Результаты исследований, проводимых в российских университетах, могут найти широкое практическое применение в медицине.
И молекула не пролетит
С момента открытия в 1991 году углеродных нанотрубок, представляющих собой цилиндрические структуры из протяженных графитовых пластин диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, им прочат большой масштаб использования. Эти трубки обладают множеством полезных свойств: хорошей электро- и теплопроводностью, высокой прочностью и механической устойчивостью. Молодые ученые Национального исследовательского университета “МИЭТ” Иван Бобринецкий, Антон Маловичко, Алексей Емельянов вместе с зарубежными коллегами нашли для углеродных нанотрубок свое применение: разработали на их основе сверхчувствительный датчик аммиака, который способен улавливать присутствие даже нескольких молекул этого газа в дыхании человека или в окружающей среде.
— Наши детекторы пригодны для использования в медицинских целях. С их помощью, к примеру, можно анализировать состояние человека по его дыханию, — рассказывает об изобретении профессор кафедры квантовой физики и наноэлектроники НИУ “МИЭТ” доктор технических наук Иван Бобринецкий. — Наличие аммиака в дыхании может в том числе сигнализировать о проблемах с работой почек, печени или заражении бактериями Helicobacter pylori.
Датчик, созданный в МИЭТ, работает по принципу детектора: его электропроводность сильно меняется, если к нанотрубкам временно присоединяются молекулы аммиака. Ученые “склеили” два типа нанотрубок, не содержащих в себе примесей и покрытых молекулами муравьиной кислоты. Эти трубки реагируют на присутствие молекул аммиака по-разному, что позволяет точно измерять его концентрацию даже в том случае, если в воздухе содержится лишь несколько десятков молекул аммиака на миллион других.
Как показали эксперименты с новыми датчиками, подобные сенсоры аммиака обладают несколькими плюсами по сравнению с обычными металлическими детекторами этого газа: они работают при комнатной температуре, требуют в разы меньше электричества и не нуждаются в очистке. Поэтому их можно применять не только в медицинских целях, но и при наблюдениях за экологической обстановкой как на улицах города, так и в помещениях.
По материалам медиа-центра МИЭМ
Фото Ивана Бобринецкого
С учетом случайностей
Как врачу-генетику определить, успеет ли накопиться критичное количество мутаций у его пациента и заболеет ли он раком? Огромное число предлагаемых сложных моделей развития этого заболевания имеют множество допущений и параметров, но ни одна из них до сих пор не смогла предоставить точную оценку количества мутаций в конкретных видах рака.
Медицинская статистика показывает, что с возрастом смертность от рака увеличивается. Переход от одной стадии его развития к другой определяется мутациями-драйверами в ключевых генах. Эти мутации наделяют клетку определенными свойствами — способностью к ускоренному делению и сопротивлением к естественным механизмам защиты. В то же время смертность от некоторых подвидов рака может с возрастом не только расти, но и убывать, что не могло быть объяснено в рамках классических представлений в онкологии. Сотрудник лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий Московского физико-технического института (МФТИ) кандидат биологических наук Алексей Беликов предложил такую модель, которая может предсказывать развитие рака у отдельного человека по зависимости заболеваемости от возраста среди всего населения. Результаты его работы были опубликованы в престижном научном журнале Scientific Reports.
Ученый воспользовался данными о 20 миллионах случаев возникновения рака, информация о которых была размещена в открытом доступе, проверил 16 видов статистических распределений из теории вероятностей и выяснил: зависимость частоты заболевания 20 наиболее распространенными подвидами рака от возраста лучше всего описывается распределением Эрланга — единственным распределением вероятности, описывающим время ожидания нескольких случайных событий, в данном случае — мутаций ДНК.
“Особенность модели в том, что она учитывает случайный характер возникновения мутаций и может предсказывать их количество”, — комментирует Алексей Беликов.
Предложенная теория позволяет прогнозировать развитие любого подвида рака, по которому доступна возрастная статистика заболеваемости. Эта технология применима как в клинической практике, так и в фундаментальной науке. Она может помочь врачу-генетику предугадать судьбу своего пациента по анализу его ДНК, а ученым — определить мутации-драйверы для разных подвидов рака.
