Газета «Новости медицины и фармации» 18 (387) 2011

Крошечные наноракеты будут наносить точечные удары по заболеваниям человеческого организма

Идея использования крошечных наноракет, доставляющих лекарственные препараты прямо в пораженные зоны человеческого организма, весьма напоминает сюжет фантастического мультфильма «Осмосис Джонс» (Osmosis Jones). Но запуск такой ракеты внутри живого организма может привести к некоторым проблемам медицинского плана. Традиционные ракетные топлива, да и другие химически активные вещества, способные выступать в их роли, достаточно ядовиты, огнеопасны и неустойчивы. Вряд ли они могут рассматриваться всерьез, чтобы быть кандидатами на вещества, испускаемые соплом крошечной ракеты внутри организма. Но группа исследователей из Германии разработала технологию реактивного движения, не использующую ядовитые вещества, которая может применяться внутри живых организмов.

Исследователи использовали углеродные нанотрубки, на внутреннюю поверхность которых был нанесен слой платины. Будучи помещенными в слабый раствор перекиси водорода, эти нанотрубки работают в качестве реактивных двигателей. Платина выступает в качестве катализатора, разлагающего перекись водорода на воду и кислород, которые извергаются из полости нанотрубки как реактивная струя. Это позволяет получить тягу и движение даже в том случае, если сама наноракета находится в достаточно плотной жидкости, крови или слюне.

Наноракета может двигаться в секунду на расстояние, превышающее в 200 раз ее собственную длину. Изменяя температуру окружающей жидкости, можно управлять скоростью движения наноракеты, а направлением ее движения можно управлять с помощью воздействия внешним магнитным полем. Таким образом, с помощью управления скоростью и направлением движения можно добиться того, что лекарственные препараты, которые несет эта наноракета, будут доставлены в место назначения с высокой точностью.

Конечно, использование перекиси водорода намного безопаснее, чем применение ракетного топлива, но тем не менее сама перекись является очень активным с химической точки зрения веществом и может в некоторых случаях сыграть отрицательную роль. Поэтому сейчас исследователи работают над созданием подобной технологией реактивного движения, рабочим веществом которой будут глюкоза и другие вещества, совершенно безопасные для живых организмов.

«Умная» чашка Петри может революционизировать область медицинских и биологических исследований

Чашка Петри практически не изменилась с тех пор, когда в 1877 г. ее впервые начал использовать немецкий ученый-бактериолог Роберт Кох. Его ассистентом являлся Юлиус Рихард Петри, в честь которого и назвали этот стеклянный сосуд. Использование современных технологий позволяет серьезно модернизировать чашку Петри, которая широко применяется в различных исследованиях, а это, в свою очередь, позволит сэкономить ученым множество часов, проведенных за утомительным разглядыванием исследуемого материала в микроскоп. Новая, «умная» чашка Петри с установленными в ней фотосенсорами (такие широко используются в камерах мобильных телефонов) позволит в автоматическом режиме делать видеозаписи и фотоснимки растущих клеточных тканей и микроорганизмов.

Эта «умная» чашка Петри — ePetri — полностью избавляет исследователей от необходимости извлекать образцы исследуемого материала и изучать их, используя мощные оптические микроскопы. При этом съемка, осуществляемая с помощью ePetri, охватывает всю площадь сосуда сразу, а получаемое разрешение съемки превышает аналогичный показатель, достижимый с помощью оптических микроскопов. Благодаря малым габаритам ePetri может использоваться в составе средств экспресс-анализа передвижных лабораторий, избавляя от необходимости передавать материал на анализ в стационарную лабораторию.

Фоточувствительный датчик от камеры расположен снизу прозрачной емкости, в которой содержится исследуемый материал. В качестве источника света используется смартфон с экраном, имеющим светодиодную подсветку, который располагается сверху сосуда. Используя специальное приложение для смартфона, управляющий компьютер может осветить интересующий объект светом, идущим из разных направлений, что позволяет таким искусственным методом повысить разрешающую способность всей системы в целом. Управляющий компьютер также управляет инкубатором, что позволяет сохранить образцы биологического материала и отснять процесс их роста.

