1. Основные направления применения нанотехнологий в медицине и фармацевтике

В настоящее время под наномедициной ученые понимают применение нанотехнологий в диагностике, мониторинге и лечении заболеваний. Рассматривая отдельный атом в качестве детали, нанотехнологи в настоящее время разрабатывают методы конструирования из этих деталей материалов с заданными характеристиками. Многие компании уже умеют собирать атомы и молекулы в некие конструкции. В перспективе, любые молекулы будут собираться, подобно детскому конструктору, поскольку любую химически стабильную структуру, которую можно описать соответствующей формулой, можно и построить.

На рис. 1 представлены основные направления развития данной области, которые решают главные задачи, стоящие перед наномедициной и по которым уже активно разрабатываются и используются нанотехнологии.

Рис.1. Основные направления применения нанотехнологий в области медицины и фармацевтики.
По данным направлениям учеными решаются такие задачи, как: создание твёрдых тел и поверхностей с измененной молекулярной структурой или получение материалов, имитирующих ткани живых организмов, служащие имплантантами; создание наноконтейнерных технологий векторной доставки лекарств, которые создают целенаправленное взаимодействие с биомишенью, ответственной за болезнь; синтез новых химических соединений путем образования молекул без химических реакций, который в будущем позволит создавать принципиально новые лекарства, которые синтетики, фармацевты и медики будут «конструировать», исходя из конкретной болезни, и, даже — конкретного пациента; создание точных медицинских наноманипуляторов и диагностических устройств; применение нанотерапии, включающей термотерапию наночастицами, использование БАД, использование наноантител для лечения неизлечимых болезней. [20]

Наномедицина в целом не существовала бы на практике и не имела бы возможности решать проблемы человеческого здоровья, неподвластные традиционной медицине, если бы учеными не были созданы микроскопические устройства и соединения, размеры которых как нельзя лучше подходят для работы с основными биологическими структурами — клетками, их составными частями (органелл) и молекулами [20].

Перечислим также основные группы наноматериалов, которыми оперирует наномедицина:

• 
  наноструктурированные материалы, включая поверхности с нанорельефом;
  
• 
  мембраны с наноотверстиями;
  
• 
  наночастицы (включая фуллерены и дендримеры);
  
• 
  микро- и нанокапсулы;
  
• 
  нанотехнологические сенсоры и анализаторы;
  
• 
  медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов;
  
• 
  наноинструменты и наноманипуляторы;
  
• 
  микро- и наноустройства различной степени автономности.
  

Рассмотрим чуть подробнее основные пути развития мирового рынка нанотехнологий в медицине и фармацевтике.

1.1. Наноимплантанты и материалы – заменители живых клеток

Создание твёрдых тел и поверхностей с измененной молекулярной структурой на практике дает металлы, неорганические и органические соединения, нанотрубки, биологически совместимые полимеры (пластмассы) и другие материалы, имитирующие ткани живых организмов. Разберемся подробнее в данных материалах.

В настоящее время в хирургии активно разрабатываются способы улучшения характеристик имплантируемых материалов (в основном, это протезы различного назначения).

Необходимо сказать о явных преимуществах, которыми смогут обладать имплантантируемые материалы по сравнению с обычными имплантантами, не имеющими биологической наноструктуры. Прежде всего, примерно в 2-3% случаев в месте имплантации возникает хроническая инфекция. Единственной возможностью остановить воспаление является удаление обычного имплантанта, после чего больному необходимо пройти курс лечения мощными антибиотиками. В то же время, если инфекция появляется при имплантировании материалов с наноструктурой, то нанотехнологиям искусственные кости, суставы и другие имплантанты в будущем смогут обрести возможность самостоятельно бороться с инфекциями. Самолечащиеся имплантанты должны будут иметь покрытие из наносенсоров, которые смогут идентифицировать конкретный вид микробов. Кроме того, наноимплантанты наряду с обычными обладают важнейшими отличительными характеристиками, такими как: высокая прочность, долговечность, химическая инертность и биологическая безопасность.

В конце 2010 года в США (Нью-Мексико) совместно с российскими нанотехнологами начато производство первых нанотитановых имплантантов для использования в стоматологии. Со стороны России в проекте, в частности, была задействована научно-производственная компания «Наномет» из Москвы, с американской стороны - Manhattan Scientifics. В недалеком будущем Manhattan Scientifics планирует подписать с «Нанометом» договор о продаже нанотитановых имплантатов в России. [6]

Что касается опыта исследований и разработок России в данной области, то стоит отметить, что БелГу (Центр НСМН) являлся головной организацией в выполнении государственного контракта федеральной целевой программы по теме «Разработка опытно-промышленных технологий получения нового поколения медицинских имплантатов на основе титановых сплавов» с общим объемом финансирования 323 млн. рублей. В выполнении контракта участвовали 12 соисполнителей, представляющих крупные научные и производственные организации Москвы, Санкт-Петербурга, Томска и Казани.

Отметим, что потребность в наноструктурированных имплантантах как по всему миру, так и в России все больше возрастает. Такие продукты оказываются необходимыми в таких областях медицины, как: травматология, стоматология, нейрофизиология, офтальмология и прочие. Но поскольку производство таких материалов уже началось (2009 – 2010г.г.), то начал постепенно сформировался и спрос на наноимплантанты и заменители живых тканей и клеток.

На настоящий момент Российские предприятия закупают и используют дорогие наноимплантанты зарубежного производства, однако, как отмечает агентство Интерфакс, вскоре появится возможность заменить их на отечественные, обладающие даже лучшими свойствами. Таким образом, в ближайшее время в России при масштабном производстве материала, рынок наноимплантантов и заменителей живых тканей сможет активно расти ввиду высокого спроса на них. Однако, по мнению российских экспертов, для динамичного развития этого рынка в России необходимо создать технико-внедренческую зону (ТВЗ), которая позволит приблизить к России зарубежные рынки.

Кратко рассмотрим прогнозные данные об объемах мирового рынка наноструктурированных металлов – материала, из которого изготавливаются, в частности, наноимплантанты. Совокупный объем мирового рынка наноструктурированных металлов в 2008 году составлял 28 млн. долларов, а в 2010 году – 198 млн. долларов, то есть за 2 года он вырос более чем в 7 раз. И к 2014-2015 годам, в соответствии с прогнозами Global Industry Analysts, эта цифра может возрасти до 1,3 миллиардов долларов (см. рис.1.1. в Приложении 1). Такой сильный рост объема рынка подтверждается также тем прогнозом, что в 2014 году сильно возрастет использование нанобиотехнологической продукции, которая обеспечит существенный вклад в развитие медицины и фармацевтической промышленности. Нанобиотехнологии будут использоваться в 23% медицинских и фармацевтических продуктов, в которые входит группа наноимплантантов и заменителей живых тканей.[4]

В целом, стремительное развитие данного направления в наномедицине объясняется тем, что данные наноструктурированные материалы решают сегодня многие важные проблемы в медицине, а именно: позволяют людям – инвалидам избавиться от неудобств и ощутить полноценность своего организма, увеличить скорость мыслительных процессов с помощью сложнейших нанокомпьютеров, имплантируемых в мозг человека, а также улучшать зрение и вылечивать заболевания зрительного механизма.

<предыдущая страница | следующая страница>