Экологический проект "Нанотехнологии в медицине и фармацевтике"

Министерство образования РФ

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 2

c. Арзгир Арзгирского района

Ставропольского края

Экологический проект

«Нанотехнологии в медицине и фармацевтике».

Выполнила: Моисеенко Дина

Ученица 10 класса МБОУ СОШ № 2

Руководитель: Валюхова Нина Петровна

учитель химии высшей

квалификационной категории

2013-2014

Содержание:

1.Введение………………………………………………………………..стр.3-4

2. Методы научного исследования в данной работе…………………..стр.5

3. Практическая значимость…………………………………………….стр.6

4. Обзор литературы……………………………………………………..стр.7

4.1.Нанороботы.........................................................................................стр.7

4.2.Классификация наночастиц ………………………………………...стр.7

4.3.Что такое нанотехнологии и наночастицы? ……………………….стр.8

4.4.Болезни, которые благодаря наномедицине исчезнут...................................................................................................стр.9-12

4.5.Опасные стороны наночастиц…………………………………….стр.12-13

4.6 Какие проблемы предстоит решить российским нанотехнологам?

…………………………………………………………………………..стр.13-14

4.7. Нанотехнологии в медицине на Ставрополье.……………….…стр.14-15

4.8.Интересные факты………………………………………………...стр.15-16

..

5.Выводы из проделанной работы…………………………………стр.16-17

6.Источники информации………………………………………….стр.18

7.Приложение…………………………………………………………стр.19-23

1.Введение

«Мир субъективен» - так философ предвосхитил современную физику микрочастиц, связь объекта с субъектом. Люди - частицы мыслимого бытия, микрочастицы.
Янис Гриммс
(Перевод с латгальского)

Проблема

  Каждое живое существо на нашей планете, независимо от размеров и уровня организации, когда-то было одной клеткой. Клетка – единица всего живого. Если в организме нет поврежденных клеток, то можно считать, что он абсолютно здоров. Но такого не бывает. В организме ежесекундно гибнут миллионы клеток. Вместо них рождаются новые. Соотношение между живыми и поврежденными клетками и отражает уровень здоровья в данный момент времени.  
Здоровье организма = здоровье его клеток.
  В 21 веке современная наука достигла немыслимых высот в изучении молекулярного уровня, и поэтому перспективным направлением современной медицины и фармацевтики являются нанотехнологии.

Актуальность  темы.

  К началу 21 века резко увеличилось число сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний. Работа, стрессы, проблемы настойчиво отвлекают нас от понимания важности состояния нашего здоровья. К тому же мы активно пользуемся благами цивилизации, которые уносят нас всё дальше от здорового образа жизни.

Согласно статистическим данным за 2005 год на нашей планете умерло от онкологических заболеваний примерно около семи миллионов семисот тысяч человек. В индустриально развитых странах Запада рак занимает второе место после сердечно-сосудистых заболеваний в перечне причин смерти и, несмотря на усилия медиков, не уступает его уже много десятилетий подряд. Считается, что программу опухолевого роста имеет любая клетка. Если учесть, что болезнь зарождается в клетке, то и спасение от неё нужно искать в излечении, восстановлении клетки. Именно по этой причине на первый план выходит наномедицина.
Данная тема заинтересовала меня, так как в будущем я мечтаю связать жизнь с медициной и  считаю, что при разумном использовании нанотехнологии могут стать панацеей от любых заболеваний.

Гипотеза.

С помощью высоких технологий, таких как наномедицина и нанофармакология, можно победить болезни, которые сейчас считаются неизлечимыми.

.

Изучить проблему использования нанотехнологий в медицине и фармакологии и привлечь внимание общественности к данной теме.

Задачи:

 1.  Познакомиться с понятиями «нанотехнология» и «наномедицина».
 2.  Познакомиться с классификацией наночастиц.
 3.  Выяснить значимость наномедицины как перспективного направления создания лекарств нового поколения.
 4.  Изучить влияние нанотехнологий на организм человека. 
 5.  Выявить, какие негативные последствия могут быть вызваны не до конца продуманным применением нанотехнологий. 
 6.  Выявить перспективы развития нанотехнологий в России и  в Ставропольском крае.

2.Методы научного исследования в данной работе.

Так как для осуществления практической части нашей темы требуется высокотехнологичное оборудование, которое отсутствует в школьной лаборатории, наше исследование заключалось в проработке теоретического материала по данной проблеме. И для этого мы использовали следующие методы научного исследования.

1. Анализ - тема была раздроблена на составляющие, которые нами были тщательно проработаны.

2. Моделирование - нами были смоделирована структура проекта, поставлена проблема, обозначена её актуальность,  выявлены цели и задачи проекта.

3. Классификация - из множества явлений и фактов мы построили классификации наночастиц, направлений наномедицины, задач, выполняемых нанороботами, заболеваний, которые могут быть вылечены с помощью нанотехнологий.

4. Анкетирование - была составлена анкета для соц. опроса с целью выявления степени осведомленности учащихся старших классов и построена диаграмма по результатам опроса старшеклассников.

5. Обследование - был подобран, изучен, детализирован, конкретизирован материал по проекту.

6. Сравнение- в процессе исследования были сопоставлены спорные моменты нанотехнологий.

