- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

Технологии будущего

Татьяна Пичугина, научный журналист. Фото И. Соловья

Татья­на Пичу­ги­на

Гром­ко стар­та­нув в 2009 году, про­грам­ма нано­тех­но­ло­ги­че­ско­го раз­ви­тия стра­ны тихо почи­ла в бозе. СМИ боль­ше не пест­рят замет­ка­ми о побе­дах Рос­на­но и выпус­ка­е­мой ими нано­про­дук­ции. Меж­ду тем ниву нано­тех­но­ло­гий про­дол­жа­ют тер­пе­ли­во вспа­хи­вать в ака­де­ми­че­ских инсти­ту­тах обыч­ные уче­ные за малые день­ги. Толь­ко в Инсти­ту­те тео­ре­ти­че­ской и экс­пе­ри­мен­таль­ной био­фи­зи­ки (ИТЭБ) РАН, что в под­мос­ков­ном Пущи­но, с кото­рым мне при­хо­дит­ся тес­но сотруд­ни­чать, есть несколь­ко нано­тех­но­ло­ги­че­ских про­ек­тов для био­ло­гии и меди­ци­ны.

Один из самых извест­ных ИТЭ­Бов­ских про­ек­тов послед­них лет — нано­филь­тры. Их изоб­рел док­тор физи­ко-мате­ма­ти­че­ских наук Вик­тор Моро­зов, руко­во­ди­тель лабо­ра­то­рии нано­струк­тур и нано­тех­но­ло­гий. Нано­филь­тры пред­став­ля­ют собой тон­чай­шую капро­но­вую пау­ти­ну, создан­ную мето­дом элек­тро­пря­де­ния. Изна­чаль­но такие филь­тры при­ду­ма­ли делать в аме­ри­кан­ском атом­ном про­ек­те, что­бы улав­ли­вать радио­ак­тив­ные части­цы из воз­ду­ха.

Рабо­тая в США в тече­ние 12 лет, Вик­тор Моро­зов усо­вер­шен­ство­вал эту тех­но­ло­гию и соб­ствен­но­руч­но сде­лал уста­нов­ку для про­из­вод­ства нано­филь­тров [1]. Поли­мер­ные волок­на, из кото­рых они состо­ят, в десять тысяч раз тонь­ше чело­ве­че­ско­го воло­са. Тем не менее фильтр спо­со­бен задер­жи­вать нано­аэро­зо­ли и бак­те­рии. Его мож­но исполь­зо­вать для ана­ли­за воз­ду­ха, к при­ме­ру, в само­ле­тах, летя­щих из зон эпи­де­мий; в мет­ро; в тюрь­мах, где рас­про­стра­нен тубер­ку­лез.

Виктор Морозов демонстрирует нанофильтр. Фото Т. Пичугиной

Вик­тор Моро­зов демон­стри­ру­ет нано­фильтр. Фото Т. Пичу­ги­ной

При под­держ­ке Фон­да содей­ствия инно­ва­ци­ям уче­ный запу­стил стар­тап для про­из­вод­ства носо­вых филь­тров, где исполь­зу­ет­ся его раз­ра­бот­ка. Нано­филь­тры Моро­зо­ва лег­ли в осно­ву устрой­ства для сбо­ра выды­ха­е­мо­го воз­ду­ха. В выды­ха­е­мом воз­ду­хе все­гда содер­жит­ся какое-то коли­че­ство мик­ро­ка­пе­лек легоч­ной жид­ко­сти [2]. Если ее собрать и про­ана­ли­зи­ро­вать, то мож­но выявить, к при­ме­ру, мель­чай­шие кон­цен­тра­ции био­мар­ке­ров тубер­ку­лез­ной мико­бак­те­рии.

Дру­гое пер­спек­тив­ное направ­ле­ние, раз­ра­ба­ты­ва­е­мое в лабо­ра­то­рии Вик­то­ра Моро­зо­ва, — нано­аэро­зо­ли. Веще­ства в фор­ме нано­аэро­зо­лей уди­ви­тель­ны тем, что они дей­ству­ют при кон­цен­тра­ци­ях в сот­ни и тыся­чи раз мень­ших, чем, допу­стим, их кон­цен­тра­ции в таб­лет­ках. Создать уста­нов­ку для рас­пы­ле­ния нано­аэро­зо­лей уче­ным так­же помог Фонд содей­ствия инно­ва­ци­ям, а учре­жден­ная ими ком­па­ния BioNanoSpray, кото­рая пыта­ет­ся при­влечь инве­сти­ции для про­дви­же­ния нано­аэро­зо­лей в меди­цине, ста­ла рези­ден­том Скол­ко­во.

