ЭНЕРГИЧНАЯ "МИОЗИНОВАЯ ТЕЛЕЖКА",
ИЛИ НАНОТЕХНОПОГИИ В СОВРЕМЕННОЙ МЕДИЦИНЕ
Ожидается, что развитие нанотехнологий в медицине приведет
к созданию совершенно новых приемов молекулярной диагностики заболеваний, а также способов направленной доставки генов и других макромолекул в строго определенные типы клеток для их излечения. Однако сумеет ли Россия подготовить собственных специалистов для того, чтобы развивать это направление? Корреспонденту журнала Александру РЫЛОВУ рассказывает декан Факультета фундаментальной медицины МГУ, академик РАН
и РАМН, Всеволод Арсеньевич ТКАЧУК.
Национальный институт здоровья в США впервые применил термин "наномедицина", чтобы ограничить ш области исследований и практического § применения, где макромолекулы и нано-£ частицы используют для диагностики и § лечения болезней.
0
Н Говоря о нанотехнологиях, мы подра-
1 зумеваем конструирование молекул или £ частиц от 10-9 до 10-6 метра. Сюда отно-| сятся белки, ДНК и РНК, антитела, виру-§ сы. Пептиды, а тем более атомы (зона £ 10-9-10-12 метра) не относятся к наноча-| стицам. Они меньше. Бактерии и клетки р (зона 10-6-10-3 метра) тоже не относятся
к наночастицам, будучи крупнее их. И подчеркну, что нанотехнологии предпо-
64
лагают конструирование, а не банальное применение перечисленных молекул и частиц!
Диагностические методы на основе нанотехнологий уже применяются в клиниках. Однако увы, ни один лечебный нанотехнологический препарат в первой половине 2008 года еще не был разрешен для массового применения. Правда, некоторые из них уже находятся на завершающих стадиях клинических испытаний.
В мире сейчас развиваются четыре основных направления наномедицины.
Первое - это визуализация патологических процессов в живом теле с помощью контрастных наночастиц. Второе -создание на основе молекул ДНК, белков или их метаболитов биомаркеров, выявляющих биохимические поломки в целом организме. Третье направление -разработка систем адресной доставки лекарств в клетки и ткани. Четвертое -создание нанороботов.
Теперь по порядку. Чтобы с помощью биомаркера визуализировать, то есть сделать в живом организме видимым невооруженным глазом, например, мета-стазирование в лимфоузлы раковых клеток из первичной опухоли предстательной железы, используют так называемые магнитные наночастицы. Они содержат полученное в результате специальных химических реакций супермагнитное кристаллическое ядро из оксида железа. Образно говоря - частицы железа, которого нет в нормальном орга-
© А. Рылов
низме. Эти намагниченные частицы вводят в составе раствора в вену онкологического больного. В кровотоке частицы поглощаются клетками-фагоцитами, для которых они являются чужеродными телами. Меченые фагоциты разносятся по организму и попадают в лимфоузлы. А поскольку скопления подобных фагоцитов превратятся в контрастирующие агенты для прибора магнитно-резонансного томографа, то врач увидит такие лимфоузлы на дисплее как цепочки из ярких точек.
Обратимся теперь к направлению на-номедицины, выявляющему общие биохимические нарушения. Уникальность нанотехнологий в подобной диагностике состоит в том, что они позволят детектировать в тысячи раз меньшие концентрации белков, ДНК, вирусов, чем это было возможно при рутинных технологиях. К ним относились, например, микрочипы, применяемые для диагностики.
С помощью же квантовых точек сейчас создаются уже не микро-, а наночи-пы. Они позволяют генерировать сотни миллионов точек на той же площади, которую занимала единственная точка в микрочипе. Ожидается, что уже в начале 2010-х годов сконструируют наночип, на который будет нанесен весь геном человека! Это позволит выявлять любые мутации, определять активность множества генов в одном единственном анализе, в одной капле крови пациента.
Еще одна перспективная область на-номедицины - генотерапия. Она включает прицельную доставку генов в ткани и клетки, которым необходимо лечение. Фрагмент ДНК плотно упаковывается и помещается в наноконтейнер. Наиболее успешные примеры генотерапии - это доставка в наноконтейнерах копии гена УБОБ-165, иначе называемого ангио-генным фактором. Он стимулирует ан-гиогенез, то есть образование новых кровеносных сосудов артериол и капилляров.
Американцы разработали поразительный прибор, с помощью которого инъекцию раствора с такими наноконтей-нерами можно сделать точно в ту область сердечной мышцы, которая пострадала после инфаркта. Больному вводится катетер, проникающий через какой-то крупный кровеносный сосуд в желудочек сердца, рядом с которым находится зона инфаркта. Головка катетера излучает ультразвук и измеряет электропроводность в ткани миокарда. Туда, где она оказывается измененной вследствие инфарктного поражения, и производится микроинъекция раствора с наноконтейнерами. Через две-три недели в клетках заканчивается считывание информации с "гена-новосела". Начинается ангиогенез. Этот метод сейчас проходит в США завершающую фазу клинических испытаний с участием добровольцев. В России же пока удалось освоить подобную технологию в опытах на животных.