7. Индукция и синтез - рассмотрев все стороны проблемы, мы получили целостную картину о наномедицине и нанофармакологии.

8. Обобщение - был сделан вывод о перспективах и необходимости развития нанотехнологий в будущем, как путь к здоровому человечеству.

3.Практическая значимость. Социологический опрос.

Для более глубокого исследования проблемы нанотехнологий мы провели опрос среди учащихся 9-11-х классов, которым были предложены следующие вопросы:                                           

    Анкета

1. Имеете ли вы какое-либо представление о нанотехнологиях?
2. Что вам известно о наночастицах?
3. Где применяются нанотехнологии?
4. Назовите наиболее известные открытия наноиндустрии.
5. Как вы считаете, можно ли использовать нанотехнологии в медицине и фармакологии?
6. Какие, по вашему мнению, неизлечимые заболевания можно вылечить с помощью наномедицины?
7. Можно ли считать наномедицину настоящим прорывом в развитии фундаментальной медицины?
8. Могут ли нанотехнологии в медицине и фармакологии представлять какую-либо опасность для здоровья человека?
9. Интенсивно ли развивается наномедицина в нашей стране и  в Ставропольском крае?
10. Можно ли считать наномедицину панацеей от всех заболеваний человека?
11. Какие вам известны научные центры в России, Ставропольском крае, занимающиеся изучением данной проблемы?


По результатам анкетирования мы сделали вывод, что заявленная нами тема практически неизвестна нашим сверстникам, несмотря на то, что весь прогрессивный мир, в том числе и научный, делает ставку на развитие высоких технологий, которыми являются также наномедицина и нанофармакология. И так как мы хотим считать себя частью цивилизованного общества, жить полноценной творческой жизнью, много работать и созидать, мы должны беречь своё здоровье. А помочь нам в этом могут только эти самые высокие технологии, ведь существующие на данный момент методы диагностики и лечения некоторых заболеваний себя исчерпали. 
Практическая значимость нашего проекта состоит в популяризации знаний по данной теме для людей, интересующихся этими вопросами, а данный веб-сайт позволит привлечь внимание широкого круга людей.

  Уже сейчас наш проект вызвал интерес у старшеклассников  школы, учителей, которые стали моими первыми слушателями и оппонентами. (см. Диаграмму №1 приложения)

4.Обзор литературы.

4.1  Нанороботы.

Как утверждают ученые, большинство медицинских препаратов в конце ХХI века будут представлять собой совокупность специально разработанных медицинских нанороботов.

В 1959 нобелевский лауреат Ричард Фейнман заявил, что однажды мы научимся двигать единичные атомы, помещать их в определенное место и приклеивать друг к другу. Когда мы этому научимся, сказал Фейнман, то мы сможем строить, разбирать и модифицировать любые объекты, состоящие из атомов, включая человеческие кости, кожу, органы, кровь и даже ДНК.

Какими будут нанороботы?
Типичный медицинский наноробот будет иметь микронные размеры, позволяющие двигаться по капиллярам, и состоять (на базе нынешних взглядов) из углерода. Углерод и его производные выбираются по причине высокой прочности и его химической инертности. Конструкции нанороботов еще не разработаны и находятся в стадии проектирования. Их использование, порядок, время работы и вывода из организма будут зависеть от конкретных задач. Проблема биосовместимости решается за счет выбора оптимального материала и размеров наноробота.
В качестве основных источников энергии предполагается использовать локальные запасы глюкозы и аминокислот в теле человека. 
Как будет осуществляться управление нанороботами?

Управление нанороботами будет осуществляться акустически путем подачи команд через компьютер. Обратную связь также возможно осуществить акустически, но можно ее создать и на основе внутренней сети с локальными данными, которые пересылаются на некоторый центральный узел связи, откуда они поступают к лечащему врачу. Лечение будет заключаться во введении нанороботов в человеческое тело для дальнейшего анализа ситуации и принятия решения о выборе метода лечения. Врач управляет нанороботами, получая информацию от активных нанороботов. Наномедицинский персонал будущего должен будет отвечать повышенным требованиям к знанию основ наномира, поскольку, к примеру, незнание законов физики может привести к гибели пациента. Категорически планируется исключить репликацию (размножение) нанороботов в теле человека для исключения фатальных последствий. 

Нанороботы в крови человека.
Проект "Roboblood"( Крис Феникс и Роберт Фрайтас).
Подобно созданным природой тромбоцитам, эритроцитам и лейкоцитам ученные, Крис Феникс и Роберт Фрайтас, изобрели им двойников в нано мире. Данные нанороботы умеют диагностировать болезни, циркулируя в кровеносных и лимфатических системах человека и внутренних органов, доставлять лекарства и даже делать хирургические операции. Они смогут уничтожать болезни еще в момент их зарождения и возвращать молодость. 
Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация на микрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие.(см.приложение табл.№1).

4.2Классификация наночастиц.

Под определение «наночастицы», вообще-то, попадают практически любые супрамолекулярные комплексы. Однако, по уже сложившейся традиции в биологической и медицинской литературе, под наночастицами обычно подразумевают вполне конкретные (и, прежде всего, искусственно созданные) молекулярные конструкции. Прочитав множество литературы, мы поняли, что их можно условно разделить на несколько классов: биологические и биогенные наночастицы, полимерные наночастицы, дендримеры, углеродные наночастицы,  неорганические наночастицы (см.приложение табл.№2)

4.3.Что такое "нанотехнологии" и "наночастицы"?

