Наноустройства медицинского назначения

Микророботы, нанороботы. На протяжении последних десяти лет непрерывно производились попытки сконструировать микророботов для лечения определенных заболеваний. Так, в 2002 г. Ishiyama et al. разработали микроразмерные вращающиеся винтовые структуры, движение которых в кровотоке обеспечивалось магнитным полем. Эти микророботы предназначались для доставки лекарственных веществ в инфицированную ткань и даже для проникновения в опухоли с целью их термической деструкции. В 2003 г. была предпринята попытка использовать магнитные поля различной интенсивности для обеспечения направленного движения в организме человека микроробота, содержащего ферромагнитные частицы. В 2005 г. эти попытки увенчались успешным созданием микророботов, имевших размер около 200 мкм, которые могли быть введены в просвет сосуда через иглу. Эти микророботы эффективно перемещались по водному лабиринту за счет помещения по внешнее магнитное поле, причем различные частоты поля приводили к селективной активации определенных частей робота, обеспечивая контроль его функций.

Однако принципиально иной уровень функционирования устройств этого типа может быть достигнут при переходе на наномасштаб. Это станет возможным после разработки молекулярных аналогов современных подшипников и шестерней. Для создания таких нанороботов будет применяться методика позиционной сборки. В макромире аналогом этого процесса является автоматизированная сборочная линия автозавода, где каждый робот выполняет строго заданную манипуляцию.

На сегодняшний день мы располагаем ограниченными данными о возможном применении подобных нанороботов в практической медицине. Один из немногих завершенных проектов посвящен созданию респироцита — искусственного эритроцита, состоящего из 18 миллионов четко структурированных атомов. Респироцит представляет собой сферический сосуд из алмазоподобного материала, имеющий 1 мкм в диаметре и выдерживающий давление в 1000 атмосфер. Способность этого наноробота к переносу кислорода в 256 раз превышает аналогичную способность эритроцита.

Другой пример наноробота, выполняющего функцию естественной клетки человеческого организма – искусственный фагоцит. Такого рода наноробот также предназначен для циркуляции в кровотоке и фагоцитоза патогенных вирусов, бактерий и грибов. По прогнозам создателей, введение в кровоток искусственных фагоцитов может приводить к полному уничтожению патогенных микроорганизмов в течение нескольких часов.

Молекулярная шестерня (слева) и искусственный фагоцит (справа)

Большие надежды возлагаются на применение нанороботов в хирургии. При этом нанороботы также вводятся в кровоток и затем осуществляют поиск пораженной ткани и коррекцию дефектов за счет манипулирования на наноуровне.

Нанооболочки. Одним из примеров использования наноструктур для направленной доставки лекарственных препаратов являются нанооболочки. В отличие от углеродных наночастиц, нанооболочки представляют собой несколько более крупные частицы, состоящие из кремнеземной сердцевины и тонкого золотого покрытия. Нанооболочки покрываются слоем полимера, содержащего лекарственный препарат, и вводятся в организм. После накопления частиц в пораженной ткани (например, в опухоли) производится облучение данной области инфракрасным лазером. Это приводит к селективному поглощению нанооболочками инфракрасных частот и их нагреванию. Нагрев поверхности частицы приводит к высвобождению лекарства из слоя полимера и обеспечивает его локальное действие.