По материалам пресс-службы МФТИ
Тонкости доставки
“Некоторые лекарства содержат в себе компоненты, быстро растворяющиеся в жидких средах (например, белки в воде). В последние десятилетия были разработаны различные способы доставки лекарств, в том числе полимерные мицеллы, полиэлектролитные микрокапсулы, липосомы и другие. Однако при использовании этих технологий жидкости просачиваются внутрь “упаковки” лекарства, его водорастворимые компоненты соприкасаются с водосодержащей средой организма пациента и эффект от лечения существенно снижается. Нашей задачей стало улучшить удержание загруженного лекарства внутри микрокапсул и предотвратить попадание туда жидкостей”, — рассказывает выпускница магистратуры Физико-технического института Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) инженер Валерия Кудрявцева — главный автор научной статьи, опубликованной в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces и посвященной созданию уникальной технологии.
“Умные” микрокапсулы размером порядка 2 микрон, с водонепроницаемой оболочкой с встроенными наноразмерными магнитами разработаны учеными ТПУ и Лондонского университета королевы Марии. Магниты направляют движение лекарства в нужную часть организма пациента. Достигнув очага заболевания, капсула постепенно растворяется, высвобождая содержимое. Изобретение может применяться для доставки препаратов, содержащих водорастворимые вещества, которые используются при лечении большого спектра заболеваний, включая онкологические и инфекционные.
По данным томских исследователей, разработанная ими технология не имеет аналогов. Ранее были попытки загружать лекарство либо в капсулы из полимолочной кислоты, либо в частицы кальций-карбоната, однако никто не пробовал их объединить. Ученые лаборатории новых лекарственных форм Центра RASA (Russian-speaking Academic Science Association, Международная ассоциация русскоязычной академической науки) ТПУ под руководством профессора Лондонского университета королевы Марии Глеба Сухорукова совместно с коллегами из лаборатории гибридных биоматериалов во главе с доцентом кафедры экспериментальной физики Сергеем Твердохлебовым впервые предложили создать комбинированную “упаковку” для таких лекарств. Она состоит из кальций-карбоната, покрытого микроскопическим слоем из полимолочной кислоты — биодеградируемого полимера. Как пояснила Валерия Кудрявцева, гидрофобная молочная кислота не позволяет жидкостям проникнуть внутрь капсулы, но, достигнув нужной точки организма, постепенно растворяется, как и кальций-карбонат, высвобождая лекарство. По словам молодого ученого, эта технология адресной доставки вещества на сегодняшний день остается наиболее эффективной и дешевой.
По сообщению пресс-службы ТПУ
Фото с сайта ТПУ
Фактор кипения
Главный фактор успешного лечения варикозного расширения вен у человека — это кипение крови при использовании лазерного излучения. К такому выводу пришла группа российских исследователей с участием доцента Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) врача-флеболога Артема Киселева. По мнению ученых, результаты научной работы которых опубликованы в международном журнале Quantum Electronics, дальнейшее изучение этого процесса поможет упростить технологию лечения вен и сделать ее более дешевой для населения. В работе также участвовали научные сотрудники Института фотонных технологий РАН, Института проблем химической физики РАН, Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН и других исследовательских организаций.
Совместно с коллегами Артем Киселев исследовал физические процессы внутри вены во время воздействия лазером (эндовазальной лазерной коагуляции вен). “Варикоз лечат лазером уже около 20 лет, но физический принцип этого метода до конца не был ясен, — пояснил ученый. — Принято считать, что лечебный эффект (денатурация, или закрытие вен) достигается за счет повреждения эндотелия — внутренних клеток стенок сосудов. Однако наши исследования показали, что это происходит из-за температурного влияния на кровь. При кипении она создает объемные горячие струи, под воздействием которых стенка вены начинает закрываться”.
По мнению ученого, в перспективе это открытие позволит развить более доступные технологии лазерного лечения варикоза. Сегодня большинство флебологов работают на специальном оборудовании, которое обрабатывает вены лазером с циркулярным световодом. Если выводы российских ученых в дальнейшем подтвердятся, то для этой процедуры можно будет использовать более простые и дешевые торцевые световоды.
“Очевидно, что любой световод на низкой мощности (до 10 Вт) вызывает эффект закрытия вены. С учетом нашего опыта можно разработать новый алгоритм выполнения лазерной коагуляции: сколько минут проводить манипуляции, на каком участке вены, какую мощность использовать и как долго обрабатывать каждый сантиметр”, — добавил Артем Киселев.
По материалам пресс-службы ДВФУ
Нет комментариев