Применение углеродных нанотрубок в биомедицине 2 / Применение углеродных нанотрубок в биомедицине 2
.docx
Применение углеродных нанотрубок в биомедицине 2
Этот доклад является следующей частью предыдущего и посвящён применению УНТ в биосенсорике, визуализация, терапии и другом. Доклад подготовлен на основе статьи, название которой приведено на слайде [S2].
Начнём с биосенсорных применений. Применение УНТ в биосенсорах – устройствах, с помощью которых можно идентифицировать органическое соединение, имеет обнадёживающий потенциал. Например, они могут быть применены в качестве электрохимических биосенсоров благодаря их хорошей электропроводности сигналов, генерируемых при распознавании мишени биосенсором.
К тому же недавно была разработана трёхмерная сеть углеродных нанотрубок на подложке Si для точного обнаружения сквамозной клеточной карциномы полости рта в клинических образцах слюны.
Кроме того, новый биосенсор на основе УНТ был использован для ультрачувствительного определения перекиси водорода и глюкозы в сыворотке крови человека, что представляет большой интерес для фундаментальных исследований и диагностики заболеваний.
В другом исследовании были созданы мультивалентные электроды для биосенсинга глюкозы путём многократной функционализации УНТ – процесса нанесения различных функциональных групп (участки молекул, определяющие её химические свойства) или молекул на поверхность углеродных нанотрубок.
Ещё одним применением УНТ является обнаружение ДНК. Так в одном исследовании был синтезирован биосенсор на основе многофункциональной наночастицы из золота, оксида железа и УНТ в качестве платформы для обнаружения ДНК вирусов. Полученная структура продемонстрировала превосходный потенциал обнаружения и эффективность ДНК-сенсинга для различных заболеваний. Также сообщается другие способы обнаружения и идентификации ДНК на основе УНТ для выявления бактерий-возбудителей туберкулёза; в хемиризисторах, где УНТ выполняют функцию проводящих каналов; обнаружения ДНК гибридизации с помощью транзистора на основе полевых дефектов УНТ.
Другим применением УНТ является их применение в методах визуализации. УНТ использовались в качестве контрастного вещества в методах фотовизуализации и являются хорошими платформами для переноса молекул, которые делают их обнаруживаемыми с помощью различных методов визуализации, таких как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) или магнитно-резонансная томография, среди прочих. Контрастные вещества на основе УНТ являются перспективными для маркировки клеток и отслеживания МРТ, представляя большой интерес для терапии на основе стволовых клеток, которая стала перспективным подходом для лечения различных заболеваний.
УНТ могут быть могут быть функционализированы различными радиоизотопами, что делает их перспективными для применения в ядерной медицине. Например, с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии и нанотрубок легированных радиоактивными изотопами индия были изучены процессы проникновения этих нанотрубок в органы мышей.
Перспективы применения УНТ имеются и в тераностике – направление в медицине, занимающееся созданием лекарственных веществ и фармацевтических комплексов вообще способных одновременно производить диагностику патологий (болезней) и их терапию (лечение). Получающиеся такие соединения называются тераностическими соединениями, в качестве которых могут выступать УНТ. По сути, этот подход основан на функционализации УНТ структурами, несущими способности для обнаружения и лечения заболевания, достигая в то же время клеточного таргетинга и доставки лекарства под воздействием микроэкологических стимулов.
В одной из недавних работ было описано получение и характеристика in vitro и in vivo конъюгированных с лекарствами УНТ в качестве наноносителей для лечения рака молочной железы. Терапия неинвазивно отслеживалась на опухолевых мышах с помощью МРТ и биолюминесцентной визуализации (BLI), и результаты ясно показали усиление терапевтического эффекта комбинированной терапии по сравнению с лечением отдельными конъюгированными с лекарствами наноносителями или суспензиями свободных лекарств.
УНТ также могут быть соединены с другими наносистемами с этой целью, такими как магнитные частицы, квантовые точки, нанокомпозиты и другое. Подобдные структуры уже были введены интратуморально в доклинической модели аденокарциномы и визуализированы с помощью фотоакустической визуализации и магнитно-резонансных изображений. Используя свойства поглощения ближнего инфракрасного излучения, была проведена фототермическая терапия в сочетании с селективным высвобождением доксорубицина в опухоли.
УНТ нашли своё применение и гидрогелях необходимых для биосовместимости, культивирования (изготовления) различных типов клеток и тканей, но их низкая механическая прочность и отсутствие электропроводности ограничивают их биомедицинское применение для скелетных мышц, сердечных и нервных клеток. Тем не менее, разработка гибридных нанокомпозитных систем может преодолеть эти ограничения, позволяя создавать биоскафандры с настраиваемыми электрическими и механическими характеристиками. Так были приготовлены гидрогели, допированные (легированные) нанотрубками. На них нанесли кардиомиоциты неонатальных крыс получив при этом функциональные сердечные заплаты, которые продемонстрировали отличную механическую целостность и улучшенные электрофизиологические функции. Гидрогели допированные коллагеном и нанотрубками показали, что эти комплексы могут быть перспективными тканевыми плащами для регенерации сердца после остановки миокарда.
Не обошло применение УНТ и в медицине стволовых клеток. Было выяснено, что УНТ демонстрируют отличные свойства в качестве субстрата для выращивания стволовых клеток, обладая при этом способностью динамически направлять дифференцировку различных типов стволовых клеток. Например, сообщается об улучшении выращивания нейрональных стволовых клеток мышей в нейроны и олигодендроциты, нейрональной дифференциации эмбриональных стволовых клеток человека и дифференциации мезенхимальных стволовых клеток человека и другое.