НАНОТЕХНОЛОГИИ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ

Мировая пандемия ВИЧ/СПИДа

Вирус иммунодефицита человека

По данным ООН – число инфицированных ВИЧ составляет 35-38 млн. чел.

Схема создания нанобиоматериалов
Основа:
биосовместимый полимер
(н.: полиэтилентерефталат, хитозан)
Модификация поверхности полимера ионно-плазменными методами
Обработка поверхности полимеров ионами инертных и химически активных газов
Ионно-плазменное осаждение пленки углерода
Модификация полимеров с НСП органическими производными фуллерена
Новые композитные нанобиоматериалы

Анти-ВИЧ активность
Ингибирование ВИЧ-протеазы,
обратной ВИЧ-транскриптазы

Модификация НСП производными фуллерена (данные АСМ)
Контрольный образец
НСП-I
НСП-II (α-C:H ~ 50 нм)
С60-хинолин
С60-индол

Антимикробная активность

Возможные применения материалов с НСП
Имплантаты
Биокатализаторы
Матрицы для адресной доставки лекарств
Антимикробные материалы
Материалы для медицины
Матрицы и подложки для клеточных медицинских технологий

Токсичность
Поглощение, распределение и выделение
контакт с кожей
вдыхание
наночастицы С60 (55нм), 3 ч/дн – 14,1%
период полувыведения – 26 дн
внутрибрюшное введение
накопление в печени, полное выведение – 13дн
10 мг/кг в день

Для усиления действия противовирусных препаратов, таких, как микробициды, необходима адресность и своевременность их действия.
Для адресной доставки лекарств основным требованием является биосовместимость структуры носителя.
Постепенное высвобождение лекарственного препарата обеспечивает его пролонгированное действие.
Вещество, заключенное в нанокапсулу или наноконтейнер, защищено от воздействия ферментов.
Примером нанокапсул являются липосомы с размерами порядка 100-300 нм, которые нетоксичны и биодеградируемы; их мембрана может сливаться с клеточной мембраной и обеспечивать доставку содержимого в клетку.
Недостаток - сложность проникновения этих субстанций в ткани и клетки с серьезными нарушениями микроциркуляции.

Особенности физико-химических свойств кремния (Si)
Нетоксичность (Si – второй после кислорода элемент по распространенности в земной коре, где его доля составляет около 27%).
Биосовместимость (в организме здорового человека весом 50-70 кг содержится 0.5-1 г Si, что делает его 3-м по содержанию микроэлементом после железа и цинка).
Биодеградируемость кремниевых наночастиц (Si в виде наночастиц растворяется в организме человека со скоростью от 1 нм (кислая среда) до 1000 нм (щелочная среда) в день с образованием ортокремниевой кислоты).
Доступная технология получения нанопористых форм кремния позволяет управлять размерами гранул и степенью их пористости.
Однако, многие формы нанокремния гидрофобны, что затрудняет получение их водных суспензий и требует дополнительной обработки для придания материалу гидрофильных свойств.

Порошки и водные суспензии пористых кремниевых нанокапсул
Лазерное возбуждение 337 нм
2-4 нм
5-7 нм
+
50 мг nc-Si
2 мл
H2O
=

Биодеградируемые наноконтейнеры из наноструктур пористого кремния
Капсулирование лекарства в наноконтейнере из пористого кремния.
Доставка заряженного наноконтейнера в ткани и клетки.
Растворение кремниевой матрицы и высвобождение лекарства.
I
II
III

Анти-ВИЧ активность водорастворимого аддукта углеродных нанокластеров
Структурная формула: [НО]k - [C]n – (OHSO2)m
Вирулицидный эффект углеродных нанокластеров
Влияние углеродных нанокластеров на репродукцию ВИЧ