X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Наномедицина широко используется в различных отраслях промышленной и практической медицины. Существенный вклад наномедицина вносит в такую отрасль медицины, как кардиохирургия. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются основной причиной смерти во всем мире. По оценкам, в 2012 году от ССЗ умерло 17,5 миллиона человек, что составило 31% от всех случаев смерти в мире. Из этого числа 7,4 миллиона человек умерли от ишемической болезни сердца, а 6,7 миллиона в результате инсульта. По данным Института измерения и оценки здоровья, на 2015 год уровень смертности от ССЗ в России был в 4,8 раз выше, чем, к примеру, у Японии – стране с минимальным уровнем сердечно-сосудистой смертности в настоящее время. Основное бремя преждевременной смертности в России приходится на заболевания системы кровообращения.

С развитием наномедицины удалось разработать искусственные кровеносные сосуды, используя коллаген, выделяемый из шкуры лося. Этот коллаген является безопасным для человека, поскольку нет ни одного вируса, который способен передаваться от лося к человеку. Одним из наиболее модных в наше время направлений является адаптация наноструктурных покрытий для коронарных и периферических стентов. Например, много внимания уделяется розетковидным нанотрубкам, которые способны к самосборке в биологических средах. Установлено, что таким образом можно добиваться существенного улучшения эндотелизации металлических поверхностей стентов, обращенных в просвет сосуда. Ведутся экспериментальные работы по созданию искусственной крови, полученной из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

Проведен первый успешный эксперимент на мышином сердце: его лишили собственных клеток и населили коллагеновую основу мультипотентными кардиоваскулярными прогениторными клетками человека (МКП), которые получили из фибробластов – клеток соединительной ткани, взятых из небольшого кусочка кожи. С помощью различных факторов роста фибробласты сначала превращают в МКП, а затем направляют развитие МКП в нужное русло, чтобы получить из них клетки, образующие сердце: кардиомиоциты, организованные в мышечные волокна, клетки эндотелия (внутренней стенки сосудов) и клетки гладкой мускулатуры сосудов. Чтобы клетки образовали орган, им нужен трехмерный каркас, которым и являлось мышиное сердце.

В Швейцарии было разработано силиконовое сердце, содержащее левый и правый желудочки, которые разделены дополнительной камерой, наполненной воздухом для того, чтобы перекачивать жидкость, имитируя сердечные сокращения. Мягкое искусственное сердце было создано при помощи технологии 3D-печати и литья воска. Орган весит 390 граммов, его объем — 679 кубических сантиметров. Эксперименты показали, что искусственная модель работает так же, как и настоящий орган, но может выдержать всего 3000 ударов, что соответствует 30 минутам жизни обычного органа, после этого материал деформируется.

Не менее широко используются достижения нанотехнологий в акушерстве и гинекологии. По исходным оценкам ВОЗ, бесплодны 5% популяции – по анатомическим, генетическим, эндокринным и иммунологическим причинам. В мире около 48,5 млн бесплодных пар. Из них 19,2 млн испытывают трудности с рождением первенца. Наиболее распространённым методом разработанным для пар, страдающих бесплодием, является ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение). Согласно данным мировой статистики, положительные протоколы ЭКО фиксируются в 38-40% случаев, но для них необходимо учитывать другие факторы: возраст женщины, состояние систем жизнеобеспечения, среда проживания. Достижения современной неонатальной интенсивной терапии позволяют бороться за жизнь детей, родившихся на 22–23 неделе беременности (нормальный срок составляет 39–40 недель). Сложнее всего помогать детям с IV степенью недоношенности (иногда ее называют экстремальной), ее критерии: вынашивание меньше 28 недель, масса меньше 1000 граммов, рост меньше 35 сантиметров. В настоящее время таких детей надолго помешают в инкубатор, где дыхание обеспечивает искусственная вентиляция легких, а питание вводится внутривенно.

При самой современной терапии шансы выжить при рождении на 23-й неделе беременности составляют примерно 15 %, на 24-й — 55 %, на 25-й — около 80 %. Однако у выживших экстремально недоношенных детей значительно повышен риск различных тяжелых проблем со здоровьем, в первую очередь недоразвития бронхов и легких, а также детского церебрального паралича. После длительных экспериментов с различными инкубаторами и типами доступа к системе кровообращения, была разработана первая искусственная матка. Она представляет собой герметичною пластиковую емкость, напоминающую пакет, с подведенными к ней трубками, через которые по замкнутому контуру, исключающему инфицирование, циркулирует жидкость, которая по основным характеристикам соответствует естественной амниотической. Емкость расположена на специальной подложке, обеспечивающей постоянную температуру. Чтобы решить проблему с поддержанием давления, ученые использовали оксигенатор (прибор для насыщения крови кислородом и удаления углекислоты) сверхнизкого сопротивления, который не нуждается в дополнительном насосе, — для циркуляции в нем достаточно работы сердца плода. Для соединения контура оксигенатора с кровеносной системой плода по итогам экспериментов были выбраны двухсантиметровые артериальные и венозный катетеры, которые поставлены в сосуды пуповины на расстоянии от 5 до 10 сантиметров от брюшной стенки. Профилактика сосудистого спазма проводится местным введением папаверина, атравматичной техникой операции и поддержанием физиологичной температуры и насыщения крови кислородом во время постановки катетеров. В настоящее время происходит модернизация устройства и тестирование его на плодах животных, перед началом клинических испытаний.

Не менее эффективно используются достижения нанотехнологий в офтальмологии. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), во всем мире насчитывается около 37 миллионов слепых людей и 124 миллиона человек с плохим зрением. По расчетам ВОЗ, если вовремя не будут приняты срочные меры, к 2020 году число слепых в мире удвоится и достигнет 75 миллионов. Медики бьют тревогу: если раньше возрастным порогом катаракты считали 60-летний возраст, то сейчас он снизился до 40 лет.

В России каждый второй житель имеет какие-либо нарушения зрения. Ежегодно от воспалительных заболеваний примерно у 4 миллионов россиян снижается зрение. А у 60 % жителей России старше 50 лет имеются серьезные проблемы со зрением, и каждый пятый из них страдает глаукомой.

Использование уникальных наносериумных частиц дало возможность осуществить восстановление фоторецепторов после повреждения. Именно эти особенные частицы способны существенно улучшить зрение, вернуть ему остроту и четкость. Нанотехнологии в офтальмологии упорно развиваются каждый день, ученые работают над созданием новых уникальных имплантатов для проведения сложных операций на зрачке. Именно нанотехнологии способны сохранить, а в некоторых случаях и восстановить потерянное зрение без вреда для общего состояния организма.

В диагностической медицине появились первые умные линзы, которые состоят из двух слоев мягкого эластического материала, между которыми расположены микро чип, определяющий количество глюкозы в слезной жидкости диабетика, и микро передатчик, отправляющий данный на телефон.

Таким образом, наномедицина не стоит на месте, она развивается ежедневно. В скором будущем она поможет избавиться от человеческих недугов, сделать жизнь людей с ограниченными возможностями полноценной. Активные вклады нанотехнологий в медицину помогут врачам не только быстрее ставить верные диагнозы, но и добиваться эффективного лечения.

Код для цитирования: Скопировать