Нанотехнологии, нанобиотехнологии и наномедицина

В настоящее время выделен ряд направлений развития нанобиотехнологий, связанных с наномедициной. Разрабатываются:

• нанодиагностикумы или нанобиосенсоры в диагностике (наноаналитическая геномика и протеомика);

• молекулярные нанополупроводные и нанопоровые детекторы в диагностике, счетчики молекул и сиквенс-анализаторы ДНК;

• наночастицы - контейнеры для доставки лекарств и наночастицы - лекарства;

• синтетический геном на основе молекулы ДНК как самовоспроизводящейся системы;

• нанотехнологии в регенеративной медицине;

• медицинские нанороботы, имитирующие функции разных клеток.

Кратко рассмотрим особенности некоторых из этих направлений.

Нанодиагностикумы и нанобиосенсоры

Существующий в протеомике концентрационный барьер для обнаружения и идентификации белковых молекул в биологическом материале составляет 10-12 м (1 нм = 10-9 м), тогда как методы радиоиммунного анализа (РИА) и иммуноферментного анализа (ИФА) имеют чувствительность 10-12-10-15 м.

Дальнейшее развитие протеомики определяется разработкой и внедрением методов идентификации белковых молекул в диапазоне концентраций от 10-3 до 10-20 м. Причем такая чувствительность должна достигаться в многокомпонентном биологическом материале, содержащем сотни тысяч разных белков.

Показано, что использование нанотехнологий при применении электрофоретического и хроматографического методов разделения белков позволяет снизить объем исследуемого материала на несколько порядков и существенно сократить время для его анализа.

Например, с помощью наноэлектрофореза разделение сложной смеси на 20 белков с молекулярной массой от 10 до 100 кДа осуществляется всего за 15 с, а при проведении стандартного 2D-электрофореза - несколько часов.

Одним из способов выделения и концентрирования белков из сложных смесей стал их селективный захват и концентрирование на поверхности нанобиочипов за счет межмолекулярных взаимодействий, а также за счет биосенсоров на основе биоспецифического фишинга. Эти методы позволяют выделять в биологической жидкости белки с низкой концентрацией и одновременно повышать их концентрацию с последующей идентификацией на масс-спектрометре LC/MS. При этом чувствительность достигает аттомолярного уровня.

В настоящее время широко используются оптические биосенсоры на базе нанотехнологических устройств. Их работа основана на эффектах поверхностного плазмонового резонанса (см. главу 19) и резонансного зеркала (акустические биосенсоры), позволяющих в течение нескольких секунд регистрировать в реальном времени образование комплексов макромолекул с высокой концентрационной чувствительностью (до 10-12 м).

Перспективная область применения нанобиосенсоров - клиническая диагностика социально значимых протеомных болезней, например, гепатита В и С. В этом случае полученные данные совпадали с данными ИФА (около 10-9 м), но быстрота анализа составляла всего 5-8 мин и сохранялась возможность многократного (до 150 раз) использования одного и того же биочипа.

Интересными также стали подходы к анализу белок-белковых реакций без использования радиоактивной метки. Например, один из таких подходов основан на прямом превращении взаимодействия белков в информационный сигнал и его реализации на компакт-дисках к персональному компьютеру. В этом случае биочипом стал стандартный компакт-диск с нанесенными на нем биологическими полями. Подобный подход применен для комплексообразования стрептавидина и биотина, конканавалина А и альфа-маннозида.

Перейти на страницу: 1 2 3

Биологические препараты

Биологические препараты - группа медицинских продуктов биологического происхождения, в том числе вакцины, препараты крови, аллергены, соматические клетки, ткани, рекомбинантные белки.  Смотреть...

Антибиотики

Большинство ученых подразумевает под антибиотиками не только антибактериальные вещества, образуемые микроорганизмами, но и соединения, обладающие антибактериальной активностью, выделенные из животных тканей и высших растений.  Смотреть...