Нанотехнології у біології

Нанотехнології дає можливість детально вивчати хімічні процеси на молекулярному рівні, процеси іонного обміну клітини з оточенням, величину електричного струму в нервових волокнах у першу чергу це відноситься до вивчення хімічних процесів на поверхні і усередині живої клітини. Наночастки можуть бути використані для розробки ефективних методів доставки лікарських препаратів всередину клітин. Для цього вченими були синтезовані двошарові наночастинки, названі «наноснарядами». Завданням було доставити токсин всередину ракової пухлини і тим самим знищити її. У зовнішній оболонці знаходиться препарат, що викликає колапс кровоносних судин, що запобігає поширення токсину по всьому організму, а в ядрі наночастинки повинен міститися токсин, що вбиває ракову клітину. Таким чином, зовнішня оболонка наночастинки розсмоктується, випускає ліки, що скорочує судини, в той час як інші наночастинки проникають через пори в мембранах ракових клітин, де друга оболонка випускає токсин, що вбиває ракову клітину. Нанотехнологія дозволяє створити бісумісні поверхні контакту, що відкривають нові області, пов'язані з імплантами і використанням штучних органів. Це твердження досить повно підтверджується застосуванням частинок аморфного гідроксилапатита в імплантології кісткової тканини.

Думка про застосування мікроскопічних пристроїв в медицині вперше була висловлена у 1959 році знаменитим американським фізиком Річардом Фейнманом в гучній лекції «Там, внизу, багато місця». Він описав микроробота, який зможе проникати через посудину в серце і виконувати там операцію з виправлення клапана.

У 1967 році біохімік і письменник-фантаст Айзек Азімов першим висунув ідею «мокрою технології» - використання для лікування людей живих механізмів, що існують в природі. Зокрема, збирати їх з нуклеїнових кислот і ферментів. Потім Роберт Еттінгер запропонував використовувати модифіковані мікроби для ремонту клітин.

Термін «нанотехнологія» широко поширився в світі після виходу в 1986 році знаменитої книги «Машини творення» фізика Еріка Дрекслера. Він став називати свої пропозиції по конструюванню окремих молекул, що володіють заданими властивостями, «молекулярної нанотехнологій». Так що історія нанотехнологій вже налічує понад 20 років.

Що ж нанотехнології обіцяють медицині крім уже широко розрекламованих, але поки нереальних «нанороботів», які будуть шастати всередині людини і що-небудь лагодити?

Вони зможуть створювати:

• наноматеріали із заданими властивостями - наночастинки (фулерени і дендримери);

• мікро- і нанокапсули (наприклад, з ліками всередині);

• нанотехнологічні сенсори і аналізатори - наноінструменти і наноманіпулятор;

• автоматичні нанопристрої (окрім нанороботів).

Фуллерен - це п'ята (крім алмазу, графіту, карбін і вугілля) форма вуглецю, яку спочатку передбачили теоретично, а потім відкрили в природі. На вигляд молекула фулерену (С60) схожа на футбольний м'яч, зшитий з п'ятикутників і шестикутників. Медицині ж фулерени цікаві тим, що можуть "пролазити" в молекулу ДНК, викривляти і навіть «розплітати» її.

Дендримери - це деревовидні полімери (довгі молекули, що складаються з повторюваних однакових елементів). Вони здатні доставляти причеплені до них ліки прямо в клітини, наприклад, ракові.

Американці створили матеріал, що імітує справжню кісткову тканину. Застосувавши метод самозборки волокон, що імітують природний колаген, вони «посадили» на них нанокристали гідрооксіапатіта. А вже потім на цю «шпаклівку» приклеювалися власні кісткові клітки людини - таким матеріалом можна заміщати дефекти кісток після травм або операцій.

Інша розробка, навпаки, не дає клітинам приклеюватися до поверхні. Це потрібно, наприклад, для створення біореакторів, в яких будуть міститися стовбурові клітини. Проблема в тому, що, як тільки стовбурова клітина «села» на якусь поверхню, вона негайно починає спеціалізуватися - перетворюватися в клітку конкретної тканини. А щоб вона зберігала свій потенціал, треба не давати їй «присісти».

Штучно сконструйована клітина-респіроціт зможе замінити відсутні в крові еритроцити - вона вміє переносити і кисень, і вуглекислий газ. При цьому суспензії респіроцітов знадобиться в сотні разів менше, ніж препаратів донорської крові або кровозамінників.

Застосування нанопрепаратів в рослинництві може забезпечити посилення стійкості до несприятливих погодних умов і збільшення виходу готової продукції. Майже для всіх технічних і продовольчих культур - картоплі, зернових, овочевих, плодово-ягідних, бавовни і льону - показники врожаю з використанням нанотехнологій збільшилися в 1,5-2 рази. Нанотехнології вже активно впроваджуються при післязбиральної обробки соняшнику, тютюну і картоплі, зберіганні яблук у керованих середовищах, озонування повітряного середовища.

Вивчено біологічну роль кремнію в живих організмах і активність органічних сполук кремнію - сілатранівв. Сілатрани, що є клітинним утворенням і містять кремній, здійснюють фізіологічну дію на живі організми на всіх етапах еволюційного розвитку, від мікроорганізмів до людини. Застосування кремнійорганічних біостимуляторов в рослинництві дозволяє підвищити холодостійкість, витривалість  до спеки і посухи, допомагає благополучно вийти з стресових погодних ситуацій, посилює захисні функції рослин.