Наногубки

Наногубки собой тип наночастиц , часто синтезированных углеродсодержащих представляют полимеров . ^{[ 1 ]} Они имеют пористую структуру, размер пор составляет около 1–2 нанометров, и поэтому их можно использовать для поглощения небольших количеств вещества или токсина . ^{[ 2 ]} Наногубки часто используются в медицине в качестве систем адресной доставки лекарств , методов детоксикации или как способ устранения повреждений после травмы. ^{[ 3 ]} Их также можно использовать в экологических целях для очистки экосистем , выполняя такие задачи, как очистка воды или отложений металлов. ^{[ 1 ]} Их небольшой размер позволяет им быстро перемещаться по таким веществам, как вода или кровь, эффективно находя и атакуя нежелательные вещества. Наногубки часто производятся синтетически, но часто включают в себя натуральные материалы для повышения их эффективности при введении в организм. Наногубки превосходят микрогубки в применении, поскольку меньший размер позволяет меньше нарушать работу системы, в которой они реализованы, что снижает риск неудачных или пагубных последствий. Приставка «нано» подразумевает, что предметы такого размера измеряются по шкале $10^{-9}$ метры.

История

Наногубки впервые были названы « циклодекстриновыми наногубками» ДеКуаном Ли и Мин Ма в 1998 году. ^{[ 4 ]} Этот термин был использован потому, что существует поперечно-сшитый β-циклодекстрин с органическими диизоцианатами . В этой структуре присутствует нерастворимая сетка, что демонстрирует высокую константу включения. Эти полимеры образуются в результате реакции нативных циклодекстринов со сшивающим агентом, причем последний влияет на поведение и свойства всего звена. ^{[ 5 ]}

не было обнаружено, что циклодекстриновые наногубки могут быть носителями лекарств . Пока Тротта и его коллеги не провели работу, ^{[ 6 ]} Они осуществили синтез новых видов наногубок из циклодекстрина, что выявило множество потенциальных применений, которые ранее не рассматривались. ^{[ 5 ]}

Механизмы

Структура

Циклодекстрины представляют собой класс циклических олигомеров глюкопиранозы с общей структурой α, β и γ. α-циклодекстрины содержат шесть глюкопиранозных единиц, β-циклодекстрины — семь, а γ — восемь. Циклодекстрины представляют собой биологические наноматериалы , молекулярная структура которых существенно влияет на их супрамолекулярные свойства. Для синтеза циклодекстринов ферментативное воздействие осуществляется на гидролизованный крахмал . ^{[ 5 ]}

Циклодекстриновые наногубки состоят из трехмерной сшитой полимерной сетки. Их можно получить из α-, β- и γ-циклодекстринов. Включающую способность и солюбилизирующую способность наногубок можно регулировать в зависимости от количества используемого сшивающего агента. ^{[ 5 ]}

Функции

Циклодекстрины имеют тороидальную форму, что позволяет им иметь полость внутри, в которой могут помещаться другие молекулы . Эта полезная структура позволяет им действовать в качестве переносчиков лекарств в организме, пока соединения доставляемые имеют совместимую геометрию и полярность с полостью. Чтобы определить, когда эти соединения будут доставлены, структуру циклодекстриновой наногубки можно модифицировать, чтобы раньше или позже высвободить ее содержимое. Несколько лигандов можно конъюгировать на поверхности наногубки, чтобы определить, куда она будет направляться в организме. ^{[ 5 ]}

Натуральные синтетические наногубки

Липосомы

При введении в организм синтетические наногубки из липосом могут быть покрыты лейкоцитами . Эти лейкоциты могут быть включены в наночастицы с помощью методов, известных как стратегия «клеток-призраков» или стратегия «автостопа». Стратегия автостопа — это когда наночастицы передаются живыми лейкоцитами. Метод призрачных клеток предполагает наночастицы, покрытые естественной мембраной. ^{[ 7 ]} Поскольку наногубки покрыты лейкоцитами, они будут тянуться к месту инфекции или инородного тела в организме. Наногубки избегают атаки макрофагов , поскольку покрыты натуральными материалами. Исследователи тестировали их только на лабораторных животных, но предполагают, что липосомальную наногубку будет легче получить одобрение FDA для использования в стационаре. Исследователи обнаружили многообещающие результаты в использовании этих наногубок для доставки лекарств, снятия воспаления и восстановления поврежденных тканей. ^{[ 8 ]}

Покрытия (РБК и РБК-ПЛ)

