и рассчитан на четыре года. Как отмечает главный получатель гранда профессор Калифорнийского Университета Шаочен Чен, группа ученых создает биоматериалы на основе наноструктур, которые располагаются с внешней стороны. Хотя, исходя из научной теории, существует огромное множество возможностей создать искусственную ткань, нанотехнология в этом вопросе является самым удачным выбором, которым стоит воспользоваться. Ученые ожидают, что с помощь разработанной ими технологии станет возможным производство тканей, которые будут по своим свойствам очень близки к природным.

14 С улучшением биоплатформы, над которой в настоящее время трудятся исследователи, станет возможным производство каркасов с точно заданным расположением систем нанопор и других микродеталей конструкции, которые смогут контролировать взаимодействие клеток между собой, а так же с окружающей средой. Перед учеными стоит нелегкая задача в создании системы, внутри которой живая клетка смогла бы выжить, так как ей необходимо дышать, питаться и выделять продукты жизнедеятельности. И в этом ученым помогут нанопоры, которые имеют каналы, необходимые для жизнедеятельности живой клетки. Для того, что бы сосудистая система внутри искусственно созданной системы была функциональна, исследователи планируют создать каркас и разместить в нем трубки и лишь потом засеять полость трубок эндотелиальными клетками, которые выстилают кровеносные сосуды изнутри. В большинстве случаев нехватка кровеносных сосудов сводит на нет систему регенерации тканей, что, как следствие, приводит к смерти живых клеток, утрате функциональности и ограничению регенеративной способности тканей.

15 Наноклей для спинного мозга. Как известно, медицина относит травмы спинного мозга к ряду тяжелых заболеваний нервной системы человека. Во многих случаях такие травмы далеко не всегда поддаются медикаментозному или хирургическому лечению. Исследования Purdue University (США) показали, что исцеления травм спинного мозга становится возможным, благодаря применению в медицине новых достижений нанотехнологии. Как оказалось, традиционно используемые в онкологии наночастицы для доставки лекарств могут выполнять роль материала для восстановления повреждений в нервных волокнах спинного мозга при их оперативном введении в кровь пациента сразу же после нарушения целостности нервных каналов.

16 Примерно с конца 70 годов ХХ столетия мицелярные наносферы использовали в медицинской практике для адресной доставки необходимых лекарственных средств, например, при онкологических заболеваниях. Ученые Университета Пердью предложили применить синтетические мицеллы для восстановления деятельности поврежденных аксонов и их способности проводить поступающие электрические импульсы к спинному мозгу. Исследователи предполагают использовать вместо традиционно используемых мембранных уплотнителей наномицелы, которые благодаря свойствам полиэтиленглиголя, способны сами образовывать внешнюю гидрофобную мицелярную оболочку. При этом наночастицы сами в состоянии находить повреждения в нервных волокнах и самостоятельно формировать уплотнения в поврежденных местах.

17 При этом, как утверждают ученые, нано сферы могут долго находиться в кровотоке и не выводиться из организма. При соблюдении дозировки нано частиц, по заявлениям исследователей, такие наночастици совершенно безопасны и нетоксичны для организма. Как показали исследования, проведенные над группой подопытных животных, нано сферы эффективны в применении для восстановления утраченной в результате травмы способности проводить электрические импульсы к спинному мозгу парализованных животных. Данные изменений общего потенциала показали, что в 60% от общего числа поврежденных аксонов смогло восстановить проводящую способность при помощи уплотнителя из наномицел, в отличие от 18% из контрольной группы, где нано частицы применены не были. Сегодня этот метод проходит испытания в ветеринарии для лечения животных, которые получили спинномозговые повреждения, но в дальнейшем, после более тщательного изучения, лечение травм спинного мозга при помощи наночастиц будет применено к людям.

18 Нано магнетики заменят лекарства Медицинская электроника долгое время была отраслью, занятой исключительно диагностикой и мониторингом патологических изменений в организме человека, и лишь недавно было доказано лечебное воздействие электромагнитных полей, например, при терапии опухолей или для уменьшения отека в тканях при повреждениях. Ученые из Гарвардского университета нашли еще одно применение электромагнитному полю в медицине, показав возможность дистанционного управления введенными в организм магнитными нано частицами (нано магнетиками), способными "включать" и "выключать" различные биохимические процессы внутри клеток. В исследовании были использованы частицы диаметром в 30-нм, названные авторами "нано биотиками". Каждая частица состояла из 5-нм металлического ядра, покрытого молекулами белка, способными связываться со специфическими рецепторами клеток, на которые и было направлено действие терапии. Частицы оставались нейтральными до их активации внешним магнитным полем, во время которого они, пытаясь объединиться в кластеры, воздействовали на рецепторы мембран, запуская каскад биохимических реакций внутри клеток.

19 Первой целью исследования было изучение возможности управляемого открытия кальциевых каналов в мембранах клеток – резкий приток кальция в нервные клетки может стать началом нервного импульса. Поскольку металлические нано частицы являются парамагнетиками, т.е. способны намагничиваться и размагничиваться под действием внешнего поля, перед медициной отрывается возможность управления нервными сигналами извне, что может помочь в лечении различных тяжелых заболеваний, например сердечных аритмий. В дальнейшем ученые планируют научиться воздействовать на различные функциональные клетки человеческого организма, для того, чтобы дистанционно управлять конкретными физиологическими или биохимическими нарушениями при заболеваниях. Например, по мнению авторов методики, больные сахарным диабетом смогли бы контролировать производство собственного инсулина клетками поджелудочной железы вместо введения препарата с помощью подкожных инъекций.

20 Проявляют интерес к исследованию и военные токсикологи. По их мнению, нано биотики можно использовать для централизованной массовой активации специфических антидотов внутри организма солдат, в случае их попадания в зону действия отравляющих веществ или воздействия токсинов в результате применения бактериологического оружия. Интерес к исследованию выражен настолько, что Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA), принадлежащее Министерству обороны США, является главным спонсором проекта.