Полез­ные свой­ства нано­ча­стиц диок­си­да церия иссле­ду­ют в лабо­ра­то­рии роста кле­ток и тка­ней ИТЭБ РАН под руко­вод­ством млад­ше­го науч­но­го сотруд­ни­ка Анто­на Попо­ва. Если эти нано­ча­сти­цы осо­бым обра­зом син­те­зи­ро­вать, как это уме­ют делать в Инсти­ту­те общей и неор­га­ни­че­ской химии им. Н. С. Кур­на­ко­ва, то они ста­но­вят­ся био­ак­тив­ны­ми и при­об­ре­та­ют ряд полез­ных свойств. К при­ме­ру, сни­ма­ют окис­ли­тель­ный стресс в куль­ту­ре ство­ло­вых кле­ток и побуж­да­ют их быст­рее рас­ти. Антон Попов с кол­ле­га­ми пока­за­ли это на пита­тель­ной сре­де для куль­тур пер­вич­ных фиб­роб­ла­стов, взя­тых у мыши­ных эмбри­о­нов [3].

Актив­ность нано­ча­стиц CeO2 про­ве­ря­ли и на живых мышах. Послед­ним дела­ли инъ­ек­ции золя нано­ча­стиц, а затем облу­ча­ли смер­тель­ной дозой рент­ге­нов­ско­го излу­че­ния [4]. Выжи­ва­ли 60% под­опыт­ных живот­ных. Ока­за­лось, что клет­ки кост­но­го моз­га у тех мышей, кото­рым вве­ли нано­ча­сти­цы, луч­ше сохра­ня­лись. Что­бы объ­яс­нить меха­низм дей­ствия нано­ча­стиц CeO2, авто­ры иссле­до­ва­ния выдви­ну­ли три пред­по­ло­же­ния. Соглас­но одно­му из них, нано­ча­сти­цы диок­си­да церия пре­об­ра­зу­ют сво­бод­ные ради­ка­лы в более без­опас­ные для кле­ток соеди­не­ния.

Воз­мож­но так­же, что эти нано­ча­сти­цы погло­ща­ют излу­че­ние сво­ей поверх­но­стью и сни­жа­ют вред, нано­си­мый клет­кам. Не исклю­че­но так­же, что нано­ча­сти­цы CeO2 уси­ли­ва­ют соб­ствен­ный защит­ный меха­низм клет­ки, кото­рый вклю­ча­ет­ся после облу­че­ния. Эта идея нашла под­твер­жде­ние в экс­пе­ри­мен­те: если мышам вво­ди­ли нано­ча­сти­цы CeO2 после облу­че­ния, выжи­ва­ли 40% под­опыт­ных. Уче­ные пред­по­ло­жи­ли, что веще­ство каким-то обра­зом участ­ву­ет во внут­ри­кле­точ­ных сиг­наль­ных путях, при­во­дя­щих к вос­ста­нов­ле­нию ДНК.

Груп­па Попо­ва участ­во­ва­ла в иссле­до­ва­нии орга­ни­че­ских нано­ча­стиц — угле­род­ных нано­то­чек (у-точек). Угле­род­ные нано­точ­ки — это части­цы раз­ме­ром 1–100 нано­мет­ров, состо­я­щие из ато­мов угле­ро­да. Их полу­ча­ли путем нагре­ва пище­вой лимон­ной кис­ло­ты в рас­пла­ве моче­ви­ны. У-точ­ки отлич­но под­хо­дят на роль люми­нес­цент­ных меток. Их изу­че­ние выли­лось в боль­шой про­ект при уча­стии уче­ных из Инсти­ту­та мик­ро­био­ло­гии и виру­со­ло­гии им. Д. К. Забо­лот­но­го НАН (Киев), Инсти­ту­та био­хи­мии име­ни А. В. Пал­ла­ди­на НАН (Киев), Физи­ко-хими­че­ско­го инсти­ту­та име­ни А. В. Богат­ско­го НАН (Одес­са), Инсти­ту­та общей и неор­га­ни­че­ской химии име­ни Н. С. Кур­на­ко­ва (Москва) и Том­ско­го госу­ни­вер­си­те­та [5].

