Инновации + Медицина

Российские ученые сделали прорыв в борьбе с раком, разработав наночастицы на основе оксида церия. Уникальная технология избирательно защищает здоровые клетки от лучевой терапии, одновременно усиливая воздействие на опухоли. Это открытие обещает революцию в онкологии, делая лечение более безопасным и эффективным. Узнайте, как инновации в нанотехнологиях спасают жизни, и какие перспективы ждут медицину.

Современная онкология всё чаще обращается к нанотехнологиям, и последние достижения ученых из России открывают новую страницу в борьбе с раком. Исследователи из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Саратовского государственного университета создали уникальные наночастицы на основе оксида церия, модифицированные биоактивным соединением пирролохинолинхиноном (PQQ). Эти наночастицы обладают способностью избирательно защищать здоровые клетки от повреждений при лучевой терапии и одновременно усиливать разрушение раковых клеток.

Как работают наночастицы?

Оксид церия — уже хорошо известный антиоксидант, который эффективно защищает клетки от окислительного стресса. Уникальность новой разработки заключается в сочетании этого материала с PQQ — молекулой, обладающей сильными антиоксидантными свойствами. Такая модификация делает наночастицы ещё более эффективными, особенно в условиях облучения.

В ходе экспериментов наночастицы тестировали на двух типах клеток: здоровых фибробластах и раковых клетках. После рентгеновского облучения результаты были поразительными: выживаемость здоровых клеток увеличилась на 45%, тогда как выживаемость раковых клеток снизилась на 31–37%. Этот эффект достигается за счёт различий в кислотности между здоровыми и раковыми клетками, которые по-разному влияют на поведение наночастиц.

Почему оксид церия работает избирательно?

Избирательность оксида церия обусловлена его уникальными химическими свойствами и взаимодействием с окружающей микросредой:

1. Различия в кислотности (pH):
   Раковые клетки создают более кислую микросреду из-за ускоренного метаболизма (эффект Варбурга). Оксид церия реагирует на это, усиливая свою окислительную активность в кислой среде, что приводит к разрушению раковых клеток. В то же время в нейтральной или слабощелочной среде здоровых клеток он действует как антиоксидант, защищая их от повреждений.

2. Управление реактивными формами кислорода (ROS):
   Раковые клетки характеризуются повышенным уровнем ROS, что делает их более уязвимыми к дополнительным окислительным нагрузкам. Оксид церия увеличивает ROS в раковых клетках, доводя их до критического уровня, тогда как в здоровых клетках он снижает ROS, предотвращая повреждения.

3. Переключение между Ce³⁺ и Ce⁴⁺:
   Оксид церия обладает способностью изменять свою степень окисления в зависимости от окружающих условий. Это позволяет ему адаптироваться к различным клеточным средам, усиливая антиоксидантную защиту для здоровых клеток и вызывая окислительный стресс в опухолевых.

4. Роль PQQ:
   Модификация с пирролохинолинхиноном усиливает избирательные свойства наночастиц, улучшая их антиоксидантный эффект и способность воздействовать на микросреду раковых клеток.

Прорыв в лучевой терапии

Одной из главных проблем лучевой терапии остаётся повреждение здоровых тканей. Новые наночастицы позволяют минимизировать эти риски, увеличивая эффективность лечения и снижая побочные эффекты. Это особенно важно при работе с раковыми опухолями, расположенными вблизи жизненно важных органов.

Перспективы развития

Ученые планируют продолжить исследования, протестировав наночастицы на других типах клеток. Это поможет более точно понять механизмы их действия и подготовить технологию к клиническим испытаниям. Если дальнейшие тесты подтвердят эффективность, новый подход станет важным шагом к повышению безопасности и результативности лучевой терапии.

Итог

Разработка цериевых наночастиц — это не только прорыв в лечении онкологических заболеваний, но и яркий пример того, как нанотехнологии могут менять подход к здравоохранению. Уникальная способность наночастиц избирательно защищать здоровые клетки и разрушать раковые открывает путь к созданию более безопасных и эффективных методов лечения, которые спасут миллионы жизней.

