3.1. Микророботы, нанороботы

На протяжении последних десяти лет непрерывно производились попытки сконструировать микророботов для лечения определенных заболеваний. Так, в 2002 г. Ishiyama et al. разработали микроразмерные вращающиеся винтовые структуры, движение которых в кровотоке обеспечивалось магнитным полем. Эти микророботы предназначались для доставки лекарственных веществ в инфицированную ткань и даже для проникновения в опухоли с целью их термической деструкции. В 2003 г. была предпринята попытка использовать магнитные поля различной интенсивности для обеспечения направленного движения в организме человека микроробота, содержащего ферромагнитные частицы (Mathieu et al., 2003). В 2005 г. эти попытки увенчались успешным созданием микророботов, имевших размер около 200 мкм, которые могли быть введены в просвет сосуда через иглу (Nelson, Rajamani, 2005). Эти микророботы эффективно перемещались по водному лабиринту за счет помещения по внешнее магнитное поле, причем различные частоты поля приводили к селективной активации определенных частей робота, обеспечивая контроль его функций.

Однако принципиально иной уровень функционирования устройств этого типа может быть достигнут при переходе на наномасштаб. Это станет возможным после разработки молекулярных аналогов современных подшипников и шестерней. Для создания таких нанороботов будет применяться методика позиционной сборки. В макромире аналогом этого процесса является автоматизированная сборочная линия автозавода, где каждый робот выполняет строго заданную манипуляцию. Позиционная сборка алмазоподобных структур из молекулярного сырья хорошо изучена теоретически с помощью математических моделей механосинтеза алмаза (Drexler, 1992; Merkle, Freitas, 2003). Механосинтез алмаза - это процесс контролируемого добавления атомов углерода к участку роста кристаллической решетки алмаза в вакуумированной среде. Использование этого подхода может обеспечить быстрое производство огромного количества нанороботов.

На сегодняшний день мы располагаем ограниченными данными о возможном применении подобных нанороботов в практической медицине. Один из немногих завершенных проектов посвящен созданию т. н. респироцита — искусственного эритроцита, состоящего из 18 миллионов четко структурированных атомов (Freitas, 1998). Респироцит представляет собой сферический сосуд из алмазоподобного материала, имеющий 1 мкм в диаметре и выдерживающий давление в 1000 атмосфер. Способность этого наноробота к переносу кислорода в 256 раз превышает аналогичную способность эритроцита.

Другой пример наноробота, выполняющего функцию естественной клетки человеческого организма – искусственный фагоцит (Freitas, 2005). Такого рода наноробот также предназначен для циркуляции в кровотоке и фагоцитоза патогенных вирусов, бактерий и грибов. По прогнозам создателей, введение в кровоток искусственных фагоцитов может приводить к полному уничтожению патогенных микроорганизмов в течение нескольких часов у пациентов с тяжелой септикопиемией (рис. 2).

Рис. 2. Молекулярная шестерня (слева) и искусственный фагоцит (справа) (по Freitas, 2005).

Большие надежды возлагаются на применение нанороботов в хирургии. При этом нанороботы также вводятся в кровоток и затем осуществляют поиск пораженной ткани и коррекцию дефектов за счет манипулирования на наноуровне. Первые данные о применении нанороботов для хирургических нужд свидетельствуют о перспективности данного метода. Так, например, фемтосекундный лазер представляет собой «нано-ножницы», с помощью которых осуществляются тончайшие манипуляции на уровне внутриклеточных структур. Такой эффект достигается за счет испарения нанообъемов ткани без какого-либо повреждения соседних участков ткани. Уже имеется опыт использования фемтосекундного лазера для препарирования микротрубочек в клетках дрожжей (Sacconi et al., 2005) и нанохирургии отдельных хромосом в живой яйцеклетке путем избирательного удаления определенных участков генома (Konig et al., 1999). Существенным моментом является то, что эти процедуры не влияют на жизнеспособность клеток, в которых они выполняются.

В будущем прогнозируется создание нанороботов, способных осуществлять мельчайшие манипуляции на ультраструктурном уровне, невыполнимые рукой самого искусного микрохирурга.

<<< 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.