Нанотехнология и life sciences: последние поступления


Нанотехнология и life sciences: последние поступления
Искусственная сетчатка: через 3 года уже в клинической практике
Многие читали интервью с Робертом Фрайтасом, в котором он предвидел имплантацию множества наноустройств в сетчатку глаза для имитации зрения в реальном времени для слепых людей: «Нанороботы также смогут обмениваться данными с живыми клетками, включая нервные клетки. Они смогут „вставлять“ новые сигналы, которых не существует в обычной передаче данных между клетками; гасить или изменять сигналы, проходящие через отдельные клетки и нервные волокна; или, что еще интереснее, передавая определенный сигнал, вызывать цепь ответных реакций в человеческом теле. Некоторые из этих методов основываются на прямом обмене данными между нанороботами и нейронами головного мозга (или другими нервными клетками). Одна из моих любимых идей – окулярная передача данных, в которой нанороботы, подключенные к каждой клетке радужной оболочки глаза, позволяют вести контроль за полем зрения пациента в реальном времени…»
Сегодня это возможно без столь сложных наноустройств, как описывал Роберт Фрайтас. С помощью нанотехнологий уже сейчас можно делать надежные биосовместимые НЭМС- и МЭМС имплантаты. Проект «искусственной сетчатки», начавшийся в 1999 году, в октябре 2004 получил дальнейшее развитие. Согласно новой программе Министерства Энергетики США «искусственная сетчатка» будет в клинической практике уже в 2007 году.
Принцип действия устройства прост: оно перехватывает оптическое изображение и перерабатывает его в электрические сигналы, которые транслируются в зрительный нерв. Имплантат «искусственной сетчатки» состоит из двух частей: одни находится непосредственно внутри глазного яблока, другая же – снаружи в очках пациента. На линзе очков установлена миниатюрная камера, которая перехватывает изображение и передает его на микропроцессор, находящийся в дужке очков. Микропроцессор превращает сигнал с камеры в набор электрических импульсов, «понятных» для глазного нерва. В линзе очков вмонтирована передающая радиоантенна, она транслирует полученный код прямо в глазное яблоко. Принимающая антенна расположена вокруг радужной оболочки глаза. Она связана с крохотным имплантатом, который определенным количеством электродов соединен с глазным нервом. С помощью имплантата и происходит передача сигнала в мозг пациента.
14 октября 2004 года в Чикаго на конференции по вопросам дальнейшего развития технологии «искусственной сетчатки» были освещены некоторые результаты работы ученых. Так, два пациента с имплантированным прототипом сетчатки, изготовленном в 2002 году, могли «видеть» крупные буквы и различать некоторые предметы: чашку, нож, доску и т. п. При этом один из них до операции страдал слепотой около 50 лет (здесь можно посмотреть видеоклип с симуляцией того, что видит человек с 16-электродным имплантатом). http://www.irp.jhu.edu/media/index.htm В 2004 году уже шесть добровольцев носят микроэлектронный имплантат «искусственной сетчатки», который выполняет функции живых клеток-фоторецепторов. Впервые технология «искусственной сетчатки» была продемонстрирована на выставке «What’s Next Expo», проходившей весной 2002 года в США.
На конференции в Чикаго, в основном, обсуждалось дальнейшее развитие нового прототипа продукта – 1000-электродной искусственнной сетчатки. Для ее производства и внедрения Министерство энергетики США выделило пять научно-исследовательских лабораторий; проект поддерживает частная компания Second Sight Medical Products Inc. и три университета. Все стороны подписали соглашение по ускорению развития и производства «искусственной сетчатки».
Необходимо сказать, что рабочие имплантаты, которые уже подарили зрение шестерым людям, содержат от 50 до 100 рабочих электродов. Первый прототип содержал всего 16. Новая искусственная сетчатка будет содержать около 1000 электродов.
На конференции также был определен перечень изыскательских работ, которые должны выполнить различные лаборатории для улучшения «искусственной сетчатки». Вот они:
· Oak Ridge разрабатывает улучшенные имплантационные электроды и технологию для их массового производства.