Источник: Indicator.Ru

Еще больше химических новостей

Ученые создали мембраны, способные задерживать до 99% вирусов, включая HSV-1 и VSV. Уникальная технология сочетает наночастицы серебра и куркумин, обеспечивая мощную антивирусную защиту.

Эти разработки открывают новые возможности в медицине, фильтрации воздуха и воды, а также создании защитных материалов.

В современном мире борьба с вирусами выходит за рамки медицины и проникает в сферу технологий. Исследование группы учёных открыло перспективы использования трек-оформленных мембран (мембран с трековыми порами), модифицированных наночастицами серебра (AgNPs) и куркумином, для эффективной антивирусной фильтрации.

Почему мембраны?

Микрофильтрационные мембраны давно используются для удаления бактерий и других микроорганизмов из воды и воздуха. Однако борьба с вирусами, особенно мелкими, представляет вызов. Здесь на помощь приходят трек-оформленные мембраны, которые обладают контролируемой структурой пор, позволяющей модифицировать их поверхность для улучшения характеристик.

Нанотехнологии на страже здоровья

Учёные модифицировали мембраны с использованием:

• Наночастиц серебра (AgNPs): они известны своим широким спектром антимикробного действия, включая способность блокировать вирусы на стадии прикрепления к клеткам.

• Куркумина: натурального полифенола с доказанными противовирусными, антиоксидантными и противовоспалительными свойствами.

Комбинация этих двух компонентов усиливает их взаимодействие с вирусами, препятствуя распространению возбудителей. Куркумин, благодаря своей способности связываться с белками на поверхности вирусов, блокирует их проникновение в клетки, а наночастицы серебра уничтожают оставшиеся патогены.

Результаты, которые впечатляют

Тесты показали, что такие мембраны могут задерживать до 99% вирусов VSV и 95% HSV-1. Это открытие может стать революцией в производстве защитных средств — от масок до систем фильтрации воздуха в больницах и лабораториях.

Будущее технологии

Эта разработка демонстрирует, как можно применять природные вещества в сочетании с нанотехнологиями для создания новых решений. Мембраны с серебром и куркумином не только эффективны, но и безопасны для окружающей среды при правильной утилизации.

Компания EASY следит за такими трендами и готова интегрировать инновации в свою продукцию, будь то реагенты для водоподготовки или решения для промышленности.

Заключение

Использование мембран с наночастицами серебра и куркумином — это лишь один из примеров, как наука меняет наш мир. Будущее за технологиями, которые помогают не только жить безопаснее, но и сохранять ресурсы планеты.

Источник: ScienceDirect

Еще больше химических новостей

Прототип «искусственной кожи» для лечения ран и ожогов был представлен учеными Сеченовского Университета Минздрава России. Специальное раневое покрытие, созданное на основе коллагена, оберегает поверхность раны от инфекций и стимулирует формирование новых клеток, а по мере восстановления кожного покрова оно бесследно деградирует, уступая место собственным тканям организма.

В современности, при ожогах и масштабных поражениях кожи, биополимеры всё чаще становятся альтернативой марлевым повязкам. Их ключевыми преимуществами являются защита поврежденных тканей от инфекций, обеспечение доступа кислорода и удержание влаги, что создает оптимальные условия для заживления. Однако многие из таких раневых покрытий не обладают способностью к биодеградации и требуют удаления с течением времени, что вновь травмирует ткани. В то же время, те, что обеспечивают биодеградацию, нередко отличаются высокой стоимостью или сложностью в производстве, а также могут провоцировать инфекционные осложнения.

Специалисты Центра инновационных коллагеновых разработок Сеченовского Университета разработали доступную и эффективную технологию производства раневого покрытия на основе коллагена, в которое можно добавить природный белок — лактоферрин. По мере рассасывания покрытия лактоферрин постепенно высвобождается, защищая рану от инфицирования и регулируя воспалительный ответ организма, тем самым ускоряя процесс заживления.

Ученые испытали новые покрытия на свиньях с длительными незаживающими ранами (более месяца). Признаки заживления проявились уже на третий день, а к 21 дню рана была полностью покрыта свежим эпителием.