В последние двадцать лет в научный мир все более интенсивно входят различные определения с приставкой «нано», и, просмотрев энциклопедические словари, мы выписали наиболее важные определения.
Что же такое «нано»?
«Нано» (греч. - миллиардная доля) в применении к описываемым объектам подразумевает, что их размеры находятся в пределах 1÷1000 нм (10−9 м), что соответствует уровням биологической организации от атомарного до субклеточного

«Нанотехнология» в Энциклопедическом словаре:
Нанотехнология - технология объектов, размеры которых порядка 10-9 нм Процессы нанотехнологии подчиняются законам квантовой механики. Нанотехнология включает атомную сборку молекул, новые методы записи и считывания информации, локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне и др.

Нанотехнология - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

 «Наночастица» в Энциклопедическом словаре:

Наночастица (англ. nanoparticle) - изолированный твердофазный объект, имеющий отчетливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трех измерениях составляют от 1 до 100 нм.
Наночастицы - один из наиболее общих терминов для обозначения изолированных ультрадисперсных объектов, во многом дублирующий ранее известные термины (коллоидные частицы, ультрадисперсные частицы), но отличающийся от них четко определенными размерными границами. Твердые частицы размером менее 1 нм обычно относят к кластерам, более 100 нм - к субмикронным частицам.

4.4.Болезни, которые благодаря наномедицине исчезнут.

По предположениям американских ученых, в середине 2020-х наномедицина достигнет таких высот, что будет не лечить уже «закрепившиеся» в организме человека заболевания, а на клеточном уровне предупреждать их. Предотвращать болезни лучше, чем их лечить.
Ведь каждое заболевание, даже не очень серьезное, наносит вред в той или иной степени нашему организму. Мы изучили медицинские справочники и поняли, что благодаря наномедицине  такие заболевания, как атеросклероз, сахарный диабет, онкологические заболевания, стафилококк, в будущем смогут быть вылечены

Наномедицина поможет вылечить сахарный диабет 1 типа.

Сахарный диабет I типа – заболевание, которое начинается чаще всего у детей и молодых взрослых. При этом заболевании иммунная система человека постепенно разрушает клетки поджелудочной железы, которые производят инсулин. Последствия этого заболевания могут быть самыми тяжелыми, включая почечную недостаточность и слепоту.
Учеными из Гарвардского университета и детской больницы Бостона была разработана «умная» инъекционная нанотерапия, которая может быть запрограммирована на доставку препарата непосредственно к тканям поджелудочной железы. Уникальные молекулы имеют способность к самонаведению.
Хотя этот способ лечения нуждается в доработках и тестированиях, уже можно сказать, что он может потенциально усовершенствовать лечение сахарного диабета за счет увеличения терапевтической эффективности и снижение побочных эффектов.
Новый подход основан на способности наноматериалов защищать препарат от деградации и доставлять его непосредственно к клеткам поджелудочной железы, продуцирующим инсулин. Резкое увеличение эффективности (в пробирке оно составило около 200 раз) означает, что меньшее количество используемого препарата открывает возможность снизить токсические побочные эффекты, а также снизить затраты на лечение.
На сегодняшний день подобные способы доставки препарата уже применяются для лечения онкологических заболеваний.

Неврологические заболевания.

Наночастицы используют для восстановления спинного мозга.
Американские учёные нашли новое применение наночастицам, традиционно используемым для доставки лекарств. Как выяснилось, мицеллярные наносферы могут сами служить материалом для ремонта повреждений нервных волокон спинного мозга. 
Исследователи из университета Пердью предлагают применять их для восстановления способности повреждённых аксонов проводить электрические импульсы в спинной мозг. Мицеллы сами находят повреждения нервных волокон и формируют уплотнения на этом месте.
Проведенные на животных эксперименты показали эффективность применения наночастиц. Измерение общего потенциала показало, что использование мицелл в качестве уплотнителя увеличило количество восстановленных аксонов до 60 процентов от общего количества поврежденных по сравнению с 18 процентами контрольной группы.
Авторы исследования заявляют об отсутствии токсичных свойств данных наночастиц при соблюдении правильной дозировки.

Заболевания сердечно-сосудистой системы и наномедицина.
Нанотехнологии против атеросклероза.

Уникальную установку для плазмофереза разработали российские ученые-ядерщики и специалисты научно-производственного комплекса «Альфа» из города Дубны. Разработчики, утверждают, очистка крови с помощью нанотехнологий спасет россиян от атеросклероза и многих других болезней и аналогов этому изобретению пока нет. 

Ученые создали нанонасос для контроля потоков крови.

Создание  такого насоса стало возможно благодаря тому, что при работе в нанометровых масштабах стекло – в обычных условиях диэлектрик – получает новые свойства – начинает проводить электричество. При помощи лазера в нем был вытравлен массив капилляров толщиной 0,6 микрон. Таким образом ученые получили основное «ноу хау» - тончайший электрод нанометровых масштабов, сделанный из стекла. 
Как утверждает группа разработчиков, с помощью такого насоса можно контролировать малые потоки жидкости, вплоть до одной квадриллионной доли литра в секунду. Достижение может быть использовано для отбора проб жидкости из определенных участков живых клеток или для адресной доставки лекарств и других веществ в них же.

