Нанотехнологии в медицине. Системы доставки лекарств.

Введение

На данный момент технологии, при определении которых, используется приставка нано (перевод) имеют невероятную популярность среди учёных из различных областей. Человечество стремится как можно глубже и детальнее изучить процессы и закономерности организма человека, такая необходимость связна с высокой сложностью устройства человеческого организма. Медицина - та научная область, в которой совершается невероятное количество открытий в различных направлениях. Одним из которых является тема систем доставки лекарственных средств
Нанотехнологии - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать имодифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном  измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их  интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ. СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ

1.1 Необходимость использования и назначение
На данный момент количество различных лекарственных препаратов невероятно велико. На рынке присутствуют различные препараты, имеющие различные показания к применению, но и большое количество аналогов, различающиеся по тем или иным признакам, не связанным с целевым назначением или основным действующим веществом, такими характеристиками могут быть:
Цена
Страна производитель
Основные цели использования систем доставки лекарственных средств:
Преодоление биологических барьеров, находящихся в организме человека;
Уменьшение побочных эффектов действия некоторых лекарственных препаратов;
Увеличение времени нахождения лекарственного средства в человеческом организме.

1.2 История развития
Одним из основоположников изучения темы создания систем доставки лекарственных средств является Пауль Эрлих, родившийся 14 марта 1854 года в Силезии в городе Стрехлене (в настоящее время г. Стшелин, Польша, ранее — Россия) в семье трактирщика. Самым выдающимся достижением польского учёного является создание препарата № 606, который успешно прошёл исиспытание в лечении сифилиса. Экспериментальные исследования прошли успешно, впоследствии весь мир получил новое средство для лечения сифилиса. Эрлих нашел свою, так называемую «магическую пулю». Тем самым было положено начало создания нового семейства противомикробных препаратов, состоящих из трёхвалентного мышьяка. Этот препарат был продуктом сложного для того времени химического синтеза, и его приготовление было сопряжено с большими опасностями при работе с парами эфира. Кроме того, сохранение препарата было связано с чрезвычайными трудностями, так как самая малая примесь воздуха превращала его в ядовитое вещество. Созданный лекарственный препарат Эрлих назвал «сальварсаном» (от лат. «сальваре» — спасать и «арсеник» — мышьяк). Данное вещество обладало активностью в отношении бледной спирохеты, но при этом не оказывало никакого токсического действия на заражённый болезнью человеческий органихм.
Исследования систем доставки лекарственных средств является актуальной с момента открытия сальварсана, тем не менее наиболее значимые открытия, которыми можно отметить данную тематику берут своё начало с 2005 готова, основные этапы развития приведены в таблице №1.


Таблица 1- Основные этапы развития

2005 Биомиметические полимеры
Углеродные нанотрубки
Полимерные нанокапсулы для доставки лекарств
Система доставки лекарств по команде Саморегулирующиеся системы доставки, взаимодействующие с телом
2010
Вирусы и бактерии, созданные при помощи биоинженерии
Терапевтические магнитные и парамагнитные наночастицы Терапевтические дендримеры
Системы доставки терапевтических пептидов и протеинов (биофармацевтика)
2015 Наночастицы для имплантируемых приборов и инженерии тканей
Клеточные и генные целевые системы Комбинированные системы лечения и получения медицинского изображения Мультиѐмкие микрочипы для доставки лекарств

1.3 Общий принцип действия
Существуют две стратегии адресной доставки лекарственных препаратов к поврежденным тканям: пассивная и активная [2]. Пассивная доставка обеспечивается за счет повышенной проницаемости капилляров в очаге поражения [3]. Активная адресная доставка реализуется при прикреплении к поверхности носителя не только действующего вещества, но и направляющих лигандов, специфически связывающихся с маркерами повреждения на мембране измененных клеток [4]. Направленный транспорт лекарственных препаратов может осуществляться и с помощью молекулярных векторов, в качестве которых используются пептиды, гормоны, ферменты, антитела и гликопротеиды [5].
Использование систем из лекарственных препаратов, закрепленных на химически модифицированных нанодисперсных носителях, способных отвечать изменением структуры на стимуляцию со стороны окружающей среды, дает новые интересные возможности для управления процессом направленной доставки препаратов, поскольку наночастица перестает быть пассивным переносчиком лекарства и становится активным участником процесса доставки