«Коллаген прекрасно интегрируется в раневое ложе. Он создает естественную микросреду для клеток, способствующую их активной пролиферации. Более того, в отличие от других материалов, коллаген не обладает иммуногенностью, что означает отсутствие дополнительного воспаления: организм не отторгает его как инородное тело. Эти факторы положительно влияют на процесс регенерации. Лактоферрин предлагает дополнительную защиту от бактерий и, в отличие от антибиотиков, к нему не развивается устойчивость», — отметил руководитель Центра инновационных коллагеновых разработок Артем Антошин.

Сначала новое раневое покрытие будет использовано в ветеринарии, однако в течение двух лет планируется его запуск в медицинское производство. В разработке активно участвуют промышленные партнеры: отечественный производитель коллагеновых биоматериалов ЗАО «Зеленая Дубрава», а также дистрибьютор ветеринарного оборудования и расходных материалов ООО «Базовая диагностика». Ежегодно более 400 тысяч человек в России и 11 миллионов в мире страдают от ожогов. Искусственную кожу можно будет использовать не только для лечения ожоговых повреждений, но и для лечения хронических незаживающих ран, пролежней и язв, включая случаи, связанные с сахарным диабетом.

Внедрение этой технологии может значительно улучшить качество жизни пациентов, страдающих от тяжелых раневых повреждений, и снизить нагрузку на медицинские учреждения. Поскольку покрытие способствует более быстрому заживлению и уменьшает риск инфекций, это может привести к сокращению времени госпитализации и снижению затрат на лечение. Исследования также продолжаются, чтобы расширить применение искусственной кожи в различных областях медицины, включая косметологию и восстановление после хирургических вмешательств. Ученые надеются, что их разработки откроют новые горизонты в области регенеративной медицины, улучшая результаты лечения и повышая доступность эффективных решений для пациентов.

Не так давно в ленте наткнулся на интересную (на мой взгляд) тему, которая вряд ли встретиться простому обывателю - далёкому от мира медицины.

Пост был опубликован нашем коллегой - пикабутянином перед которым лично я снимаю шляпу, ибо без раболепия и лести точно знаю, что он - настоящий Профессионал.

С чего всё началось?

И так, представляю вашему вниманию пионера в этой области, первый робот американской компании intuitive surgical - Da Vinci

Немного истории…

Как не странно, но эра роботизированной хирургии, как и многое другое, зародилась во времена холодной войны и в частности - освоения космоса.

После того как Герой Юрий Гагарин вернулся на Землю в целости и сохранности, люди поняли, что их ждут новые миссии в космос, новые экипажи, длительное время в замкнутом пространстве в дали от…. операционных и выскококвалифицированного медицинского персонала. И встал вопрос - что делать, если члену экипажа потребуется срочное операционное вмешательство. Долго звездно-полосатые думали-думали, и наконец придумали: оборудовать операционную непосредственно в космосе, а оперирующий хирург будет делать свою работу «на удалёнке» - с Земли.

НАСА потратило несколько лет и несколько десятков миллиардов налогоплательщиков и сделали таки подобие современного Da Vinci.

На бумаге всё выглядело просто потрясающе! Однако…

… прошло уже не мало лет (идея зародилась в 60х) и люди до сих пор не имеют технологического решения по воплощению этого гениального проекта в жизнь. Всё дело в пинге - это что-то вроде времени задержки отклика оператор(хирург) - робот. И это стало могильной плитой на проекте, ибо отклик должен быть молниеносный, сопоставимый с анатомическими движениями хирурга.

Все стали потихоньку забывать про все это, пока, в конце 80х, технологию не рассекретили и не продали в частные руки. Далее всё начало развиваться стремительно) Уже в начале 90х (94 или 95 год, если не ошибаюсь) появляется вышеупомянутая компания intuitive surgical, которая и «допиливает» технологию и адаптирует её в некий портативный вариант (на ранних этапах это была стационарная махина, под которую предполагалось строить отдельно помещение, или даже корпус. Вспомните первые ЭВМ). Идея была сырая, никто не понимал для чего это нужно, когда есть хирурги и ассистенты и много кого ещё. Справедливости ради, стоит сказать, что в медицинском сообществе до сих пор встречаются скептики, считающие все роботы не более как очень дорогими понтами (к сожалению и это имеет место быть).