Наномедицина и онкологические заболевания.
Наночастицы помогут на стадии метастаз вылечить рак

Специалисты из Медицинского университета в штате Миссури заявили, что они стоят на пороге открытия способа лечения рака на стадии метастаз. 
Известно, что данная стадия является наиболее тяжелой, так как раковая опухоль со временем развивается настолько, что пускает метастазы, приводящие к возникновению вторичного злокачественного новообразования, которое уже может поразить и другие органы.
На этой стадии онкозаболевания считаются неизлечимыми. В своем исследовании американские ученые использовали для борьбы с метастазами радиоактивные наночастицы. Их использование дает возможность ликвидировать вторичные раковые опухоли, что может спасти жизнь человека.
Сами наночастицы имеют золотое покрытие, а их материалом является радиоактивный лютеций. Кроме того, они обработаны нацеливающим веществом, благодаря которому они попадают в раковые клетки и начинают их уничтожать. Это дает возможность остановить находящиеся в прогрессе формы рака. Следует отметить, что по количеству смертей онкозаболевания обогнали СПИД и вышли на первое место, и если данная методика окажется действенной, то это поможет спасти жизни многим пациентам, страдающим от рака.

Опыт медиков из США по излечению рака головного мозга с использованием радиоактивного изотопа рения-186.

Группа медицинских работников также разработала метод доставки радиоактивных частиц прямо в опухоль головного мозга. Для этого использовался короткоживущий изотоп рения-186, помещенный в миниатюрных жирных молекулах, либо липосомах, в 100 нм шириной. Попав внутрь опухоли, он излучает бета-частицы (электроны), проникающая способность которых ограничена несколькими миллиметрами ткани.

Нанотерапия саркомы мозга: успех госпиталя ''Шарите''
Врачам-онкологам берлинского госпиталя "Шарите" ("Charité") удалось успешно провести первую в мире операцию по удалению саркомы. В выпуске выходящего в Гамбурге еженедельника "Фокус" будет помещен подробный рассказ о работе онкологов Петера Вуста (Peter Wust) и Андреаса Иордана (Andreas Jordan), разработавших и применивших технологию разрушения опухоли, которая считалась неоперабельной.

В упрощенном изложении содержание процедуры состояло в том, что в раковую опухоль пациента вводились наночастицы железа в оболочке из биомолекул. Клетки опухоли "проглотили" замаскированный таким образом металл, после чего эти наночастицы были разогреты в магнитном поле до температуры, разрушившей опухоль. 
Технология, примененная в "Шарите" в комбинации с лучевой и химической терапией, оказалась успешной. С момента операции прошло восемь недель. У 26-летнего пациента нет признаков возобновления опухоли. Вместе с тем исследователи подчёркивают, что разработанная ими методика пока находится в стадии испытаний.

Наночастица оксида азота и нейробластома.
Оксид азота – важная клеточная сигнальная молекула, участвующая во многих физических и психических процессах, его дефицит связан с повышенной предрасположенностью к развитию рака, фиброза печени, сахарного диабета, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний.
Поэтому ученые Австралийского центра наномедицины (Australian Centre for Nanomedicine) при Университете Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) в Сиднее разработали наночастицы, с оксидом азота до пяти раз повышающие эффективность химиотерапии при нейробластоме, что значительно снижает побочные эффекты облучения и химиотерапии для здоровых клеток и окружающей ткани.
Инкапсуляция S-нитрозоглутатиона в полимерные наночастицы существенно повышает стабильность NO в водной среде без ущерба для эффективности внутриклеточной доставки. Как показали предварительные in vitro эксперименты на клетках нейробластомы, сочетание химиотерапии с нано-NO-доставкой в несколько раз повышает противоопухолевую активность химиотерапевтических средств. (Chemical Communications)
«Если с помощью этих наночастиц мы сможем восстановить уровень оксида азота, это окажет влияние на лечение всех болезней, связанных с его дефицитом, в том числе нейродегенеративных заболеваний и сахарного диабета», - продолжает доктор Бойер.
Ключевой медицинской проблемой, с которой пришлось столкнуться ученым, был способ доставки адекватных доз в определенные клетки без побочных реакций. Австралийский центр наномедицины, где пересекаются наука, технологии и медицина,  занимается поиском междисциплинарных решений.
Следующим шагом австралийских исследователей будет тестирование наночастиц на других клеточных линиях, в частности, на клетках рака легких и толстой кишки, а затем предстоят доклинические испытания на животных.