· Ученые из Argonne National Laboratory проводят тесты на биосовместимость имплантата. Для того, чтобы он не отторгался, ученые покрыли микроэлектронную матрицу рецепторов нанокристаллическим алмазоидным материалом, который биосовместим с человеческим организмом.
· Специалисты из Lawrence Livermore National Laboratory разрабатывают гибкую основу для имплантата, чтобы он мог плавно совпадать с формой глазного дна.
· Команда Los Alamos National Laboratory разрабатывает более эффективные технологии оптического отображения и его трансляции по нервной ткани в мозг.
· Ученые из Sandia National Laboratories улучшают с помощью МЭМС-технологий электроды.
· Университет North Carolina State University проводит электрическое и тепловое моделирование устройства для того, чтобы узнать, какое количество энергии нужно для стимуляции нервных клеток электродами для передачи зрительной информации.
· Университет University of California работают над беспроводным вариантом камеры для взаимодействия с имплантатом.
· Частная компания Second Sight создает прототип 1000-электродного устройства и проводит ряд клинических тестов.Также она отвечает за клинические испытания продукта и дальнейшее его внедрение в повседневную практику.
На конференции также обсудили «фронт работ», который необходимо проделать, прежде чем устройство появится в повседневной клинической практике. Один из недостатков устройства – то, что зрительные образы передаются на имплантат через камеру, находящуюся в специальных очках.
Новая программа, разработанная на конференции, включает в себя устранение этого и других недостатков, а также улучшение биосовместимости имплантата с живой сетчаткой для длительного ношения.
Министерство Энергетики США планирует вложить в исследования около двадцати миллионов долларов в течение трех ближайших лет. Проект также поддерживает частная компания Second Sight Medical Products Inc., Национальный Институт Здоровья и Национальное Научное Общество.
Автор: Свидиненко Юрий.
Источник: EurekAlert, DOE
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Флуоресцентные наночастицы будут находить бактерии в продуктах питания
Исследователи из Университета Флориды, США, создали эффективный и простой метод детекции на основе наночастиц, с помощью которого можно обнаружить в пище одну-единственную бактерию в течение 20 минут. Они использовали новый детектор для того, чтобы найти бактерию E. coli в тестовых образцах говядины.
«Высокочувствительный и легко производимый детектор микроорганизмов и других биологических агентов может спасти не одну жизнь, поможет в борьбе с терроризмом, позволит быстро определять качество пищи и воды»,– сказал Вейхонг Тан из Университета Флориды. Тан и его команда испытали работу нового устройства на биологической пробе говядины на содержание в ней бактерий E. coli O157:H7. Как говорят ученые, эта бактерия наиболее опасна для человека при попадании в пищу. Она вызывает отравления, которые несут тяжелые последствия для взрослых, а для детей могут быть фатальными. Также опасно то, что эти бактерии очень активны, и для заболеть можно даже от их небольшого количества.
Для того, чтобы провести тест, ученые добавили к кремниевым наночастицам молекулы флуоресцентной краски RuBpy. Размер каждой наночастицы – около 60 нанометров. На одной наночастице может содержаться до тысячи молекул краски. Далее исследователи покрыли флуоресцентные наночастицы антителами, конъюгирующими с антигенами, попадающимися на поверхности именно E. coli O157:H7. Это сделало наночастицы селективными к остальным бактериям. В эксперименте на каждую частицу «прилипло» около нескольких тысяч бактерий. Когда остатки наночастиц были удалены из раствора, исследователи определили по флуоресценции отдельных бактерий.
В традиционных флуоресцентных детекторах требуется дополнительное «обогащение» бактериальной среды до некоей «граничной концентрации» – только при ее достижении можно было определить есть ли в образце бактерии, или нет. Новый детектор может без обогащения определить наличие одной-единственной бактерии в тестовом образце благодаря сильной ее флуоресценции.
