NANONEUROLOGY

Bordina G.E.1, Lopina N.P.2, Nekrasova E.G.3, Kulakova Y.M.4

[1]Candidate of Biological Sciences, Associate Professor; 2Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor; 3Candidate of Medical Sciences, Associate Professor; 4Students, the faculty of general medicine; Tver State Medical University

NANONEUROLOGY

Summary

Increasing morbidity forces people to look for new effective ways and means to restore and maintain health. The aim of this study is to study the latest materials in the treatment of neurological diseases and the prospects of their use, using new technologies and materials. The article discusses in detail the problems of nanotechnology application in neurology and the possibility of its use for diagnostic and therapeutic purposes. Particular attention is paid to the development of pharmacotherapeutic drugs, including drug transportation systems and «point» impact on the affected segments, which determines the opportunities of modern medicine.

Аннотация

Повышение заболеваемости  населения вынуждает искать новые эффективные способы и средства восстановления и сохранения здоровья. Целью данного исследования является изучение новейших материалов в лечении неврологических заболеваний и перспективы их применения, используя новые технологии и материалы. В статье подробно рассматриваются проблемы применения нанотехнологий в неврологии и возможности их использования в диагностических и лечебных целях. Особое внимание уделено развитию фармакотерапевтических препаратов, включая системы транспортировки лекарств и «точечное» воздействие на поражённые сегменты, что определяет возможности современной медицины.

Ключевые слова: неврология, наноматериалы, направленное воздействие, замена патологически измененной нервной ткани.

Keywords: neurology, nanomaterials, directional impact, replacement of pathologically altered nervous tissue.

Нанотехнологии — перспективное направление в развитии современной медицины и фармакологии, связанное с огромными возможностями, открывающимися в отношении оптимизации свойств лекарственных препаратов и создании новых с использованием уникальных свойств наночастиц.

Нанонейрофармакология  — составная часть теоретической, молекулярной, экспериментальной и клинической фармакологии с учётом собственной методологии. При снабжении «молекулярным компасом» наноструктур, они транспортируются направленно, проникая через биологические мембраны,  достигают поражённых органов, клеток и субклеточных структур ЦНС. Реакционная способность определяется интенсивностью первичной фармакологической реакции и последующими за ней изменениями биохимических и физиологических показателей в организме больного. При создании нанофармакологических препаратов необходимо обратить  внимание на конструкцию наноструктуры, степени её загрузки лекарством, путь введения в организм, распределение по различным структурам, биодоступность и токсичность. 

Перспективы использования нанотехнологий в неврологии показаны в работе американских учёных из Йельского университета, которые путём инъекций вводили в спинной мозг, глаз и другие органы подопытных животных пептиды, выделенные из ламинина, способные стимулировать рост нейронов. Эти пептиды соединяются между собой путём самоорганизации в нанонити и образуют трехмерную сеть, которая впоследствии  «заселяется» клетками. Под влиянием этой наносети прогениторные клетки быстро дифференцируются в нейроны. Существует мнение, что такая технология позволит в будущем восполнять утраченные участки мозга или осуществлять замену патологической нервной ткани на нормальную [1,352].

Учёные Италии и Швейцарии [2,126] проявляют определённый интерес к углеродным нанотрубкам, что связано с их способностью  передавать нервные импульсыи способности к повышению эффективности работы мозга и устранению некоторых неврологических заболеваний. Учёные культивировали нервные клетки гиппокампа крыс на подложках из одностенных нанотрубок.  При помощи электронной микроскопии было доказано, что по всей подложке разрослись нейроны, имеющие размеры и морфологию, характерную для здоровых клеток. Кроме того,  в нейронах возникли отклики на внешнюю электростимуляцию, осуществляемую через нанотрубки посредством присоединённого к подложке Ag-электрода. Другие европейские учёные использовали функционализированные углеродные нанотрубки (ф-УНТ). Эти нанотрубки, приобретающие свойство растворимости способны переносить частицы РНК и мРНК  в поражённую ишемией нервную ткань, что даёт перспективу терапевтического применения наноконструкций для лечения различных заболеваний мозга.  Профессор Пиццоруссо, возглавлявший научную группу, полагает, что лечение заболеваний головного мозга требует векторов, способных проникать через гематоэнцефалический барьер с низкой системной токсичностью. 

Антипаркинсоническое действие фактора  роста нервов, сорбированного на полибутилцианоакрилатных наночастицах, покрытых полисорбатом-80, изучено на  животных [3,221-224; 4,38-40; 5,112-113; 6,388]. На мышах был смоделирован паркинсонический синдром и проведено исследование влияния наночастиц на нервную систему. На основе экспериментов был сделан вывод, что наночастицы способствуют доставке фактора роста нервов при системном введении, впоследствии чего уменьшалась симптоматика синдрома.