Наномедицина против стафилококка.
Золотистый стафилококк (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA) - очень опасное заболевание, вызванное бактерией стафилококка. В 2005 году бактерии MRSA стали причиной почти 95 тыс. серьезных инфекционных заболеваний, из них почти 19 тыс. случаев закончились в больницах США летальным исходом. Ранее заболевание можно было вылечить обыкновенными антибиотиками, но так как бактерия мутировала и стала устойчива к пенициллину, сейчас это очень сложно.
Исследователи из корпорации IBM и сингапурского Института биоинженерии и нанотехнологий совершили прорыв в области наномедицины. Созданные ими новые типы полимеров способны обнаруживать и уничтожать устойчивых к антибиотикам бактерий и возбудителей инфекционных заболеваний, в частности штамм золотистого стафилококка.
Наноструктуры, обнаруженные благодаря принципам, применяемым в производстве полупроводников, как магнитом притягиваются к инфицированным клеткам, что дает возможность избирательно уничтожать бактерии, не разрушая здоровые клетки вокруг них. Кроме того, эти агенты препятствуют развитию у бактерий устойчивости к лекарственному средству, прорываясь через клеточную стенку и мембрану внутрь клетки бактерии, что позволяет говорить о принципиально ином способе атаки на инфицированные клетки по сравнению с традиционными антибиотиками.
Как только эти полимеры начинают взаимодействовать с водой в организме или на теле человека, они самостоятельно образуют новую полимерную структуру, которая под воздействием электростатических сил притягивается к зараженным клеткам и перфорирует их клеточные стенки и мембраны. При этом важную роль играет электрический заряд в клетках, поскольку новые наночастицы притягиваются только к зараженным участкам, оставляя нетронутыми здоровые эритроциты.
Данные биологически разлагаемые наноструктуры могут вводиться в организм непосредственно или наноситься на кожу, что позволит лечить кожные инфекции с помощью таких предметов повседневного использования, как дезодоранты, мыло, влажные салфетки и др. Эти наноструктуры могут также быть использованы для заживления ран, лечения туберкулеза и легочных инфекций.

4.5.Опасные стороны наночастиц.

Изучая тему нанотехнологий, мы сделали вывод, что наночастицы могут нести в себе большую опасность. В последнее время они активно вторгаются в нашу жизнь. К примеру, наночастицы диоксида титана представляет собой целую индустрию. Их создается уже около двух миллионов тонн в год. Они находятся в красках, косметике, витаминах, зубной пасте, пищевых красителях, добавках и сотнях других повседневных продуктов. По мнению ряда ученых
1. Именно они могут быть источником определенного количества раковых заболеваний. Информация о вреде и пользе наночастиц достаточно противоречива. Лекарства, разработанные с использованием нанотехнологий, могут помочь в лечении раковых заболеваний (например, нагретые наночастицы убивают раковые опухоли). Однако некоторые наночастицы, напротив, могут вызывать рак в организме человека.
2. Недавно высказали свое мнение по проблеме нанотехнологий в экологии ученые из Онкологического центра Йонссона при Университете Калифорнии. По их словам, наночастицы из диоксида титана (TiO2), которые сейчас встречаются во множестве продуктов, накапливаются в организме и приводят к системным генетическим повреждениям.
3. Как сообщает Роберт Шистл (Robert Schiestl), профессор университета, специалист по патологиям, радиационной онкологии, воздействии среды на живые организмы, наночастицы из диоксида титана (TiO2) приводят к разрыву одно- и двухцепочечных ДНК, а также приводят к повреждению хромосом. В ходе исследований лабораторные мыши получали воду с наночастицами диоксида титана. На пятый день у них появились признаки генетических повреждений. В случае человека аналогичное количество наночастиц диоксида титана накопится в организме в течение 1,6 года при современном их содержании в различной продукции.
4. Попадая в организм титановые наночастицы накапливаются в различных органах, поскольку в организме нет механизмов их выведения. Вследствие своих малых размеров они легко проникают в клетки и начинают влиять на их элементы.
5. Наночастицы вызывают так называемый оксидативный стресс - физиологический стресс или повреждение организма, вследствие протекания нехарактерных для собственного метаболизма окислительных реакций. Таким образом, ученым следует исследовать новый источник опасности для организма – физико-химические реакции.
6. Исследователи подвергли радужную форель воздействию оксида титана, наночастиц которые широко используются в качестве отбеливающего вещества во многих товарах, включая краски, некоторые средства личной гигиены, а также многочисленных видах продукции пищевой промышленности. Оказалось, что наночастицы провоцируют образование отверстий в нервных клетках некоторых частей мозга, что вызывает смерть нервных клеток. Подобные негативные эффекты ранее уже наблюдались в некоторых клеточных культурах в пробирке, однако впервые удалось обнаружить это опасное явление в организме живых позвоночных. 
На текущей ранней стадии исследования ученые пока не могут выявить точную причину гибели нервных клеток: возможно, это результат проникновения наночастиц в мозг и повреждения носят механический характер, но, тем не менее, "вредить" может быть и химическая активность наночастиц. В любом случае негативное воздействие на мозг рыбы очевидно, и оно очень похоже на отравление другими веществами, такими как ртуть. При этом такие материалы способны к биоаккумуляции, то есть к накоплению в растениях и животных, что представляет особую прогрессирующую опасность для дикой природы и людей.
Результаты работы британских ученых указывают на тот факт, что мы пока слишком мало знаем о воздействии наноматериалов на организм человека. К сожалению это не препятствует широкому распространению продукции с наночастицами, такими как частицы оксида титана и серебра. Исследователи констатируют: необходимо разрабатывать новые требования по защите окружающей среды и обеспечению безопасности человека при использовании наноматериалов. Однако в настоящее время товары с надписью «нано» пользуются слишком большим спросом, чтобы производители снизили темп их внедрения и сократили масштабы рекламы.

