XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Нанотехнологии широко применяются в различных сферах нашей повседневной жизни. Особенно они востребованы в областях химии и биомедицины — это основы для создания новых молекул, которые могут быть полезны для людей. Нанотехнологии способствуют развитию многообещающих методов либо путём внедрения существующих методов, либо путём создания новых. Исследователи в академических кругах и промышленности, работающие в таких областях, как биохимия, химическая инженерия, молекулярная биология и генетика, могут воспользоваться преимуществами инструментов нанобиотехнологий в своих исследованиях. Применение нанобиотехнологий способствует интенсивному международному научному сотрудничеству для дальнейшего понимания применения нанотехнологий в биологических системах.

Цель данной статьи — предоставить важные результаты для поддержки новых исследований и инноваций, использующих последние тенденции в нанобиотехнологических процессах, тем самым стимулируя развитие этих конвергентных технологий для устойчивого экономического роста.

В области нанобиотехнологий выполняется множество задач: от создания "орган на чипе" до нанобиосенсоров и нанокатализаторов для передовых инструментов определения характеристик и визуализации, от интеллектуальных систем доставки лекарств до искусственных биоконструкций и от функциональных наноструктурированных поверхностей до интеллектуальных материалов и наножидкостей. Важным является оценка безопасности новых наноустройств. Процесс её осуществления должен начаться с первого этапа разработки концепции и дизайна. Особое внимание следует уделять аспектам трансляции и регулирования нанобиомедицинских устройств, чтобы обеспечить их использование в будущей клинической практике.

Обзор литературы и интернет источников показывают, что современные работы охватывают такие инновационные области, как наноматериалы, применяемые в биотехнологии; наночастицы, используемые в науке и технике охраны окружающей среды; наносенсоры, используемые в биосистемах; наномедицина в контексте биохимической инженерии; микро- и нанофлюидика; микро- и наноэлектромеханические системы; нанонаука и нанотоксикология; нанотехнологии, применяемые в биологии, медицине, пищевой, экологической и сельскохозяйственной сферах; экологическая инженерия и химическая инженерия; наноразмерная электрохимия в биотехнологии; вычислительная нанохимия в биотехнологии; и оценка жизненного цикла нанобиотехнологий. Эти работы охватывают темы, связанные с новыми концепциями и идеями, относящимися к проектированию и развитию нанобиотехнологий. Например, в одном из источников описывается синтез биосовместимых анизотропных металлических наночастиц с использованием экологически чистых методов мокрой химии, где каррагинан является основным ресурсом.
Обобщается возможность создания безопасного и нетоксичного пути синтеза наноматериалов при сохранении их свойств, таких как морфология, выход и монодисперсность. Рассматривается вопрос о внедрении глубокого эвтектического растворителя в качестве экономичного и экологически чистого, его использование позволит извлечь и сформировать желаемые наноструктуры. В работе также описываются преимущества и недостатки методов мокрого химического восстановления, в которых используются поверхностно-активные вещества, и исследуется цитотоксичность синтезированных анизотропных наночастиц in vitro и in vivo. Часть работы посвящена возможной интеграции нанотехнологий в глубокую эвтектическую экстракцию растворителями, а также использованию каррагинана в качестве безопасного стабилизирующего агента для синтеза наноматериалов. Изучение растворителей глубокой эвтектики и каррагинана возможно позволит стать альтернативой для формирования плазмонных наночастиц металлов. Важность применения этих инструментов для улучшения физико-химических свойств и биосовместимости наноматериалов требует обсуждения. Последним достижением в области самосборки аминокислот, посвящена работа на тему “Самосборка аминокислот для создания функциональных биоматериалов” [5]. В статье освещаются процессы и получаемые продукты, связанные со самосборкой аминокислот и обсужадается роль биоматериалов в нанобиотехнологиях.