«Используя ePetri, можно обозревать всю площадь сразу, но можно также увеличить масштаб изображения, вплоть до одной интересующей клетки или микроорганизма», — рассказывает Михаэль Эловиц (Michael Elowitz), ученый-биолог из Калифорнийского технологического университета, который проводил исследования с помощью ePetri.

Идея создания ePetri и ее реализация была выполнена командой Чангуеи Янга (Changhuei Yang), профессора электротехники и биотехники Калифорнийского технологического университета. Эта работа демонстрирует пример квалифицированного применения существующих технологий для расширения возможностей лабораторного оборудования и создания микроскопов совершенно нового вида.

Машины-монстры: молекулы, которые могут стирать и восстанавливать вашу память

Картины прошлого, память о хороших днях, воспоминания о людях, которых вы любили и любите, — все это записано в недрах нашего ума подобно тому, как изображения, музыка и видео хранятся на жестком диске вашего компьютера. И по аналогии с компьютером, данные в котором можно переместить, удалить и в некоторых случаях восстановить, с нашими воспоминаниями можно выполнять подобные операции. Предлагаем вам рассмотреть несколько недавно обнаруженных химических соединений, органических и неорганических молекул, с помощью которых можно производить некоторые манипуляции с памятью и воспоминаниями.

Воспоминания в нашем мозге формируются в результате взаимодействий между некоторыми его частями. Итогом этих взаимодействий являются новые нейронные синапсы или изменения в уже существующих синапсах. Синапс — это своеобразная «линия связи» между нейронами, клетками нервных тканей. В плане понимания процессов, происходящих при формировании воспоминаний и при их изменении, человечество еще находится в младенческом возрасте. Все имеющиеся сегодня знания были приобретены в результате наблюдений, экспериментов, проведенных с различными веществами и гормонами методом проб и ошибок.

К примеру, кортизол, гормон стероидной природы, который выпускается в организм корой надпочечников в ответ на стрессовую ситуацию, испытываемую человеком. В паре с адреналином кортизол может вызывать удлинение срока кратковременной памяти. Но наблюдения за людьми, находящимися в постоянной стрессовой ситуации, показали, что длительное воздействие кортизола приводит к укорачиванию срока кратковременной памяти.

Использование маленькой молекулы органического вещества P7C3 (Pool 7 Compound 3 — C21H18Br2N2O) открывает путь к восстановлению воспоминаний. Это вещество имеет ярко выраженные нейрозащитные свойства, что позволяет использовать данный препарат при лечении поздних стадий болезни Альцгеймера. P7C3 стимулирует нейроны к созданию новых нервных связей и защищает нейроны от ухудшения и последующей гибели. Ученым точно неизвестно, каким образом работает препарат P7C3. У препарата P7C3 есть другой аналог, оказывающий на мозг еще более мощное воздействие. Оба этих препарата были обнаружены с помощью естественных экспериментов, проводимых с помощью методики «дробовика». В организм вводилось более 1000 молекул различных веществ, и ученые наблюдали за тем, к чему это приведет. К слову говоря, такой метод является общепринятой практикой при изобретении новых видов лекарственных препаратов.

Введение в мозг огромных молекул вещества CaMKII, которые в тысячу раз больше молекул кортизола и P7C3, позволяет добиться стирания в кратковременной памяти воспоминаний, связанных со страхом. Однако, как и в случае с кортизолом, большая концентрация и длительное воздействие вещества CaMKII вызывают подавление воспоминаний в кратковременной и долгосрочной памяти, связанных со страхом, совершенно не затрагивая другие воспоминания.

Не стоит пугаться: все выше­описанные опыты и эксперименты с памятью выполнялись с использованием в качестве подопытных грызунов и других животных. Поэтому подобные исследования на людях будут проводиться еще через годы, если будут вообще проводиться, исходя из этических соображений. Но такие исследования дают надежду на то, что когда-нибудь люди научатся управлять своей памятью и воспоминаниями и будут использовать это во благо человечества.