4.6.Какие проблемы предстоит решить российским нанотехнологам?

 Перед российскими нанотехнологами стоит очень важная задача: перейти от этапа исследований и экспериментов к этапу производства.

 "Пока мы серьезно отстаем в области нанотехнологий. По данным 2003-2004 гг., 45% всех зарегистрированных патентов приходится на США и Канаду, 39% – на развитые европейские государства, 13% – на Азию, и всего 3% - на «прочие страны», включая нашу,"- так оценил состояние российской науки декан факультета наук о материалах МГУ, академик Юрий Дмитриевич Третьяков.

А  пока в стране стоят почти непреодолимые барьеры:
• во-первых, недостаток специальной аппаратуры: цена жизненно необходимых для работы инструментов, таких, как сканирующие туннельные и атомно-силовые микроскопы, крайне высока, помимо этого, некоторое импортное оборудование, которое невозможно воспроизвести в российских условиях, имеет “двойное” назначение и не может быть ввезено на территорию России;
• во-вторых, мало квалифицированных работников, ориентированных на производство нанопродуктов - для развития отрасли нужны тысячи таких специалистов, а пока это “штучный товар”;
• в-третьих, почти не проводятся фундаментальные исследования, а без них ничего прикладного развить нельзя, да и без понимания законов, царящих на наноуровне, можно невольно создать то, что впоследствии невозможно будет контролировать;
• в-четвертых, отсутствуют базисные стандарты, сдерживающие развитие отечественной наноиндустрии;
• в-пятых, имеются некоторые недостатки в законодательстве, связанные с интеллектуальной собственностью и созданием малых коммерческих предприятий при научных организациях, отрицательно влияющие на привлечение частных капиталов.
Вот здесь бы и пригодилась помощь государства.
И как следует из высказывания Третьякова, нанотехнологии во всем мире в большинстве своем находятся в рамках научных исследований, а количество реально выпускаемых продуктов невелико, но  быстро растет. Наша страна находимся почти на одном уровне (по крайней мере, в области научных исследований) со многими странами. Поэтому у россиян есть реальный шанс занять весомое место на нанорынке. Хотя если основные силы будут брошены на военные проекты, то развитие нанотехнологий в России, возможно, мало что даст для большинства граждан. Но в мире сейчас нет стабильности, и хорошая «дубинка» может пригодиться.
 

Инновацио́нный центр «Ско́лково» в России.

Ско́лково  — строящийся в Москве современный научно-технологический инновационный комплекс по разработке нанотехнологий, первый в постсоветское время в России строящийся «с нуля» наукоград. В комплексе будут обеспечены особые экономические условия для компаний, работающих в приоритетных отраслях модернизации экономики России: телекоммуникации и космос, биомедицинские технологии, энергоэффективность, информационные технологии, а также ядерные технологии.
Федеральный закон Российской Федерации N 244-ФЗ «Об инновационном центре „Сколково“» был подписан президентом Российской Федерации Д. А. Медведевым 28 сентября 2010 г.

4.7.Нанотехнологии в медицине на Ставрополье.

В СКФУ РАЗРАБОТАЛИ СКАЛЬПЕЛЬ, НЕ ОСТАВЛЯЮЩИЙ ШРАМОВ.

Учёные  СКАФУ изобрели скальпель с нанопокрытием, не оставляющий шрамов после операции. По сообщению  телеканала ТВЦ, после обработки, которая проводится с помощью вакуумной установки, графитовой мишени и лазера, обычный хирургический инструмент превращается в скальпель нового поколения.  «Мы разработали технологию, которая позволяет наносить аморфный алмазоподобный углерод на поверхность скальпеля, при этом улучшая его свойства», – рассказал научный сотрудник СКФУ Игорь Белашов. В результате поверхность скальпеля становится почти идеально гладкой. Изобрести скальпель нового поколения учёных попросили врачи Ставропольской краевой больницы, специалисты отделения челюстно-лицевой хирургии, для которых проблема образования послеоперационных рубцов и шрамов стоит особенно остро. Однако ставропольские ученые говорят, что в России их разработка вряд ли станет популярной. Авторы выставляли свою работу на Всероссийском конкурсе и рассчитывали получить грант Министерства промышленности, но их ожидания не оправдались. Проектом учёных заинтересовались иностранные производители хирургических инструментов. На данный момент с ними ведутся переговоры.

Разработки СКФУ. 
 
В Северо-Кавказском техническом университете проводятся исследования в области солнечной энергетики. Одна из разработок научной школы доктора химических наук, профессора Б.М. Синельникова «Физическая химия, химия твердого тела, современные микро-и нанотехнологии» — проект «Технологии материалов для солнечной энергетики». 
Участниками научной школы «Физическая химия, химия твердого тела, современные микро- и нанотехнологии» СевКавГТУ ведется разработка проекта«Технологии высокотемпературных монокристаллов». 
В СевКавГТУ под руководством Б.М. Синельникова ведется разработка проекта «Синтез и исследование свойств алмазоподобных материалов». 
Научная школа СевКавГТУ «Физическая химия, химия твердого тела, современные микро- и нанотехнологии» ведет разработку нового поколения сенсоров на основе наночастиц металлов. 
Научной школой «Физическая химия, химия твердого тела, современные микро- и нанотехнологии» СевКавГТУ ведутся разработки люминесцентных материалов с размерами частиц 10-50 нм, предназначенных для применения в составе светопреобразующих композиций, используемых медицинской и косметической промышленностью. 