Авторы в рассматриваемых методах самосборки включали самосборку отдельных аминокислот, самосборку функциональных аминокислот , самосборку координации аминокислот и ионов металлов и самосборку функциональных молекул, регулирующих аминокислоты. Проводимое нами исследование работ по самосборке показали низкую стоимость синтеза, простоту моделирования и хорошую биосовместимость генерируемых биомолекул. Введение и тематические исследования различных типов самосборки с примерами применения новых методов указывают на проблемы адаптации этих наноматериалов к коммерческому применению. Не обходит стороной тема, посвященная разработке и выбору пептидов для блокирования домена, связывающего рецептор SARS-CoV-2, путем молекулярного докинга[6]. Последние разработки в области молекулярного докинга пептидов с помощью молекулярной динамики, показывают взаимодействие пептидов с физиологическими белками. В ходе в этой области были получены результаты отбора и быстрого конструирования пептидов на основе сайтов связывания пептидов, числа водородных связей и аффинности связывания. Также был сделан вывод о потенциальной роли этих пептидов в профилактике инфекции, вызванной SARS-CoV-2.

Еще одно из новых направлений в области нанобиотехнологий представлено в статье: “В поисках цитотоксической селективности в отношении раковых клеток с помощью биогенно синтезированного Ag/AgCl Бейлштейн Дж. Нанотехнология. 2023, 14, 377-379. 379 наночастиц” [7]. В этой работе исследуется использование отходов ананаса для синтеза наночастиц серебра и хлорида серебра, а также анализ избирательной цитотоксичности этих наночастиц на здоровые и раковые клетки. Цель работы - внести вклад в производство альтернативных наноматериалов, полученных из отходов, для терапевтического применения с акцентом на смягчение последствий заболеваний. Методы зеленого синтеза впервые были применены для биосинтеза наночастиц серебра наряду с наночастицами хлорида серебра, поскольку в кожуре ананаса содержатся соли хлора, которые способствуют образованию хлорида серебра. Затем эти наночастицы были охарактеризованы и протестированы на предмет их цитотоксической активности в отношении раковых и здоровых клеток.

Результаты этой работы показывают избирательную цитотоксичность наночастиц по отношению к раковым клеткам по сравнению с таковой по отношению к моноцитам. Это открытие дает толчок к разработке новой системы, в которой цитотоксичность может быть избирательной.

Новые биотехнологические инновации появляются каждый день, и отрасль будет продолжать расти, поскольку люди стремятся превзойти биологические вызовы с помощью конкретных решений, основанных на научных исследованиях

Список использованных источников и литературы

1. Коянде, А. К.; Чу, К. В.; Маникам, С.; Чанг, Дж.-С.; Шоу, П.-Л. Тенденции науки о продуктах питания. Технология. 2021, 116, 290-302. doi:10.1016/j.tifs.2021.07.026

2. Верма, С. К.; Суар, М.; Мишра, Ю. К. Фронт. Биоинженерия. Biotechnol. 2022, 10, 919226. doi:10.3389/fbioe.2022.919226

3. Кампора, С.; Герси, Г. Нанотехнологии. Rev. 2022, 11, 2595-2631. doi:10.1515/ntrev-2022-0148

4. Дас, Н.; Кумар, А.; Райяварапу, Р. Г. Бейлштейн Дж. Нанотехнология. 2021, 12, 924-938. doi:10.3762/bjnano.12.69

5. Жэнь, Х.; Ву, Л.; Тан, Л.; Бао, Ю.; Ма, Ю.; Цзинь, Ю.; Цзоу, К. Бейлштейн Дж. Нанотехнология. 2021, 12, 1140-1150. doi:10.3762/bjnano.12.85

6. Рамирес-Акоста, К.; Росалес-Фуэрте, И. А.; Перес-Санчес, Х. Э.; Нуньес-Ривера, А.; Хуарес, Дж.; Кадена-Нава, Р. Д. Бейлштейн Дж. Нанотехнология. 2022, 13, 699-711. doi:10.3762/bjnano.13.62Рамирес-Эрнандес, М. Х.; Валера-Сарагоса, М.; Виньяс-Браво, О.; Уэрта-Эредиа, А. А.; Пенья-Рико, М. А.; Хуарес-Арельяно, Э. А.; Паниагуа-Вега, Д.;

7. Рамирес-Варгас, Э.; Санчес-Вальдес, С. Бейлштейн Дж. Нанотехнология. 2022, 13, 1505-1519. doi:10.3762/bjnano.13.124