Распространенными патогенами могут быть токсины , образующие поры в клеточной мембране . Эти клетки нацелены на эритроциты . Когда вокруг нет эритроцитов, эти токсины нацелены на тромбоциты . Существуют нанороботы с покрытием, похожим на эритроциты и тромбоциты, что позволяет им маскироваться под эритроциты и/или тромбоциты. ^{[ 9 ]} Эти нанороботы с покрытием RBC-PL демонстрируют эффективное движение в крови без видимого биообрастания . ^{[ 9 ]} Их движение имитирует движение естественных клеток. Эта способность смешиваться усиливает их способность связываться с патогенами, прилипающими к тромбоцитам. Повышенная связывающая способность помогает нанороботам более эффективно нейтрализовать токсины, поскольку патоген, нацеленный на эти типы клеток, с большей вероятностью будет взаимодействовать с нанороботами. Это, в свою очередь, увеличивает количество столкновений и взаимодействий между нанороботами и патогенами/токсинами. Нанороботы помогают поглощать и удалять токсины и бактерии. Другими функциями этих нанороботов являются способность нейтрализовать цитолитическую активность независимо от молекулярной структуры , усиление транспорта массы, а также они могут бороться с аутоиммунными заболеваниями . ^{[ 9 ]} Наличие натурального покрытия на чем-то синтетическом позволяет нанороботам использовать преимущества как натуральных, так и синтетических материалов.

Экологическое применение

Нефтяное загрязнение земли

Такие вещества, как сырая нефть и смола, загрязняют землю, и их трудно очистить из-за того, что они прилипают к грязи и почве. Эти токсичные материалы, попадающие в почву, могут нанести вред здоровью животных и людей, потребляющих растения, выращенные в этой почве. ^{[ 10 ]} Существующие методы удаления этих загрязняющих веществ со свалок опасных отходов оказались дорогостоящими и неэффективными. Инженеры Корнеллского университета создали частицу длиной 20 нанометров, которая может самособираться в воде так, что ее ориентация обеспечивает гидрофильную внешнюю и гидрофобную внутреннюю часть. ^{[ 10 ]} Эти частицы достаточно малы, чтобы быстро перемещаться по песку и почве, не попадая в ловушку. Исследователи из Корнелла ввели эти наночастицы в нижнюю часть стальной колонны, наполненной песком, загрязненным фенантреном и полициклическим ароматическим углеводородом (ПАУ), компонентами, которые обычно содержатся в смоле. Они наблюдали, как наночастицы поднимались вверх по колонне, очищая по пути песок. ^{[ 11 ]} Гидрофобные ядра наногубки вытягивали фенантрен из песчинок внутрь губки. ^{[ 11 ]}

Исследователи намерены однажды использовать эту технологию для улучшения технологии «накачивай и очищай рекультивацию», при которой загрязненные грунтовые воды выкачиваются на поверхность, очищаются от загрязняющих веществ , а затем закачиваются обратно в землю. Благодаря внедрению этих наночастиц загрязняющие вещества можно будет более эффективно собирать, не попадая в почву. После очистки от токсинов их можно еще раз ввести в почву для продолжения очистки. накопившихся ^{[ 10 ]}

Очистка сточных вод

Некоторые наногубки созданы экологически чистыми и имеют высокую концентрацию групп карбоксильных . Они используются для удаления отложений металлов из сточных вод в океанах, где организмы могут поглощать эти отложения, что приводит к вредным накоплениям в их тканях. Концентрация тяжелых металлов растет по мере продвижения по пищевой цепи по мере того, как организмы поедают другие организмы. ^{[ 1 ]} Находясь на вершине пищевой пирамиды, люди подвергаются наибольшему риску пагубного воздействия этих металлов в нашей пище. Эти эффекты включают аллергические реакции , бессонницу , проблемы со зрением и могут быть настолько серьезными, что могут привести к умственной отсталости, слабоумию и заболеванию почек . ^{[ 1 ]} В отличие от многих органических загрязнителей , тяжелые металлы можно удалить и уничтожить с помощью наноматериалов, таких как наногубки. Эти наноматериалы действуют как устойчивые фильтрующие материалы, связываясь с металлами и удаляя их из сточных вод, прежде чем они попадут в экосистему. Использование наногубок для этой цели приводит к более высокой эффективности и более низкой стоимости, чем альтернативные методы очистки, такие как ионообменные смолы, активированный уголь или другие биологические агенты. Пористые материалы, полученные из возобновляемых и недорогих источников, таких как целлюлоза , хитин или крахмал , являются одним из наиболее перспективных классов абсорбентов с точки зрения эффективности. ^{[ 1 ]}