Что же касается нанороботов, то целиком такой механизм еще не создан нигде в мире. Но в ряде лабораторий РАН и МГУ уже испытан биосовместимый двигатель для нанороботов. Это одновременно и "гусеничная" тяга, и мотор с высочайшим КПД - 92-95%. Ведь здесь химическая энергия превращается в механическую без выделения тепла. В нашем двигателе использован принцип, по которому сокращается мышечная клетка за счет взаимодействия двух белков: § актина и миозина. Когда их нити сколь- § зят по поверхности друг друга, цепляясь ъ своеобразными электрохимическими | "зубчиками", происходит сокращение Н
со
мышцы. |
Мы же присоединили белок миозин к ® наноконтейнеру. Затем ввели это кро- | шечное устройство внутрь клетки, где § актиновые белковые нити образуют ее £ микроскелет. Был снят фильм, показы- | вающий, как наша "миозиновая тележ- « ка" энергично устремилась по актино-вым рельсам внутри цитоплазмы клет-
ки. Надеемся, что наши биомоторы можно будет использовать для доставки макромолекул, необходимых для лечения или диагностики, к ядру или органе-лам клетки. В то же время по причине недостаточного финансирования российской медицинской науки, может случиться так, что нашим пациентам, мечтающим о лечении с помощью наномеди-цины, еще долго придется получать его исключительно в западных странах, а не на родине.
В целом Россия тратит на здравоохранение и медицинскую науку около 3% бюджета, 6% расходуют страны Балтии, "старые" члены Евросоюза - 8-10%, Швейцария - 11%, США - уже более 15%. На здоровье каждого россиянина наша страна тратит по разным оценкам 120-160$ в год, "старые европейцы" -свыше 3000$.
И мало кто знает, что развитые страны выделяют больше 50% своего общего медицинского финансирования на науку. Таким образом на практическое здравоохранение остается меньше половины. Однако за счет того, что общий объем финансирования весьма высок, достаточно средств получают и больницы, и научные институты. Словом "хватает и нашим, и вашим". В России же на медицинскую науку отпускаются лишь крохи. Если так и останется, нанотехно-логии в нашей медицине продолжат свое существование лишь как экспери-§ ментальные разработки. £ Зато если обратиться к другому "неду-I гу" российской медицинской науки, то, § на мой взгляд, ситуация с утечкой моз-£ гов сейчас выглядит уже не столь тре-I вожно.
® Факультет фундаментальной медици-| ны (ФФМ) МГУ, который я возглавляю § уже восьмой год и который, как и МГУ в £ целом, является базой для подготовки | специалистов для высокотехнологичен ных отраслей, произвел к 2007 году десять выпусков врачей. Всего 333 человека. Из них уехали работать за рубеж око-
ло 15 человек - менее 5%. А ведь дипломы выпускников ФФМ вполне конвертируемы в развитых странах!
Наши студенты, в дополнение к минимальному набору знаний и навыков врача, предусмотренных образовательными стандартами РФ, получают и другую "порцию образования". Она приближает их, во-первых, к врачам, которых выпускали российские университеты до 1930 года, когда медобразование по всей стране вывели из университетов и сделали функцией медицинских институтов, а во-вторых - к выпускникам западных стран, где медицинское образование молодежь получает только в стенах университетов.
Специфика этого дополнительного образования состоит прежде всего в том, что за три первые года обучения наши студенты проходят на кафедрах МГУ значительно более широкую подготовку по физике, химии, биологии и другим фундаментальным дисциплинам, чем студенты медвузов.
К тому же два года они изучают биоинформатику. Добавьте сюда и углубленное изучение английского языка и обязательную защиту дипломной работы, написанную на основании экспериментальных данных, полученных в результате соучастия студента в каком-либо исследовании университетских ученых.
За счет всего этого наша молодежь приобретает способность и даже подлинное пристрастие к научной работе, которую более чем 90% из них уже по окончании ординатуры, а затем, в большинстве случаев, также и аспирантуры, совмещают с врачебной деятельностью!
Видимо, на сегодня это и есть оптимальный способ подготовки в России специалистов для медицинской науки, и в том числе для нанотехнологий. Если в науку приходит выпускник обычного медвуза, ему не хватает знаний по фундаментальным дисциплинам. Необходимо тратить много времени и сил на то,
чтобы восполнить отсутствие базового университетского образования. Да и восполним ли вообще такой пробел?
А если медицинской наукой начинает заниматься, например, биохимик или биофизик, выпускник МГУ, который согласно своему диплому не имеет права на лечебную деятельность, то из-за низкой зарплаты за "чистую" науку без врачебной практики он в большинстве случаев вскоре уезжает работать в Европу или США.
Подготовка одного выпускника ФФМ обходится государству недешево - около 6000 долл. в год, то есть почти в четыре раза дороже, чем в обычном медвузе. Но очевидна и польза от столь высокого вложения средств в наших студентов! У нас на ФФМ на одного преподавателя приходится пример
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.