Процесс. Видео автора.

Так из-за чего весь сыр-бор??

Постараюсь совсем коротко и без медицинских терминов (на сколько это возможно).

Однажды люди поняли, что если надо залезть внутрь человека - не обязательно резать его от горла до мошонки, достаточно залезть в человека через естественные отверстия и заглянуть внутрь. Это назвали малоинвазивной хирургией.

Затем люди пошли ещё дальше: всё таки через естественные отверстия заглянуть можно не везде, и «починить» можно не всё, и придумали делать маленькие отверстия (надрезы) в том удобном месте, и опять же, заглянуть внутрь и при надобности что-то починить:) это назвали лапароскопией.

Конечно, на заре использовали совсем примитивные инструменты для этого, но с развитием медицины, развивались и инструменты для подобных операций. В наши дни инструментарий для проведения лапароскопической операции очень разнообразный, есть много разных производителей в разных странах, но плюс-минус выглядит так:

И теперь к самому главному: всё шло хорошо, пока не стали встречаться сложные потологии (скажем так, отхождение от норм), в труднодоступных местах тела.

Здесь-то и придумали мульти-портовый метод с несколькими проколами и более сложными инструментами на каждой из «лап» робота Da Vinci. Выглядит примерно так:

ВАЖНО ПОНИМАТЬ: НИ ОДИН ИЗВЕСТНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ РОБОТ НЕ РАБОТАЕТ ПО ПРИНЦИПУ: НАЖАЛ КНОПКУ - РОБОТ САМ ПРООПЕРИРОВАЛ!

Сама по себе роботизированная система Da Vinci не подразумевает под собой способность этой самой системы принимать какие либо решения в принципе. Это даже не автопилот на современных авто, где у компьютера есть некая свобода выбора принятия решений (набор/сброс скорости, экстренное торможение, перестроение и И так далее). Система Da Vinci работает по принципу именно высокотехнологичного инструмента в руках опытного профессионала. Немаловажно ещё то, что использование робота минимизирует риски, которые нашему телу контролировать невозможно, типа внезапной судороги, тремор рук, и т.д.

Цена вопроса

Подобное оборудование - это штучный товар, не особо нуждающийся в рекламе. Нельзя прийти в магазин и купить)

Оснащение операционного блока таким роботом - это месяцы подготовки, согласования, соответствия самого опер блока стандартам размещения подобных систем, подготовка персонала обслуживания, пуско/наладка, калибровка, подготовка оперирующего персонала и многое другое, так что это - долгий процесс, который может занять до года,а в некоторых случаях и более.

Цена всего этого для медицинской организации в районе 300’000’000+₽ за саму систему + регулярное обновление ПО (само собой за очень неплохую сумму) + основная статья доходов компании-производителя - это расходный материал, то есть инструмент, который крепится к лапам (см. Картинку выше). Каждый сет инструментов оборудован «невзламываемым» чипом, который взаимодействует с чипом, установленном в самом роботе. Сет рассчитан на определенное количество операционных циклов (не помню сколько, но реально не много, возможно около 20), после чего система не позволяет продолжать его использование и нужно новый сет. Аналоги и копии не подходят никак. Таким образом, каждая из установленных по миру ~8000+ систем регулярно нуждается в расходных материалах и платном ПО.

Заключение

Безусловно за роботизированной хирургией будущее, это лишь вопрос времени и степени популяризации. Конечно, Da Vinci - это пионер, монополист и вне всяких сомнений локомотив отрасли. Относительно недавно компания выпустила два новых робота, но для других хирургических решений. Так же в последние 20 лет разрабатывается множество других систем по всему миру - Италия, Израиль, Южная Корея, Великобритания и конечно же - Китай. Существуют как откровенно неудачные копии Da Vinci, так и концептуально другие роботы для работы как с твердыми так и с мягкими тканями, и работающие по принципиально другой философии.

P.S.: на Пикабу уже лет 700, но зарегался недавно) первый пост, не судите строго)