Циклодекстрины (ЦД) и амилоза происходят из крахмалов и хорошо известны своими своеобразными структурными особенностями и сложными свойствами. ^{[ 1 ]} Внутренние полости в этих компакт-дисках служат местами для гидрофобных или очень слабо гидрофильных молекул и, следовательно, создают сильное сродство к органическим молекулам на границе раздела вода-твердое тело. ^{[ 12 ]} Чтобы правильно связать металл с этими компакт-дисками, декстрины должны быть химически изменены путем добавления кислотной функциональной группы . ^{[ 1 ]} Эти функциональные группы подвергаются депротонированию в водной среде, поэтому их реакция с гидроксильными группами отрицательно заряженные нерастворимые в декстрине позволяет создавать полимеры. Эти полимеры известны как наногубки из-за их пористости ; они способны связываться как с органическими молекулами, так и с металлическими отложениями. После очистки эти наноспонги можно легко отделить от воды простой фильтрацией, поскольку они нерастворимы ни в каких растворителях. ^{[ 1 ]}

Один тип исследуемой наногубки изготавливается из β- циклодекстринов и линейного производного горохового крахмала, называемого линекапсами. β-циклодекстрины используются из-за их низкой стоимости и пор среднего размера, позволяющих собирать широкий спектр гостевых молекул. ^{[ 1 ]} Кроме того, β-циклодекстрины предпочтительнее полимеров декстрина , поскольку они также могут взаимодействовать с переходными металлами . Первичные и вторичные гидроксильные группы могут действовать как координационные центры с некоторыми ионами металлов, а ЦД могут координировать более одного иона одновременно. ^{[ 1 ]} Эти два компонента вступают в реакцию с лимонной кислотой в воде с образованием наногубок, используя моногидрат гипофосфата натрия в качестве катализатора реакции. Эти наноспонги сравнивали с характеристиками наногубок, синтезированных таким же образом, заменяя лимонную кислоту ПДМА (пиромеллитатным веществом). ^{[ 1 ]}

В процесс синтеза было введено большое количество поперечных связей для создания максимального количества карбоксильных групп . Это позволило повысить к комплексообразованию способность этих наногубок с другими молекулами. Высокая степень сшивки обычно приводит к получению полимеров с низкой набухаемостью , которые больше подходят для очистки воды, поскольку вода не занимает места, предназначенного для металлических отходов, и ее легче отфильтровать из воды после очистки. Увеличение времени контакта приводит к более высокой эффективности очистки наногубок в сточных водах . ^{[ 1 ]}

Было обнаружено, что при высоких концентрациях металлов пиромеллитат способен поглощать больше металлических отложений. При низких концентрациях они оба действовали почти одинаково. Однако в присутствии мешающей морской воды цитратные наногубки смогли избирательно поглощать больше металла, чем наногубки из ПДМА , что позволило им более эффективно очищать металл от соленой воды. ^{[ 1 ]} Хотя исследования этих наногубок из лимонной кислоты все еще пересматриваются и развиваются, они обещают стать устойчивым способом очистки экосистемы от отложений металлов . ^{[ 1 ]}

Медицинские приложения

Доставка лекарств

Наногубки исследуются для использования в системах доставки лекарств для лечения рака и инфекционных заболеваний. Хотя размер наногубок составляет одну трехтысячную от размера эритроцитов , каждая из них может переносить тысячи молекул лекарства. Они могут скрываться в иммунной системе , где иммунные клетки пытаются разрушить и удалить инородный материал из организма. Частицы, покрытые мембранами циркулирующих эритроцитов, обнаружить невозможно. Кроме того, частицы, покрытые мембранами циркулирующих лейкоцитов или лейкоцитов, избегают атаки макрофагов . ^{[ 8 ]}

Основные проблемы, связанные с недавно разработанными химическими соединениями, включают фармакокинетические проблемы, плохую растворимость в воде и низкую биодоступность . Это приводит к препятствиям при использовании обычных лекарственных форм. Наногубки могут решить эти проблемы, поскольку их пористая структура дает им уникальную способность захватывать как гидрофильные , так и гидрофобные лекарства и высвобождать их весьма предсказуемым образом. Эти маленькие губки путешествуют по всему телу, пока не достигнут целевого участка, где они связываются с поверхностью и осуществляют контролируемое высвобождение лекарства. Технология наногубок широко исследуется на предмет ее использования при доставке лекарств с использованием методов перорального, парентерального и местного введения . Сюда могут входить такие вещества, как противоопухолевые средства, белки и пептиды , летучие масла и генетические материалы. Эти маленькие губки путешествуют по всему телу, пока не достигнут целевого участка, где они связываются с поверхностью и осуществляют контролируемое высвобождение лекарства. Потенциальные приложения для доставки лекарств в определенные места включают: легкие , селезенка и печень . ^{[ 13 ]}