Не обладающие специфичностью лекарственные препараты не способны избирательно действовать на определенный тип клеток головного мозга, что вызывает затруднения при попытке преодоления гематоэнцефалического барьера и остановке воспалительных процессов в головном мозге. Однако  научной группе из Медицинской Школы при университете Джона Хопкинса (США) удалось уменьшить симптомы церебрального паралича у новорожденных кроликов с моделью заболевания. Авторы эксперимента присоединили лекарственное средство к специализированной наномолекуле, позволившей  препарату эффективно преодолеть гематоэнцефалический  барьер и остановить воспаление в головном мозге. Уникальность исследования заключается в возможности целенаправленного воздействия на микроглиальные клетки. Следующим этапом работы было присоединение  противовоспалительного лекарственного препарата N-ацетил-L-цистеина (NAC)  к синтетическому дендримеру, имеющего форму снежинки с множеством переплетающихся отростков, и последующеевведение лекарственного веществав кровоток новорожденных кроликов, у которых была предварительно воспроизведена травма головного мозга. Дендримеры способствовали преодолению  гематоэнцефалического барьера и высвобождению непосредственно в области активированной микроглии и астроцитов. У  животных из группы контроля, которым вводился только препарат NAC, наблюдалась потеря значительного количества клеток головного мозга и нарушения моторных функций.  Причина, по которой дендримеры соединяются с иммунными клетками, остается не известной. Оптимальным лечением больных церебральным параличом будет  подавление в головном мозге воспаления, а затем проведение регенеративной терапии [7,45-51].

В качестве наноматериалов могут использоваться собственные стволовые клетки человека. Поэтому  изучение влияния  трансплантации стволовых клеток для  улучшения функциональности организма необычайно актуально. В оценке повреждений преимущественно используется диффузионное тензометрическое отслеживание. Разработана стратегия точной доставки, которая способна помочь в разработке новых методов изучения и лечения хронических сирингомиелиновых кист, образующихся  на поздних фазах воспаления в пораженных сегментах [8].

Хорошо известна тесная связь ряда эндокринных и неврологических заболеваний; достаточно отметить, что сахарный диабет является составной частью «метаболического синдрома»,  лежащего в основе цереброваскулярной патологии. Для лечения сахарного диабета предлагается новейший тип сенсора на основе нанотрубок, имплантирующийся под кожу и вызывающий изменение количества глюкозы в крови [9,78]. Этот сенсор востребован и при разработке принципиально новой конструкции искусственной поджелудочной железы, которая представляет собой биореактор — кремниевый контейнер размером 1 см, внутри которого содержится культура клеток, секретирующих инсулин и размещенных на химически модифицированной кремниевой подложке. Стенки контейнера пронизаны порами, которые без затруднений  пропускают глюкозу, кислород, инсулин, но не пропускают внутрь биореактора клетки иммунной системы, способные уничтожить клеточную культуру имплантата. На основе такой же конструкции создаются и другие искусственные эндокринные органы, например, гипофиз: для этого в биореактор помещается культура нейросекреторных клеток гипофиза [10, 21-22].

Таким образом, использование нанотехнологий и наноматериалов в неврологии даёт надежду на то, что в ближайшее время многие традиционные лекарства будут заменены на более эффективные и менее токсичные нанонейрофармакологические препараты.

Литература

  1. Сейфулла, Р.Д. Нанотехнологии в нейрофармакологии/ Р.Д.Сейфулла //  М., 2012. — Onebook — 352 с.
  2. Geliot, G. Nature nanotech / G.Geliot // 2009. — Vol. 4. — Р.126.
  3. Курахмаева, К.Б. Антипаркинсоническое действие фактора роста нервов, сорбированного на полибутилцианоакрилатных наночастицах, покрытых полисорбатом-80 / К.Б. Курахмаева, Т.А. Воронина, И.Г. Капица и др. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — М.2008. — Т.145, № 2. — С. 221-224. 
  4. Курахмаева, К.Б. Нейропротекторное действие фактора роста нервов у животных // К.Б. Курахмаева, Т.А. Воронина, И.Г. Капица и др. // Фармация. — М.,2008. — № 2. — С. 38-40.
  5. Курахмаева, К.Б. Изучение антипаркинсонического действия наносомального фактора роста нервов на модели МФТП-вызванного паркинсонического синдрома / К.Б. Курахмаева, Т.А. Воронина, В.Ю. Балабаньян и др. // Материалы научно-практической конференции «Высокие технологии в терапии и реабилитации заболеваний нервной системы» ММА им. И.М. Сеченова. — М., 2008 г. — С. 112 -113.
  6. Курахмаева, К.Б. Наносомальный транспорт нейротропных средств в ЦНС / К.Б. Курахмаева, И.А. Джинджихашвили, В.А. Развижина, Я.М. Хамди, В.Ю. Балабаньян, Р.Н. Аляутдин // Сборник тезисов докладов международного форума по нанотехнологиям «Rusnanotech». — М., 2008 г. — С. 388.
  7. Семчиков, Ю.Д. Дендримеры — новый класс полимеров / Ю.Д. Семчиков // Соросовский образ.журн. — Н.Новгород, 1998 г. — С.45-51.
  8. Chekhonin, U.P. Transplantation of injured cells to a sonic chronic sense stroke injury/ U.P. Chekhonin, Zhang C.2 // Материалы III национального конгресса по регенеративной медицине. — М. 2017 г.
  9. Меньшутина, Н.В. Введение в нанотехнологию / Н.В. Меньшутина // Изд. научн. лит. — М., 2006.- С. 78.
  10. Нестеров, С.Б. Нанотехнология. Современное состояние и перспективы / С.Б. Нестеров // Докл. XII Международной студенческой школы-семинара. — М.: МГИЭМ, 2004. — С. 21-22.