Нанотехнологии: применение в педиатрии

Отношение общества к нанотехнологиям

Индустрия нанотехнологий

Концептуальные устройства

Робототехника

• Молекулярные роторы — синтетические наноразмерные двигатели, способные генерировать крутящий момент при приложении к ним достаточного количества энергии.

• Нанороботы — роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер. Вопросы разработки нанороботов и их компонентов рассматриваются на профильных международных конференциях.

• Молекулярные пропеллеры — наноразмерные молекулы в форме винта, способные совершать вращательные движения благодаря своей специальной форме, аналогичной форме макроскопического винта.

• С 2006 года в рамках проекта RoboCup (чемпионат по футболу среди роботов) появилась номинация «Nanogram Competition», в которой игровое поле представляет из себя квадрат со стороной 2,5 мм. Максимальный размер игрока ограничен 300 мкм.

• Nokia Morph — проект сотового телефона будущего, созданный совместно научно-исследовательским подразделением Nokia и Кембриджским университетом на основе использования нанотехнологических материалов.

В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки нанотехнологий почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров — корпораций и фондов — пришлось примерно $6.6 млрд инвестиций, на долю государственных структур — около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объёму капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых нанотехнологий на 126 % по сравнению с 2003 годом (общий объём инвестиций составил $4 млрд.), США — на 122 % ($3.4 млрд.).

Прогресс в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс.

Отношение общества к нанотехнологиям изучалось ВЦИОМ и европейской службой «Евробарометр».

Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений, связанных с токсичностью наноматериалов. Особо это актуально для широко разрекламированного коллоидного серебра, свойства и безопасность которого находятся под большим вопросом.

Вентилятор-ассоциированная пневмония (ВАП) является серьезной и дорогостоящей проблемой, затрагивающей клиническую педиатрию сегодня. Это инфекция, как полагают, непосредственно связана с введением эндотрахеальной трубки (ЭТТ) при длительной искусственной вентиляции легких. Из-за неспецифических рентгенографических и клинических признаков, ВАП Особенно трудно диагностировать в педиатрической практике. Лечение антибиотиками часто неэффективно, и ВАП связано с высоким уровнем заболеваемости, смертности и медицинских расходов. Использование наномодифицированных покрытий на ЭТТ может обеспечить эффективное снижение, или даже предотвращение образования биопленки и введении самой ЭТТ.

Наночастицы, такие как селен и оксид железа, как показывает практика, не способны проникнуть в биопленку, достигнуть клетки, обработанной антибиотиками. Кроме того, методы нанотехнологий, могут изменить рельеф поверхности ЭТТ путём вмешательства бактериальной адгезии. Таким образом, исследование антимикробных свойств наночастиц и использование их в наномодифицированных поверхностях, показывает эффективность снижения распространения бактерий на ЭТТ.

Нанотехнологии являются средством контроля над материей на атомном, молекулярном и супрамолекулярных уровнях. Наноматериалы и материалы (частицы, волокна, трубы, зерно и т.д.), по крайней мере, одно измерение которых находится в диапазоне 1-100 нм; это могут быть металлы, керамика, полимеры, композиты и т.д. Эти материалы обладают уникальными свойствами, из-за своих размеров и значительно большей площади поверхности, которые могут влиять на многие свойства, включая электропроводность материала, магнитные свойства, поверхностная энергия, механические свойства, каталитические свойства, и т.д. Текущие области исследования включают в себя взаимодействие синтетических наноразмерных материалов и живых тканей. Микро-и наноразмерные строительные блоки образуют основу для клеток и тканей внутри человеческого организма. Считается, что различия в активности некоторых клеток на наномодифицированных поверхностях в том, что способность этих материалов имитировать естественные(природные) размеры составляющих биологических тканей. Другим важным фактором в этом взаимодействии это уникальная энергетика поверхности наноматериалов, из-за их их значительно большей площади по сравнению с обычными, микро - структурированными материалами. Такие изменения в поверхностной энергии, несомненно, влияют на начальные взаимодействия белков, которые важны для посреднических бактерий и небактериальной клеточной адгезии. В частности, одним из первых шагов в процессе клеточной адгезии является объединение белков, адсорбированных на поверхности имплантата с рецепторами клеточных мембран. Большое отношение поверхности к объему характеристики наноматериалов показало, что, влияет на эту связь, с целью подавлять бактерии дополнительные и содействовать стерильным клеткам (например, остеобласты, клетки гладкой мускулатуры, эндотелиальные клетки, хондроциты и т.д.) адгезия. Тип, концентрация, конформация и биологическая активность белков адсорбируемые на материал, зависят от его топографических (шероховатость), химических, физических (заряд и гидрофильность) и механических (жесткость) свойств, которые могут легко попасть под влияние нанотехнологий (2). Поверхностные свойства, в том числе топография, а также осуществление бактериальной адгезии, может играть важную роль на начальных этапах образования биопленки (3,4).
Из-за указанных выше причин, огромное количество приложений существуют для наномодифицированных поверхностей имплантата в педиатрии, в том числе антимикробные, регенерации тканей, доставки лекарства и биодатчиков. Поскольку о ткани растущих свойств наноматериалов было известно уже довольно давно, этот обзор будет сосредоточен на антимикробных свойствах как наночастиц, так и наномодифицированных поверхностей, из-за количества заявок на них в педиатрической медицине. Будет рассказано о распространении инфекций, связанных с устройствами в педиатрической популяции, описано, какие улучшения могут быть достигнуты наномодифицированием, и будут завершены изучением методики оценки таких материалов в лабораторных условиях.