. Преимущества таких наночастиц особенно очевидны в ситуации, когда изменения физико-химических свойств вне- или внутриклеточной среды являются уникальными для определенного патологического процесса или заболевания. К таким свойствам среды относят рН, температуру и окислительно-восстановительное равновесие [9].
Многообразие вариантов наноразмерных носителей для лекарственных препаратов можно отразить следующей классификацией:
биологические и биогенные наночастицы (ферменты, белки, рибосомы, вирусы);
полимерные наночастицы (полиэтиленгликоль, полигликолевая и полимолочная кислоты);
полимерные мицеллы (переносчики гидрофобных лекарственных препаратов);
дендримеры (полиамидоамин, полилизин);
липосомы (малые, большие и многослойные липосомы);
перфторуглеродные наночастицы (наночастицы, состоящие из жидкого перфторуглеродного ядра, покрытые липидным монослоем);
углеродные наночастицы (нанотрубки, фуллерены, графен, наноалмазы);
неорганические наночастицы (такие металлы, как золото, серебро, платина, титан, цинк, железо, оксиды металлов и неметаллов, например кремния);
квантовые точки и полупроводниковые нанокристаллы;
магнитные наночастицы.
Такая классификация включает практически все классы потенциальных наночастиц — носителей лекарственных препаратов. Похожая классификация введена авторами [2].
Трансдермальные терапевтические системы
Трансдермальные терапевтические системы представляют собой альтернативный способ назначения тех лекарств, которые не могут быть введены иначе, или их традиционный пероральный путь назначения является менее эффективным. Кожа обладает превосходным барьерным свойством, что ограничивает типы молекул, которые могут быть через нее введены. Тем не менее, для лекарств, обладающих этими свойствами, способ трансдермальной доставки препарата обеспечивает непрерывное дозирование на протяжении продолжительного периода времени. Физические и химические свойства трансдермалъных систем доставки позволяют назначать лекарства с большими размерами молекул, такие как протеины и другие биотехнологические продукты, которые на сегодняшний день могут вводиться в организм только с помощью болезненных и неудобных инъекций.
Процесс трансдермальной доставки лекарств
Кожа защищает тело от неблагоприятного внешнего воздействия. Это обеспечивается за счет труднопреодолимого барьера, который удерживает чужеродные молекулы от проникновения в организм. Также кожа является вместилищем для тканей и органов, регулирует температуру тела и первичную сенсорную чувствительность. Крайний слой кожи (роговой слой - stratum corneum) -- основной компонент барьера для проникающих веществ.
Огромное количество фармацевтических продуктов наносится на кожу.
Такие препараты называют топическими, или дерматологическими, средствами. Несмотря на это, молекулы с соответствующими физико-химическими свойствами могут в небольшом количестве проникать через роговой слой, вызывая системный эффект. Эти продукты могут быть использованы в трансдермалъных системах доставки лекарств, или трансдермальных терапевтических системах.
Трансдермальные терапевтические системы (ТТС) обеспечивают альтернативный способ назначения препаратов, которые не могут быть введены иначе, или их традиционный пероральный путь введения менее эффективен из-за их нестабильности в ЖКТ, узкого терапевтического коридора или короткого периода полувыведения. В ТТС лекарственная молекула диффундирует из медикамента в поверхность кожи, затем препарат проходит сквозь роговой слой и достигает эпидермиса, а потом и дермы, где васкулярная сеть переносит его молекулы к органам.

1.4 Классификация
· Наноструктурированные материалы, в том числе, поверхности с нанорельефом, мембраны с наноотверстиями;
· Наночастицы (в том числе, фуллерены и дендримеры);
· Микро- и нанокапсулы;
· Нанотехнологические сенсоры и анализаторы;
· Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов;
· Наноинструменты и наноманипуляторы;
· Микро- и наноустройства различной степени автономности.

1.5 Последние достижения в данной области
1.5.1 Использование технологии «Нанодрель»
Двойная полупроницаемая мембрана защищает клетку, и для проникновения сквозь нее в зависимости от задач и условий в медицине используются такие способы, как:
Сверхтонкие стеклянных иглы;
Электрических и магнитные поля;
Ультразвук;
Температурный шок.
Ученые Университета штата Орегон и Орегонского университета здравоохранения и науки занимаются развитием технологии внутриклеточной доставки лекарственных препаратов.
Основным предметом их исследования являются системы доставки лекарств с использованием «нанодрелей»