Новая технология флуоресцентных наночастиц не требует дальнейшего усиления результатов спектрофлуорометрии, так как на каждой бактерии находится несколько тысяч наночастиц, содержащих сотни молекул флуоресцентной краски. Современные методы флуородетекции используют в качестве активных агентов только несколько молекул краски, присоединенной к антителам.
Команда надеется создать более сложное устройство для иммунологического анализа, добавив к наночастицам разные антитела и разные флуоресцентные красители. Так исследователи надеются получить детектор нескольких типов болезнетворных бактерий и спор. Также Тан пытается найти способы ускорения процесса обнаружения флуоресцентных бактерий.
Источник: Nanotechweb.org
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Нанокремний для брахитерапии онкологических заболеваний
Австралийская нанокомпания pSivida представила результаты клинических испытаний продукта BrachySil на основе радиоактивного материала, полученного с помощью нанотехнологий – 32P-BioSilicon. BrachySil показал при испытаниях высокую эффективность клинических испытаниях при лечении рака печени.
Продукт компании ориентирован, в первую очередь, на неоперабельных больных раком печени. Как показали тесты, продукт не имеет побочных эффектов. При его использовании в клинических испытаниях на неоперабельных больных, раковые опухоли у них уменьшились на 60%. В основе BrachySil лежит BioSilicon – наноматериал, состоящий из микро– и наночастиц пористого кремния, который может формировать капсулы, содержащие в себе определенные лекарства, например тот же радиоактивный 32P-BioSilicon.
Брахитерапия – самый щадящий метод лечения. Приведем пример лечения простаты. В простату под контролем ультразвукового аппарата специальными иглами вводят малюсенькие, меньше рисового зернышка, металлические капсулы «Рэпид Стренд» (от британской компании «Никомед Амершам») с радиоактивным йодом, который постепенно губит раковые клетки. Каждое зернышко облучает очень маленькое пространство, поэтому прилегающие нормальные клетки не подвергаются повреждению. Сколько каждому требуется ввести капсул (их нужно от 60 до 90), определяет специалист и… компьютер, рассчитывающий пациенту его индивидуальную программу лечения. За 3—4 недели до имплантации уролог определяет положение простаты, компьютер с помощью нескольких снимков рассчитывает размер опухоли. Специалист определяет количество зерен, необходимых для процедуры, и точное их расположение в железе. Имплантация проводится под общим наркозом и длится всего около часа.
Современные продукты для использовании в брахитерапии страдают недостаточной подвижностью в тканях и большими размерами (рисовые зерна не сравнить с микро– и нанокапсулами). Обычно современные препараты вводятся через печеночную артерию. Затем, как следствие, при радиотерапии повреждаются здоровые ткани. BrachySil, напротив, вводится непосредственно в опухоль, что ограничивает использование радиотерапии только на опухоли.
Последние клинические испытания показали, что активный компонент BrachySil, радиоактивный 32P-BioSilicon, остается в опухоли практически без рассеивания радиоактивности. Это значительно упростит процедуру радиотерапии, позволив обрабатывать опухоли по отдельности.
Современный рынок брахитерапии составляет 800 миллионов долларов в год. При этом аналитики утверждают, что это число растет из года в год. Новый продукт на рынке – BrachySil может увеличить объемы рынка благодаря универсальности и применении брахитерапии к лечению других опухолей. Сейчас же использование брахитерапии ограничено лечением рака печени и простаты. Новая процедура по введению BrachySil проводится под местным наркозом, и на следующий день продукт полностью выводится из пациента.
Директор по менеджменту компании pSivida Гэвин Ризос заявил: «Выпуск коммерческого продукта BrachySil назначен на 2007 год, нам необходимо пройти IIB фазу клинических испытаний в следующем году. Следующим шагом в коммерциализации станет расширение применения BrachySil при терапии других видов опухолей.» Компания также разрабатывает универсальный иньектор нового типа для доставки BrachySil к различным видам опухолей.
Источник: inPharma.com
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
По материалам Nanotechnology News Network http://www.nanonewsnet.ru/
