Лента TH Статьи о науке и технике


Нанотехнологии в медицине для восстановления участков тела

∴ 622

Восстановление поврежденных частей человеческого тела —  мечта, которая  будоражит человеческое воображение со времен появления книги о Франкенштейне. Группа европейских ученых, работающих в EUREKA (A Europe-wide Network for Industrial R&D — Европейская сеть исследований и разработок для индустрии) в рамках проекта ModPolEUV (Modification of polymer foils with EUV) сделали перспективный вклад в развитие пластической хирургии благодаря новому междисциплинарному подходу, сочетающему достижения передовой медицины и последние разработки в области нанотехнологий.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения примерно 322 000 человек во всем мире умирают от тяжелых ожогов, но многих смертельных случаев можно было бы избежать при помощи хирургического вмешательства.

При таком  виде вмешательства, в ситуации  когда большая поверхность кожи повреждена, и оставшейся кожи не хватает для трансплантации на наиболее поврежденные участки, новая кожа должна буквально быть выращена из собственных клеток пациента. Однако при длительной задержке роста кожи человек подвергается серьезной опасности заражения какой-либо инфекцией и обезвоживания. Сегодня, чтобы помочь клеткам размножаться, специалисты используют полимерный материал. Из-за своего ряда необычных свойств полимерные материалы часто встречаются в нашей повседневной жизни, начиная с полиэтиленовых пакетов и коробочек из-под йогурта и заканчивая природными биополимерами, такими как древесина или белки, присутствующие в организме человека.

Новые нано-структурированные материалы

В течение последних лет уже известно, что ученые смогли использовать синтетические полимерные материалы для выращивания и размножения клеток человека.

«Примерно 10 лет назад ученые обнаружили, что полимерные материалы могут способствовать образованию слоя клеток. Это стало началом абсолютно новой научной области, находящейся где-то между медициной и нанотехнологиями» — говорит профессор Йоханесс  Хайтц (Johannes Heitz) , старший научный сотрудник Университета г. Линц, Австрия, и главный координатор программы ModPolEUV.

В случае с клетками кожи имплантацию можно произвести только при наличии определенного количества кожи, которую будут выращивать на поверхности полимерного материала. Однако, во многих случаях дефекты самой структуры материала могут значительно затянуть процесс восстановления и даже сделать его неэффективным, а рост клеток — неравномерным. Команде австрийских, чешских и польских ученых, также участвующей в этом научном проекте, удалось разработать простой и новый способ для создания нано-структурированных материалов, которые смогут обеспечить более быстрый рост клеток.

Польские участники исследования из Варшавского военного технического университета заведовали разработками новой лазерной технологии названной ЭУФ (экстремальное ультрафиолетовое излучение) которая была использована для создания нано-структурированных поверхностей полимерных материалов. Луч света ЭВФ, сформированный уникальным зеркалом, изобретенным чешским партнером исследования  S.R.O, направленный на поверхность позволяет создать новые виды полимерных материалов. Эта абсолютно новая технология позволяет достигать большой точности, от 10 до 20 нанометров, в то время как стандартные способы позволяли достигать точности до 100 нанометров.

«Одна из новейших теорий в области выращивания клеток гласит, что чем меньше структура, тем больше возможностей воздействовать на клетки» — говорит профессор Хайтц.

Широкий диапазон человеческих клеток

Техника ЭВФ, благодаря ее высокому уровню точности, также позволяет сохранить структуру материала, что было невозможно в случае других способов видоизменения полимеров.

«Правильная структура является неотъемлемой характеристикой материала, если его планируют использовать для выращивания человеческих клеток» — говорит доктор Хенрик Фидеровиц (Henryk Fiederowicz) профессор Военного университета технологии. — «На этом история не заканчивается. Нано-структуры, созданные с помощью ЭВФ технологий имеют способность влиять на поведение органических и различных других видов клеток, которые можно будет вырастить быстрее и качественнее, в зависимости от вида используемой полимерной поверхности

Разновидности материала, используемого для выращивания стволовых клеток человека,  определят, как будут различаться клетки, в том смысле, что они смогут трансформироваться из одного типа в другой. Другими словами: «Использование того или иного типа полимерного материала поможет вырастить различные виды мышц, нервных и других клеток, адаптированных для человеческого сердца, костей и любых других частей тела». — говорит профессор Хайтц. Благодаря родственности полимерных материалов с человеческими тканями и клетками они могут быть также использованы для создания полностью искусственных имплантатов. На самом деле, многие виды имплантатов уже делают из полимерных материалов, например сердечные клапаны и кровеносные сосуды.

Используя технику ЭУФ можно снизить вероятность отторжения имплантата, а ряд новых материалов будет идеально адаптирован для взаимодействия с любой другой частью человеческого организма.

Широкое применение

Все участники исследования согласны с тем, что EUREKA помогла им  приобрести новый опыт и навыки в других странах Европы, недоступные на родине. Следующим шагом станет введение этих новшеств в рынок.

Военный технический университет Варшавы уже обработал несколько установок EUV в лабораториях США, Германии, Чехии, Франции, Японии, Китая и Южной Кореи. В настоящее время все готовится к полной коммерческой фазе совместно с польской компанией PREVAC, лидером на рынке высокоточных инструментов.

Применение этого нового метода может выйти далеко за рамки нано-медицины и био-технологий. Важным потенциальным рынком в будущем может стать рынок микро-электроники, с его постоянно растущей потребностью в высокоточной литографии. Применение может быть предложено для каждого типа отрасли, в которой используются нано-технологии. Например, в микро-механике, интегральной оптике и других. Исследователи университета г. Линц считают, что выращивание клеток до сих пор находится в стадии тестирования, и профессор Хайтц предпочитает не радоваться раньше времени, хотя сам признает, что результаты были  «весьма обнадеживающими до сих пор».

«Изучение взаимодействия клеток, структурные размеры которых не превышают 100 нанометров, в настоящее время сплотило ученых со всего мира» — говорит Хайтц. — Не смотря на всю важность этих новшеств «наш вклад очень мал по сравнению с многими другими лабораториями, работающими в этой области на данный момент».

По словам профессора Хайнца «восстановление целых органов все еще остается лишь мечтой ученых». Тем не менее, результаты проекта  могут сделать мечту чуть ближе к реальности.

Перевод: Анна Верниковская