Перспективы применения нанотехнологий в медицине

По мнению Ч. Либер, профессора Гарвардского университета (Кембридж, Массачусетс), будущее в медицинской диагностике за нанотехнологиями, обеспечивающими высокочувствительное и специфичное выявление белков, вирусов или ДНК в биологическом материале за считанные минуты. Кажущееся, на первый взгляд, чересчур амбициозным, это заявление небезосновательно. Биологические наносенсоры, успешно разрабатываемые в лаборатории Ч. Либера, в будущем могут внести революционные изменения в диагностическую медицину.

Группа исследователей под руководством Ч. Либера работает над созданием полупроводниковых устройств на основе нанопроводов, выращенных в лаборатории. Нанопровода, толщиной в несколько атомов, расположенные на тончайшей платформе между электродами, образуют нанотранзистор. На поверхность нанопроводов наносяться различные белки-рецепторы, способные специфически связываться с биологическими макромолекулами. В результате этого взаимодействия изменяется электрическая проводимость нанопровода, что сигнализирует о выявлении определённой субстанции.

В 2004 г. в лаборатории Либера был создан сенсор на основе нанопроводов, позволяющий детектировать даже единичную вирусную частицу. Связывание вируса со специфическим антителом, нанесённым на поверхность нанопровода, вызывает значимое изменение электрической проводимости.

Учёным также удалось создать наносенсор,

способный одновременно выявлять и дифференцировать несколько видов вирусов на основе использования нескольких антител, специфических для каждого из них. Такие устройства могут успешно применяться в медицинской диагностике.

Кроме того, были разработаны наносенсоры, выявляющие определённую последовательность ДНК. В одном из таких устройств рецепторы, нанесённые на нанопровода, способны детектировать гены, несущие специфическую мутацию, вызывающую муковисцидоз в 75% случаев.

Перспективная область применения наносенсоров - диагностика опухолевых заболеваний,

основанная на обнаружении онкобелков. Устройства, позволяющие детектировать комплексы белков, характерные для определенного вида опухолей, могут быть использованы для диагностики и оценки эффективности лечения.

В перспективе биосенсоры на основе нанотрубок могут найти применение при разработке новых лекарственных средств. Исследовательская группа под руководством Ч. Либера спроектировала наносенсор, анализирующий способность различных молекул связываться с опредёленными белками, что является основной задачей скрининга потенциальных лекарств. Учёные исследовали ингибиторы белков, регулирующих клеточный рост, в частности иматиниб (с 2001 г.

применяется для терапии хронического миелолейкоза). Сенсор, созданный в лаборатории Ч. Либера, дал возможность оценить способность иматиниба в сравнении с другими субстанциями ингибировать связывание АТФ с мутантным белком, вызывающим бесконтрольную клеточную пролиферацию при хроническом миелолейкозе. Исследования, изучающие биохимические процессы такого рода, довольно трудоёмки, использование в этих целях наносенсоров значительно ускоряет и повышает чувствительность скрининга потенциальных лекарственных препаратов.

Friedrich M.J.

Nanoscale biosensors show promise.

JAMA 2005; 293(16): 1965