Пионер нанотехнологий включил студентов МИФИ в разработку «умных» лекарств

В последние годы в передовых российских вузах началась подготовка специалистов в области нанотехнологий и нанобиомедицины. Какие прикладные задачи сегодня решают студенты? Насколько эти исследования важны для развития медицины и техники? Об этом рассказал пионер лазерной нанотехнологии, обладатель многих научных и профессиональных наград, профессор Чешского технического университета в Праге и Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Антон Фойтик.

– Профессор Фойтик, ваше имя носит «малая нобелевская премия» в области нанотехнологий, премия Фойтика-Хенглейна, и неудивительно, что вас приглашают для чтения лекций разные вузы мира. Однако в НИЯУ МИФИ вы недавно перешли к практическому обучению студентов и аспирантов. Почему?

– Лекции дают только теоретические знания, но без практических занятий от них нет настоящей пользы. Поэтому мы с будущими учеными начинаем работать в лаборатории. Я им показываю, как работать по новой технологии, у которой есть применения в биомедицине. Ребята изучают методы получения наноструктур, все особенности и режимы синтеза, сепарации и очистки.

Сейчас мы пробуем готовить разные наночастицы, на которые можно посадить другие маленькие частицы или молекулы фармакобиологических веществ. Такие структуры выполняют роль грузовика, который перевозит «груз» – лекарство – по организму человека.

Чтобы наш грузовик двигался, мы должны им управлять при помощи электрического поля, магнитного поля или пучка лазера. Для этого наночастицы должны быть умными. Ведь они такие маленькие, что при помощи пинцета их не передвинешь.

Для этого мы научились готовить частицы с магнитными или парамагнитными свойствами, и те и другие могут использоваться в биомедицине. Здесь есть теоретическая и техническая проблема – как сделать ферромагнитные частицы, которые притягиваются друг к другу? Нет магнита сильнее, чем железо в комбинации с кобальтом, никелем или неодимом, но эти металлы токсичны для организма.

Чтобы сделать эти частицы нетоксичными, мы помещаем их в тефлоновый шарик. Тефлон не растворяется ни в щелочи, ни в кислоте, не окисляется в атмосфере, годами сохраняет стабильность, это самый лучший химический полимер.

Таким образом, наш «грузовик» оказывается в тефлоне. Полученная частица становится гидрофобной и плавает как шарик на воде, но чтобы она могла погрузиться в кровь и донести до нее нужные нам биологические системы, мы эти шарики с тефлоновой поверхностью покрываем слоем гидрофильного водорастворимого полимера.

– Что можно сделать при помощи такой «умной» системы?

– Мы можем транспортировать лекарственные вещества по организму человека, куда захотим. Например, мы можем присоединить к «грузовику» специальные молекулы, которые расщепляют жир в сосудах и предотвращают их закупорку. Ведь наша наночастица – очень маленькая, порядка 100 нанометров, – может пройти в самых труднопроходимых местах и пронести на себе молекулу фермента, расщепляющего жиры. Буквально через пару часов после ее применения проходимость сосуда восстанавливается. Потом наночастица удаляется из организма через катетер при помощи магнита.

К поверхности наночастиц-«грузовиков» можно прикрепить антитела – биологические молекулы, которые селективно разрушают те или иные патогены. Например, есть молекулы, которые реагируют на вирус ВИЧ и ни на что другое. Наноструктуры поступают в кровь, и антитела захватывают вирус. После этого эти частицы магнитом выводятся из организма, а кровь остается очищенной.

Результаты наших экспериментов в сотрудничестве с клиниками показали снижение концентрации вируса в плазме крови на 18% за одну процедуру. Последовательное выполнение нескольких процедур дает эффективность до 50%. Сейчас мы работаем над тем, чтобы повысить эффективность процедуры до 40% за один раз.

– Ваши системы могут применяться только в биологических системах?

– Нет, конечно. Наши частицы, покрытые тефлоном, могут использоваться вместо масляной смазки для механизмов.

Возьмем, к примеру, гироскоп и некоторые виды подшипников в космическом корабле. Они крутятся со скоростью несколько сот тысяч оборотов в минуту, и им необходима смазка. Но масляную смазку использовать в этом случае невозможно, потому что в невесомости капельки масла разлетятся повсюду. А наши магнитные частицы никуда не улетят и будут надежно выполнять свою работу в качестве смазки.

Также наши частицы помогают сохранять герметичность в парогенераторах, которые, вращаясь под действием перегретого водяного пара, преобразуют его энергию в электричество. В условиях воздействия давления и температуры предотвращение утечек пара из системы до сих пор было серьезной технической проблемой.

Теперь вспомним про автомобили. В них есть амортизаторы, которые гасят колебания корпуса на плохой дороге. В этих амортизаторах используется масло, которое уменьшает остаточные колебания поршня в цилиндре после прохождения неровного участка. Мы делаем из наночастиц магнитную жидкость, ее магнитная сила регулируется электрическим полем, и она очень хорошо работает в амортизаторах вместо масла.

Кстати, магнитная жидкость также применяется против потери энергии в трансформаторах, которые используются для передачи электроэнергии на тысячи километров.

– Чем еще будут заниматься ваши студенты?

– Например, лазерной абляцией. Если направить луч лазера на твердое тело, например, серебро или золото, и очень быстро разогреть его до нескольких тысяч градусов, можно испарить поверхностный слой металла. При охлаждении образовавшегося пара получаются наноструктуры серебра или золота. Мы прицепим эти наноструктуры на наш «грузовик» и попробуем что-нибудь с этой системой сделать.

Всем известно, что серебро убивает бактерии. Мы можем получать наноструктуры серебра, которые делают это с большой эффективностью.

Например, мы с помощью коллег в Чехии провели испытания на бациллах сибирской язвы (Antrax), и оказалось, что наши препараты убивают их с эффективностью 99,999%. А ведь это ужасно токсичная бактерия, настоящее бактериологическое оружие: если высыпать один грамм бацилл в атмосферу, то 100 тысяч людей погибнут за 24 часа. А наши наноструктуры можно использовать против заражения, если наносить их на фильтр или на защитную маску.

Мы будем продолжать эксперименты по изучению активности наших наноструктур серебра и золота против других бактерий. Надеюсь, что наши исследования помогут развитию биомедицины.

Ссылка на оригинал статьи