Нанотехнологии в биомедицине: диагностика, синтез, нанокремний

7 мая Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Владимира организовал для старшеклассников лекцию «Нанотехнологии в биомедицине». Кандидат физико-математических наук, доцент Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Анастасия Фроня рассказала ученикам школы №2 и лицея-интерната №1 о том, какие специальности нужны уже сегодня, чтобы развивать медицину будущего.

«Задача, стоящая перед биомедициной, – разработка методов диагностики и терапии для сохранения здоровья. Биомедицина – теоретическая междисплинарная область, исследующая организм человека с целью разработки методов и инструментов для диагностики и лечения различных заболеваний, в том числе, генетических», – объяснила Анастасия Фроня.

Нанотехнологии в биомедицине применяются в нескольких направлениях. Во-первых, это создание новых материалов, которые могут заменять живые ткани. Во-вторых, векторная доставка лекарств в наноконтейнерах: к наноматериалу прикрепляется радиофармпрепарат, который попадает в область, требующую лечения или нуждающуюся в диагностике. Учёные, занимающиеся нанотехнологиями, также осуществляют синтез новых соединений путем образования новых молекул без химических реакций, разрабатывают самореплицирующиеся системы на базе бактерий, вирусов, простейших, создают точные медицинские наноманипуляторы и диагностические устройства.

«Наш организм – это тоже наночастицы. Вопрос, который решается при любых исследованиях: как нанообъекты живой системы и искусственные нанообъекты будут взаимодействовать друг с другом? Это самое важное, потому что все свойства наночастиц предсказать нельзя, а задача учёных – сделать эффективное и безопасное средство диагностики и лечения. Наноразмер приводит к возникновению уникальных свойств, которых нет у макрообъекта того же состава», – рассказала доцент НИЯУ МИФИ.

Кремний, например, не обладает магнитными свойствами и не светится, но наночастицы кремния способны к люминесценции и приобретают свойства магнитов. Кроме того, наноразмеры – это увеличение быстродействия протекания разнообразных процессов, самоупорядочение и самоорганизация, минимизация и снижение энергоёмкости. Нанокремний обладает рядом неоспоримых преимуществ: он не токсичен для человека и выводится из организма в течение 48 часов. Поэтому его используют и в качестве диагностического препарата, и для адресной доставки лекарств, и для получения трёхмерного изображения опухолей и поражённых участков организма.

Ещё одно важное направление, которым занимаются в ведущем ядерном вузе России, – это ядерная медицина. «Это все виды томографии: компьютерная, позволяющая получить изображение твёрдых тканей организма, магнито-резонансная, определяющая состояние мягких тканей, и позитронно-эмиссионная томография. В этом виде диагностики используют контрастное вещество, которое вводится в организм человека, содержащее радиофармпрепараты. Наночастица наделяется такими свойствами, чтобы доставляться именно к поражённым клеткам, а затем радиофармпрепарат, который к ней прикреплён, начинает воздействовать на заражённую область. Это позволяет сохранить здоровые клетки и органы, не затрагивая их», – объяснила Анастасия.

Занимаются в НИЯУ МИФИ и 3D-биопринтингом. В 2015 году российские учёные напечатали щитовидные железы мыши, а в декабре 2018 года этот эксперимент повторили на орбите, на МКС. Также там были напечатаны человеческие хрящи. Эксперимент прошёл успешно.

«Востребованная сейчас профессия – это медицинский физик. Медицинское оборудование достигло такого уровня сложности, что врачу необходим специалист, который сможет соответствующим образом настроить аппарат и расшифровать полученные данные, чтобы врач назначил правильное лечение. Нужны и инженеры, и программисты, чтобы это оборудование создавать и отлаживать процесс распознавания и моделирования. А наиболее ценные специалисты – это биоинженеры, врачи в области высоких медицинских технологий, то есть профессии междисциплинарного характера. И большинство из этих профессий можно получить в нашем вузе», – пояснила Анастасия.

Школьников интересовала доступность нанотехнологий для обычных людей, перспективы печати органов и выращивания растений в условиях космических путешествий, способы продления жизни и повышения качества продуктов питания с помощью нанотехнологий. «Работы хватит и вам, и нам, – уверена Анастасия Фроня. – Ведь мало напечатать живой орган, нужно, чтобы он прижился в организме».

Встреча старшеклассников с доцентом НИЯУ МИФИ Анастасией Фроня прошла в рамках проекта ИЦАЭ Владимира «Профессиональный ориентир».