Зада­ча уче­ных из Пущи­но состо­я­ла том, что­бы соеди­нить у-точ­ки с мик­ро­кап­су­ла­ми из поли­элек­тро­ли­тов, кото­рые слу­жат сред­ством достав­ки лекарств в клет­ку. Мик­ро­кап­су­лы с у-точ­ка­ми добав­ля­ли к мак­ро­фа­гам мышей и мезен­хи­маль­ным ство­ло­вым клет­кам чело­ве­ка, а затем отсле­жи­ва­ли их про­ник­но­ве­ние. Бла­го­да­ря у-точ­кам выяс­ни­лось, что отнюдь не все мик­ро­кап­су­лы про­ни­ка­ли в клет­ки.

В круп­ном меж­ду­на­род­ном иссле­до­ва­нии крем­ни­е­вых нано­ча­стиц участ­ву­ет сотруд­ник лабо­ра­то­рии цито­тех­но­ло­гии и лабо­ра­то­рии тка­не­вой инже­не­рии Андрей Куд­ряв­цев [6]. Идея рабо­ты состо­ит в том, что­бы вве­сти про­ти­во­опу­хо­ле­вый пре­па­рат в крем­ни­е­вые нано­ча­сти­цы, завер­нуть их в тер­мо­по­ли­мер и доста­вить в опу­холь. Метод испы­та­ли на куль­ту­ре кле­ток, кото­рые после вве­де­ния нано­ча­стиц нагре­ва­ли до 37 °С. Тер­мо­по­ли­мер пла­вил­ся и выпус­кал лекар­ство из пор крем­ни­е­вых нано­ча­стиц. Таким обра­зом эффек­тив­ность достав­ки пре­па­ра­та мно­го­крат­но повы­ша­лась. Экс­пе­ри­мент ста­ви­ли и на мышах с при­ви­той кар­ци­но­мой.

Конеч­но, мно­гое еще неяс­но отно­си­тель­но меха­низ­мов и послед­ствий воз­дей­ствия нано­аэро­зо­лей и нано­ча­стиц на живой орга­низм. Тем не менее неко­то­рые из опи­сан­ных выше про­ек­тов могут быть пре­вра­ще­ны в тех­но­ло­гии уже в обо­зри­мом буду­щем. Что отрад­но, наши инсти­ту­ты раз­ви­тия гото­вы их под­дер­жи­вать. А даль­ше — сло­во за биз­не­сом.

Татья­на Пичу­ги­на,
науч­ный жур­на­лист

1. Как в Пущи­но раз­ви­ва­ют нано­тех­но­ло­гии /​/​ «МК» в Сер­пу­хо­ве от 25 янва­ря 2017.

2. Morozov V. N., and Mikheev A. Y. A collection system for dry solid residues from exhaled breath for analysis via atomic force microscopy /​/​ Journal of breath research. 2017. 11 (1): 016006.

3. Popov A. L., et al. Cerium oxide nanoparticles stimulate proliferation of primary mouse embryonic fibroblasts in vitro /​/​ Materials Science and Engineering: C. 2016. V. 68. P. 406–413.

4. Popov A., Zaichkina S., Popova N., Rozanova O., Romanchenko S., Smirnov A., Ivanova O., Mironova E., Selezneva I. and Ivanov V. Radioprotective effects of ultra-small citrate-stabilized cerium oxide nanoparticles in vitro and in vivo /​/​ RSC Advances. 2016. Is. 108.

5. Zholobak N. M., et al. Facile fabrication of luminescent organic dots by thermolysis of citric acid in urea melt, and their use for cell staining and polyelectrolyte microcapsule labelling /​/​ Beilstein Journal of Nanotechnology. 2016. 7.1. P. 1905–1917.

6. Tamarov K., Xu W., Osminkina L., Zinovyev S., Soininen P., Kudryavtsev A., Gongalsky M., Gaydarova A., Nеrvаnen A., Timoshenko V., Lehto V.-P. Temperature responsive porous silicon nanoparticles for cancer therapy – spatiotemporal triggering through infrared and radiofrequency electromagnetic heating /​/​ Journal of Controlled Release. 2016. 241. P. 220–228.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи