Клінічні аспекти застосування нанотехнологій в хірургічній стоматології та щелепно-лицевій хірургії

За свою історію медицина створила безліч методів ефективного лікування гострих та хронічних захворювань людини та небезпечних ушкоджень тканин організму. Основною метою медиків завжди вважалося швидке ефективне лікування і адекватний догляд за пацієнтом. Західна медицина передбачала лікування вже існуючої хвороби, а у східній медицині основною метою завжди було запобігання хворобам (профілактика), саме тому важливе місце в ній займають акупунктура, масаж, медитація тощо. Проте відмінності між основними цілями східної і західної медицини може помітно зменшитись у найближчі 10-20 років завдяки розвитку нанотехнологій. Якщо нові нанотехнології дозволять визначати генетичний профіль людини і виконувати молекулярний аналіз за зразками крові, то оцінка здоров'я і схильність до певних хвороб може визначатись вже в момент народження людини, або навіть ще до її народження. Таким чином, медики зможуть планувати профілактику та лікування задовго до клінічних проявів багатьох захворювань. У таких умовах профілактична медицина стане нормою, а персональні плани лікування змінять колишні уявлення про якість медичної допомоги. Вчені сподіваються, що досягнення наномедицини змінять на краще не тільки охорону здоров'я, включаючи медичну промисловість і освіту, а й усе суспільство в цілому.

Наномедицина (Nanomedicine) - вивчає можливість застосування нанотехнологічних розробок у медичній практиці для профілактики, діагностики і лікування різних захворювань з контролем біологічної активності, фармакологічної та токсикологічної дії отриманих продуктів чи медикаментів. Цей новий міждисциплінарний напрямок перебуває на стадії становлення. Її методи активно створюються, і незважаючи на те, що більша їх частина поки що існує тільки у вигляді проектів, більшість експертів вважають, що саме цей напрямок стане основним у ХХІ столітті.

Американський вчений у галузі нанотехнологічних розробок Ерік Дрекслер (Eric Drexler) описав основні методи лікування та діагностики на основі нанотехнологій. Ключовою проблемою є створення "машин" ремонту клітин, прототипами яких є нанороботи, які називають також асемблерами або реплікаторами. Однак якщо звичайні нанороботи повинні вміти перетворювати одну річ у іншу, переставляючи їх складові атоми, то медичні нанороботи повинні вміти діагностувати хвороби або сприяти точнішій діагностиці, циркулюючи в кровоносних і лімфатичних системах людини й внутрішніх органах, доставляти ліки до патологічного вогнища та, навіть, виконувати деякі хірургічні операції на нанорівні. Актуальним є вплив нанороботів на прохідність кровоносних судин, на функцію паренхіматозних органів, нервової системи, можливість коректування ДНК, наприклад, для лікування алергії.

Передбачають, що типовий медичний наноробот буде мати нанометрові розміри, що дозволяє рухатися по капілярах і складатися (на базі нинішніх поглядів) з нановуглецю та інших структур. Нановуглець та його похідні доцільно застосовувати через їх високу міцність, пластичність і хімічну інертність. Кінцеві конструкції нанороботів нині перебувають у стадії проектування. Їх застосування, особливості введення в організм, функціонування, тривалість роботи і виведення з організму будуть залежати від конкретних завдань. Проблема біосумісності вирішується за рахунок вибору оптимального матеріалу й розмірів наноробота, а в якості джерел енергії передбачається використовувати локальні запаси глюкози та амінокислот організму людини.

Вірогідно, що керування нанороботами буде здійснюватися акустично шляхом подачі команд через комп'ютер. Зворотний зв'язок також можливо здійснити акустично, але можна його налагодити й на основі внутрішньої мережі з локальними даними, які пересилаються на деякий центральний вузол зв'язку, звідки вони надходять до лікаря. Лікування буде полягати у введенні нанороботів у людське тіло для подальшого аналізу ситуації та ухвалення рішення про метод лікування. Лікар керує нанороботами, одержуючи інформацію від активних нанороботів.

Персонал наномедичної клініки майбутнього повинен буде мати знання з основ наносвіту, оскільки, приміром, незнання законів нанофізики може привести до загибелі пацієнта. Передбачається виключити можливість реплікації (розмножен-ня) нанороботів у організмі людини для виключення фатальних наслідків.

У світі вже створено ряд технологій для наномедичної галузі - адресна доставка ліків до хворих клітин і органів, діагностика захворювань за допомогою квантових міток, лабораторії на чипі, нові бактерицидні засоби (наносрібло, наномідь, нанокремнезем, нанозалізо).

Адресна доставка ліків за допомогою сучасних нанотехнологій дозволяє медикаментам потрапляти лише в уражені органи, уникаючи здорових, котрим ці ліки можуть завдати шкоди. Наприклад, променева терапія та хіміотерапевтичне лікування, знищуючи хворі клітини, згубно діє й на здорові. Вирішення цієї проблеми можливо завдяки створенню певного "транспорту" для ліків, варіанти якого вже запропоновані деякими інститутами й науковими організаціями.

Діагностика захворювань за допомогою квантових міток заснована на відсте-женні переміщення різних речовин (ліків, токсинів, білків) усередині людини, що дає змогу довідатись про ступінь розподілу і введення препаратів. До застосування квантових міток замість них використовували маркери з токсичних органічних барвників, що погано позначалося на пацієнтові, а квантові мітки, як напівпровідникові кристали нанометрового розміру, позбавлені цього недоліку.

Лабораторії на чипі, розроблені деякими компаніями, дозволяють швидко проводити складні аналізи й одержувати результати, які необхідні в критичних для пацієнта ситуаціях. Ці лабораторії дозволяють аналізувати склад крові, встановлювати за ДНК спорідненість людини, визначати отруйні речовини. Технології створення цих чипів подібні до тих, що використовуються при виробництві мікросхем, з поправкою на тривимірність.

На основі використання властивостей деяких наночастинок створюють нові бактерицидні засоби. Так, застосування срібних наночастинок можливе для очищення води й повітря, при дезінфекції одягу та спецпокриттів. Виявилося ефективним використання нанорозмірного сорбенту "Силікс" на основі кремнезему для лікування гнійних ран та відкритих переломів нижньої щелепи.

Перспективу та практичне втілення вирішення численних проблем, які постають у галузі медицини, дають нанотехнології. Нанотехнології, як одні з найбільш досліджуваних останніми роками високих технологій, стали важливим чинником, що сприяє розвитку медицини. Більшість нанотехнологічних досягнень знаходять своє відображення у вирішені тих чи інших проблем, які постають перед лікарями. Перед вченими стоїть завдання розробити високопродуктивні, економічно вигідні та безпечні для людини та зовнішнього середовища технології отримання та використання наноматеріалів для медицини. Тривають дослідження, результати яких повсякчас розширюють наші можливості та дозволяють покращувати здоров'я людини, а отже, і якість її життя [1-11].

ЛІТЕРАТУРА

1. Патон Б.Є. Нанонаука і нанотехнології: технічний, медичний та соціальний аспекти / Патон Б.Є., Москаленко В.Ф., Чекман І.С., Мовчан Б.О. // Вісн. НАН України. - 2009. - №6. - С. 18-26.
2. Чекман І.С. Нанонаука: перспективи наукових досліджень / Чекман І.С. // Наука та інновації. - 2009а. - Т.5, №3. - С. 89-93.
3. Чекман І.С. Нанотоксикологія: напрямки досліджень (огляд) / Чекман І.С., Сердюк А.М., Кундієв Ю.І., Трахтенберг І.М. // Довкілля та здоров'я. - 2009б.- №1 (48). С. 3-7.
4. Чекман І.С. Нанофармакологія: експериментально-клінічний аспект / Чекман І.С. // Лікарська справа. - 2008. - №3-4. - С. 104-109.
5. Чекман І.С. Основи наномедицини / Чекман І.С., Маланчук В.О., Рибачук А.В. - Логос, 2011. - 250 с: іл.
6. Drexler K.E. Engines of creation: The coming era of nanotechnology. New era of nanotechnology / Drexler K.E. // New York: Anchor Press. - 1986. - 229 p.
7. Drexler K.E. Unbundling the future: The nanotechnology revolution. New York: William Morrow / Drexler K.E., Peterson C, Pergamit G. // Quill Books. - 1991.- 225, p.
8. Feynman R.P. There's plenty of room at the bottom / Feynman R.P. // Engineering and Science. California, Institute of Technology - California. - 1960. - Pt. 2. -P. 22-36.
9. Freitas R.A. Jr. Exploratory design in medical nanotechnology: A mechanical artificial red cell / Freitas R.A. // Artificial Cells Blood Substitute Immobile Biotechnology. - 1998. - Vol. 26. - P. 30-32.
10. Freitas R.A. Nanomedicine / Freitas R.A. // Basic Capabilities, Georgetown, TX: Landes Bioscience. - 1999. - Vol. I. - P. 345-347.
11. Jain K.K. Nanomedicine: Application of nanobiotechnology in medical practice / Jain K.K. // Med. Princ. Pract. - 2008. - Vol. 17. - P. 89-101.