2.1. Нанопористые материалы

Простейший вариант наноматериала - это поверхность с отверстиями (порами), имеющими наноразмерный диаметр. Одним из первых наномедицинских материалов является изобретенный в 1995 г. Desai и Ferrari кристаллический силикон с микроячейками, в которые могут помещаться клетки. Взаимодействие клеток с окружающей средой происходит через силиконовую мембрану, содержащую поры диаметром около 20 нм. Эти поры дают возможность поступления к клеткам таких небольших молекул, как глюкоза, кислород и инсулин, но, в то же время, препятствуют контакту загруженных в ячейки основной матрицы клеток с антителами. Таким образом, иммуноизолированные β-клетки островков Лангерганса крысы сохраняли жизнеспособность в данном материале в течение нескольких недель. Более того, эти клетки синтезировали инсулин. Микрокапсулы, содержащие иммуноизолированные островковые клетки, могут имплантироваться под кожу пациентов с сахарным диабетом (Leoni, Desai, 2001). Трансплантация инкапсулированных клеток в организм может быть важной альтернативой заместительной терапии многих заболеваний, сопровождающихся врожденным и приобретенным дефицитом гормонов и ферментов.

Процесс высвобождения материалов из нанопор может контролироваться извне. Первая нанорешетка с потенциал-зависимым высвобождением содержимого была разработана Nishizawa et al. в 1995 г. Разработанный ими материал состоял из массива золотых нанотрубок с внутренним диаметром, не превышающим 1,6 нм. При этом положительный заряд нанотрубок приводил к высвобождению только отрицательных ионов. Напротив, отрицательный заряд стимулировал выделение катионов. Другими авторами предпринимались попытки исследовать синтетические нанопористые ионные насосы (Siwy, Fulinski, 2002), потенциал-зависимые нанопоры, помещенные в искусственные мембраны (Schmidt, 2003) и биологические сенсоры для регуляции ионных каналов, реагирующие на изменения концентрации вещества в пределах 10^-18M (Cornell et al., 1997).

Большой интерес представляют эксперименты, направленные на изучение подвижности молекул ДНК и РНК под действием внешнего электрического поля в центральном канале молекулы альфа-гемолизина, встроенной в билипидный слой, идентичный плазмалемме живой клетки (Meller et al., 2000). В 1998 г. той же группой авторов было показано, что в процессе прохождения молекулы РНК по нанопоре возможно дифференцировать пуриновые и пиримидиновые основания. Позднее было установлено, что пропускание молекул ДНК одинаковой длины через нанопоры определенной структуры позволяет различать цепи ДНК, имеющие неодинаковую нуклеотидную последовательность. Эти данные дали импульс для активных исследований возможности секвенирования ДНК с помощью прохождения ее цепей через нанопоры (Li et al., 2003; Rhee, Burns, 2007). Устройства для секвенирования ДНК с помощью нанопор могут, по прогнозам, обеспечить фантастическую скорость чтения - до 1000 оснований в секунду на одну пору (Deamer, Akeson, 2000).

Таким образом, использование нанопористых материалов является одним из перспективных направлений применения нанотехнологии в биологии и медицине. Область применения этих материалов простирается от трансплантации иммуноизолированных клеток до сверхскоростного секвенирования ДНК.

<<< Назад | Читать дальше >>>

Нанотехнологии в биологии и медицине: современное состояние вопроса

Нанотехнологии в биологии и медицине. Коллективная монография под ред. чл.-корр. РАМН, проф. Е. В. Шляхто. 2009 г.