4.8.Интересные факты

При изучении Нанотехнологий в медицине и фармацевтике, мы нашли не мало интересных материалов. Вот некоторые из них:

Нанотерапия доставит могучие дозы радиации точно в цель

Вот уже 40 лет радиотерапия значится самым эффективным методом сдерживания летальной формы рака мозга — глиобластомы. Несмотря на то что спецтехнология точного наведения доведена почти до совершенства, как ни старайся, а пучки радиации, перед тем как достичь опухоли, неминуемо проходят сквозь сильные ткани мозга. А это значит, что пациенты смогут переносить только лишь не очень большие дозы, в противном случае вероятны нешуточные левые эффекты.
Группа научных работников из Медицинского центра Техасского университета в Сан-Антонио (США) разработала метод доставки радиации наночастицами прямо в опухоль головного мозга. Подобный подход дает возможность подвергать опухоль несравненно более большим дозам радиации — в 20–30 раз превосходящим то, что есть сегодня; при всем при этом облучается вся площадь новообразования.
Выполненное расследование, результаты которого публикуются в журнале Neuro-Oncology, было настолько преуспевающим в лабораторных требованиях, что научные работники уже готовятся к летним клиническим тестам.
Ключом радиации при таком варианте послужил короткоживущий изотоп рения-186. Попав внутрь опухоли, он излучает бета-частицы (электроны), проникающая способность каких ограничена несколькими миллиметрами ткани.
Несложное помещение рения в раковых клетках мозга не принесло бы значительного эффекта; нужен был особенный механизм его удержания. Проблема с успехом решена путем инкапсуляции радиоактивного материала в миниатюрных жирных молекулах, либо липосомах, в 100 нм шириной.

Вместо таблеток и шприцев – пластырь!
Австралийские ученые Мельбурнского университета разработали медицинский пластырь с уникальными свойствами. На его внутренней стороне находятся нановыступы, с помощью которых можно вводить лечебные вещества через кожу. Диаметр пластыря составляет всего два сантиметра. Молекулы лекарства расположены на клеящейся стороне. Там же находятся и наночастицы, которые помогают препарату проникать в организм щадящим путем.
Новинка подлежит тестам и обязательной сертификации, после чего и поступит в широкий доступ. Чудо-пластырем заинтересовалось большинство медучреждений мира: возможно, скоро шприц и таблетки уйдут из медицинского арсенала

«ДНК-косметика» — это реально?
Способность влиять на генную экспрессию клеток кожи, а также доставлять разные «полезные» гены — весьма заманчивая идея, причем настолько, что современные косметические производители нередко занимаются ее воплощением... правда, пока только на словах. Тем не менее, существуют и реальные подвижки в этой области. Хотя вопрос «что доставлять» остается открытым, и потребуется еще немалое время для его решения, вопрос «как доставлять» уже имеет конкретные ответы. Например, сочетание подходов физического (радиочастотного) воздействия и использования наночастиц позволяет проводить эффективную эпидермальную доставку ДНК-плазмид (кольцевых молекул ДНК, способных вызывать экспрессию, находящихся в них генов в клетках-мишенях). При этом исследователям удалось не только доставить молекулы ДНК, но и наблюдать их экспрессию в клетках кожи.

Уникальное творение российских ученых. 
По словам изобретателей сканирующего зондового микроскопа, именуемого FemtoScan, их творение имеет практически неограниченные возможности. Так, микроскоп позволяет детально изучать не только особенности тел бактерий и вирусов, но получать четкое изображение информации, которая нанесена на атомную решетку. Речь идет об изображении, с пометкой нано. Микроскопы зондового типа стали главенствующим звеном в области нанотехнологии. 
Биологи используют данную тенденцию в целях исследования вирусных частиц, такой подход способствует более детальному изучению болезней и, как следствие, процессу разработки новых видов лекарств. 
В новинке впервые за всю историю изобретений успешно реализован принцип дистанционного управления данными и их удаленного анализа. А наибольше порадовал тот факт, что доступ к свойствам микроскопа могут получить не только ученые и изобретатели, но и множество пользователей, для этого достаточно подключиться к системе через Интернет или посредством локальной сети.
Так, студенты, работая каждый за своим ПК, могут в режиме реального времени вести наблюдение за процессами, которые «транслирует» микроскоп, вследствие чего получать новые данные.

Грейпфрут и наночастицы могут составить прекрасный тандем в медицине.
Исследователи из университета Луисвилля установили, как создать наночастицы с применением натуральных липидов, полученных из грейпфрута, и как использовать полученный тандем в качестве средства доставки лекарств в организме. Результаты соответствующего исследования опубликованы в издании Nature Communications.
Липиды (на фото три пробирки справа) получены из грейпфрута. Средства доставки в форме наночастиц с липидами грейпфрута способны эффективно поставлять различные лекарственные вещества, включая ДНК, РНК, белки и противораковые препараты, как выяснилось в ходе исследования.
Грейпфруты известны своими полезными для здоровья свойствами, а теперь становится ясно, что эти тропические плоды могут значительно повлиять на развитие новых методов противораковой терапии. Поскольку наночастицы с липидами грейпфрута являются частью съедобного фрукта, они менее токсичны для организма и среды, а, кроме того, их дешевле изготовить в большом количестве, чем наночастицы из синтетических материалов.
В настоящее время технология испытывается, в том числе, на лечении связанных аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит.

