Нанотехнологии в борьбе против рака
В июле этого года российская фармацевтическая компания ООО «Технология лекарств» приступила к клиническим испытаниям уникального препарата
для лечения опухолей мозга — наносомальной формы противоопухолевого антибиотика доксорубицина. Исследование проходит в рамках федеральной программы «Фарма-2020».
Головной мозг отделен от общего кровотока гематоэнцефалическим барьером, который препятствует попаданию в него многих активных лекарственных компонентов. Преодолеть его — трудная задача. Более пятнадцати лет группа доктора химических наук Светланы Гельпериной разрабатывала стратегию доставки лекарств в мозг в сотрудничестве с Университетом имени Гете (Германия) и НИИ морфологии человека РАМН (Москва). В новом препарате наночастицы доставляют доксорубицин в опухоль мозга, приводя к торможению ее роста. Они же затрудняют попадание антибиотика в сердце, снижая кардиотоксичность препарата. Впрочем, это не единственная разработка ученых. В ООО «НПК «Наносистема» они разработали внутривенную форму противотуберкулезного антибиотика рифабутин, более эффективную и менее токсичную, чем традиционно используемые капсулы.
В последнее время создание лекарственных препаратов на основе наночастиц в России вызывает интерес промышленности и поддерживается государством. Причина, по мнению Светланы Гельпериной, в том, что фармацевтическая нанотехнология позволяет оптимизировать действие известных препаратов и открывает возможности для использования многих потенциально эффективных молекул, которые не находят путь в клинику из-за низкой растворимости или недостаточной стабильности.
«Этот смелый инновационный проект — одна из считаных разработок в области фармацевтической нанотехнологии в мире, вышедшая на этап клинических исследований»,— говорит автор проекта Светлана Гельперина.
Без водобоязни
Сотрудничество британских и китайских ученых под руководством профессора University College London Ивана Паркина привело к разработке водоотталкивающего самоочищающегося покрытия, превосходящего все ныне существующие. Его нельзя соскрести, и оно устойчиво к воздействию масла.
Разработка представляет собой этаноловую суспензию наночастиц диоксида титана. Сделать покрытие устойчивым ученым помогло добавление в состав адгезивов. Супергидрофобных нанопокрытий разработано уже достаточно много, но они неустойчивы к механическому воздействию и теряют свои свойства, если на обработанную ими поверхность попадают масло или жир.
Англо-китайский состав лишен этих недостатков. Он подходит для твердых и мягких поверхностей — стекла, стали, бумаги, ткани. Наносить покрытие можно разными способами, например окунать в «краску» или распылять ее на материал. По результатам эксперимента различные поверхности с нанесенной суспензией наночастиц сохранили водоотталкивающие свойства после протирания пальцем, нанесения порезов ножом и даже после
40 обработок наждачной бумагой. Во всех случаях материалы оставались водонепроницаемыми и чистыми, поскольку вода захватывала грязь и отскакивала с ней от поверхности.
«Водонепроницаемость позволяет материалам самоочищаться, поскольку вода образует шарообразные капли, которые катятся по поверхности, играя роль миниатюрных пылесосов, собирающих по дороге грязь, вирусы и бактерии», — прокомментировал Яо Лу из University College London, один из соавторов исследования.
Повторяя за природой
Ученых всегда восхищала способность ДНК хранить огромное количество информации в крошечном объеме.
В нынешнем году Радж Кумар Рой и его коллеги из страсбургского Institut Charles Sadron и Institut de Chimie Radicalaire в Марселе создали первый в мире искусственный полимер с записанным на него при синтезе двоичным кодом.
Вместо четырех азотистых оснований, на которых построена ДНК, исследователи использовали три мономера: два соответствуют нулю и единице в двоичном исчислении, а третий применяется для облегчения записи и считывания. Сообщение, как и ДНК, расшифровывается секвенированием, а при использовании масс-спектрометра это занимает менее пяти минут. Авторы считают, что с развитием технологии это время серьезно сократится.
Помимо декодирования это сообщение можно разрушить — лазером или нагревом выше 60°С. При этом полимер стабилен и сохраняется при комнатной температуре несколько месяцев и, возможно, даже лет. Эта технология может быть использована, например, для создания молекулярных штрих-кодов, которые будет трудно подделать. Они могли бы стать идеальным способом маркировки предметов роскоши и лекарств.
Углеродные нановолокна из воздуха
Химики из George Washington University придумали способ получать углеродное нановолокно (УНВ) и снижать уровень углекислого газа в атмосфере в ходе единого технологического процесса.
Электрохимический процесс, названный STEP (Solar Thermal Electrochemical Process), как следует из названия, поддерживается за счет солнечной энергии, тепла и небольших разрядов тока. Между двумя электродами в емкости, заполненной расплавленными карбонатом лития и несколькими металлами, пропускают ток. Карбонат лития, плавящийся при 723°C, абсорбирует углекислый газ из воздуха. В процессе электролиза атомы углерода собираются на катоде. Цинк инициирует процесс формирования УНВ, а один из четырех других металлов (никель, кобальт, медь или железо) выполняет роль каркаса для роста волокна.
Пока на экспериментальных установках STEP не удалось получить УНВ нужного качества и приемлемой стоимости. «Мы пока научились стричь шерсть с овцы, но соткать одеяло пока не можем», — образно поясняет один из исследователей. Однако ученые надеются, что усовершенствование технологии позволит использовать ее в коммерческих целях.
Настоящий робот высоты не боится
Ученым из Harvard University и University of California удалось напечатать на 3D-принтере робота, конструкция которого объединяет твердые и мягкие материалы. Такой робот способен выдержать многочисленные прыжки и падения.
Перемежая жесткие и мягкие элементы в едином корпусе, ученые достигли нескольких целей. Жесткие элементы защищают и обеспечивают работу электроники и источников питания, а мягкие делают конструкцию менее уязвимой к повреждениям при приземлении. Аппарат состоит из гибкой нижней части, жесткой крышки и промежуточных эластичных компонентов. Внутрь помещены пользовательская плата, источник питания высокого напряжения, аккумулятор, миниатюрный воздушный компрессор, топливная батарея со смесью бутана и кислорода и другие компоненты. В ходе опыта роботы подпрыгивали и поднимались на высоту до 0,76 м и выдерживали более ста прыжков.
Эксперты считают, что интеграция жестких компонентов в мягких роботов приближает исследователей к созданию настоящих биомиметических машин, то есть использующих те же технологии, что и в живой природе. В ближайшем будущем дороговизна 3D-печати будет преодолена и такое производство станет менее затратным. Мягкие роботы смогут работать рядом с человеком без угрозы его здоровью и отправляться в малодоступные или опасные для людей зоны, например в места стихийных бедствий.