Прогнозы.

Мы узнали, что в настоящее время наномедицина пока не существует, но активно проводимые исследования, позволят в недалеком будущем в короткие сроки кардинально решить многие проблемы в медицине, до настоящего времени остающиеся неразрешенными.
Эти достижения наномедицины станут доступны по разным оценкам только через 40-50 лет. Однако целый ряд последних открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10-15 лет в сторону уменьшения, и быть может это ещё не предел.

5.Вывод из проделанной работы.

 Безусловно, сегодня одной из важнейших и перспективных сфер применения нанотехнологий является медицина.
    Иногда задают вопрос: нужны ли вообще медицине нанотехнологии? Положительный ответ на этот вопрос однозначен – очень нужны! Прежде всего потому, что они позволяют осуществлять диагностические и лечебные мероприятия на клеточном и макромолекулярном уровне, а не путем «неприцельного» воздействия на весь организм, как это происходит сейчас в большинстве случаев. 
   Ведь не секрет, что традиционные формы лечебных мероприятий в большинстве случаев – за редкими исключениями – можно сравнить со стрельбой из пушек по воробьям. И это при том, что основные, в том числе патологические, биохимические и другие процессы в организме, происходят даже не на локальном органном или тканевом уровне, а на уровне отдельных клеток, молекул и атомов.     Первое десятилетие ХХI века показывает, что мы делаем ощутимые шаги на пути перехода от оборонительной медицины к медицине наступательной, упреждающей.

    Важная роль в этом процессе принадлежит инновационным технологиям, которые могут приблизить человечество к осуществлению давней мечты – эффективно излечивать сахарный диабет, а в идеале – вообще избавить мир от этого тяжкого заболевания организма - биологического объекта.
    Из проделанной работы мы можем сделать вывод, что нанотехнологии - это прорыв, дорога в будущее,  где люди смогут быть излечены от многих опасных болезней. Наномедицина - это путь к здоровому человеку.

6.Источники информации:

Литература:

1. Богданов А.А. Нанобиотехнологии : искуственные самособирающиеся наноструктуры на основе ДНК / А.А. Богданов, С.В. Козырев // Рос. нанотехнологии. - 2008. - Т. 3, N 3-4. - С. 62-69

2. Воздействие изделий с фрактальной наноразмерной топологией на некоторые процессы жизнедеятельности и экологии человека / И.Н. Серов [и др.] // Нанотехника. – 2006. - N 1. – С. 146-151

3. Волков А. Наноробот под названием "микроб"? / А. Волков // Знание - сила. - 2007. - N 11. - С. 4-11

4. Гинцбург А.Л. Инновационные аспекты разработки нановакцин и диагностических тест-систем / А.Л. Гинцбург, В.Г. Лунин, А.С. Карягина // Инновации. - 2007. - N 12. - С. 62-66

5. Карлов А.В. Инновационные нано- и клеточные технологии в травматологии и ортопедии / А.В. Карлов // Инновации. - 2006. - N 8. - С. 96-97

6. Кирпичников М.П. О развитии нанобиотехнологии / М.П. Кирпичников, К.В. Шайтан // Инновации. - 2007. - N 12. - С. 55-61

7. Козырев С.В. Нанобиотехнологии - панорама направлений / С.В. Козырев, П.П. Якуцени // Рос. нанотехнологии. - 2008. - Т. 3, N 3-4. - С. 8-11

8. Макаров Н.В. Нанотехнологии для решения экологических и медицинских проблем / Н.В. Макаров // Строит. материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2007. - N 3. - С. 58-59

9. Нолтинг Б. Новейшие методы исследования биосистем. Москва: Техносфера, 2005. - 256с.

10. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. Москва: Техносфера, 2005. - 336с.

11. Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2004. - 240 с.

12. Рыбалкина М., Нанотехнологии для всех, 2005, - 444

13. Статья Наномедицина  из Википедии, свободной энциклопедии. Доступно под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike

14. Байбурин В.Б. Нанотехнологические методы в биологии клеток /В.Б. Байбурин, Ю.П. Волков, Н.П. Коннов // Вопр. прикладной физики. - 2000. - Вып. 6. - С. 108-109

Интернет-ресурсы:

http://nano-portal.ru/post/5901#more-5901

http://nano-portal.ru/post/Uchenye_sozdali_nanonasos_dlya_kontrolya_potokov_krovi_28052010567?sphrase_id=7437

http://www.osp.ru/medit/2011/04/13013468.html

http://www.rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2011/09/22/456637

http://www.ncfu.ru/

http://cyberleninka.ru/article/n/nanochastitsy-farmakologicheskie-nadezhdy-i-toksikologicheskie-problemy

7.Приложение.

Диаграмма№1.Результаты анкетирования старшеклассников о степени осведомлённости о нанотехнологиях, наномедицине и нанофармакологии.

Табл. №2. Нанороботы.

25