Борьба с устойчивостью к антибиотикам

Наногубки с мембранным покрытием можно использовать для борьбы с устойчивостью к антибиотикам, поскольку они улавливают и удаляют токсины из крови. Токсины, поражающие эритроциты, будут прилипать к наногубкам, поскольку губки покрыты живыми клетками. Губки поглощают токсины, поэтому они больше не могут нанести вред клеткам, а токсины попадают в печень и расщепляются. ^{[ 8 ]}

Детоксикация

Было проведено исследование с целью определить способность наногубок поглощать порообразующие токсины . Порообразующие токсины (ПТТ) являются наиболее распространенными белковыми токсинами, встречающимися в природе. Они разрушают клетки, образуя поры в клеточных мембранах, которые изменяют проницаемость клеток. Примеры этого включают бактериальные инфекции и яды . Все эти яды используют стратегию образования пор , при которой они создают поры в клетках, которые атакуют, чтобы те вытекали до тех пор, пока они не перестанут функционировать. ^{[ 14 ]} Идея этого исследования заключалась в том, что, ограничивая PFT, можно снизить тяжесть бактериальных инфекций. Исследование проводилось с использованием наногубки ( полимерного ядра), завернутой в эритроцитов естественной мембраны бислой , чтобы бактерии или яд атаковали ее. Полимерное ядро стабилизирует оболочку мембраны, а бислой мембраны позволяет наногубке поглощать широкий спектр PFT. ^{[ 15 ]} Было проведено тестирование для определения способности наногубок нейтрализовать PFT. Исследователи обнаружили, что наногубка поглощает токсины, повреждающие мембраны, и отвлекает их от клеточных целей. У мышей наноспонги значительно снизили токсичность стафилококкового альфа -гемолизина и улучшили выживаемость. ^{[ 15 ]}

Наночастицы, покрытые мембраной, работают так, что после атаки токсина он задерживается внутри каркаса наногубки. После того, как наногубка наполняется токсинами и больше не может их удерживать, она перемещается в печень, чтобы отфильтровать токсины. ^{[ 15 ]} Перед исследователями стоит вопрос о том, как справиться со всеми различными типами бактерий и ядов . Сделать много разных наногубок для каждой конкретной бактерии и яда практически невозможно. На данный момент они сосредоточены на таких токсинах, как; E. coli , MRSA , пневмония , пчелиный яд , змеиный яд и яд актинии . Одна наногубка может захватывать множество бактерий и ядов, вместо того, чтобы быть адаптированной к каждому в отдельности, потому что, когда яд физически пытается индуцировать целостность мембраны эритроцитов, яд застревает внутри губки. ^{[ 14 ]}

Препятствием, с которым столкнулись исследователи, является продолжительность жизни наногубок. После введения наногубок они могут быстро перемещаться по кровеносной системе и обнаруживаться в печени, где отфильтровываются в течение нескольких часов. Это означает, что наногубке не хватает времени, чтобы впитать максимальное количество токсина, которое она может удержать. ^{[ 16 ]} Исследователи работают над методом использования гидрогеля для покрытия наноспонг, чтобы продлить срок его службы и помочь им оставаться неподвижными после инъекции, чтобы более эффективно очищать организм от токсинов. Исследование, проведенное Калифорнийским университетом, показало, что 80 процентов наногубок, покрытых гидрогелем , сохраняются более двух дней после инъекции. Только 20 процентов наногубок, не покрытых гидрогелем , просуществовали два часа после инъекции и распространились в другие места тела. ^{[ 16 ]}

Приложения безопасности

Обнаружение взрывчатых веществ

Свойства наночастиц можно изменить с помощью систем наночастицы- лиганды , нацеленных на определенные аналиты . Электромагнитные свойства наногубок можно изменить путем связывания аналита и использовать их в качестве преобразователя в системах химического зондирования, особенно для взрывоопасных аналитов. Датчики, основанные на этих свойствах, предназначены для обнаружения низких концентраций взрывоопасных аналитов как в растворе, так и в паровой фазе. ^{[ 17 ]} Эти системы могут быть построены на основе систем обнаружения из стандартных компонентов, поскольку сигнал, собираемый этими датчиками, измеряется стандартными научными приборами, что делает их более применимым вариантом обнаружения взрывчатых веществ. ^{[ 18 ]} Полупроводниковые оксиды металлов широко считаются наиболее перспективной платформой для твердотельных газовых датчиков. Благодаря повышенной чувствительности проводимости к поверхностным эффектам были синтезированы различные формы наноструктурированных оксидов металлов и изучены их чувствительные свойства. ^{[ 17 ]}

поверхностного плазмонного резонанса Полоса коллоидного золота (ППР) наночастиц (AuNP) является одним из исследованных электромагнитных свойств. В AuNP свободные электроны на поверхности металла будут взаимодействовать со светом, что приводит к большим колебаниям поверхностного электромагнитного поля. Это приводит к тому, что частицы сильно поглощают свет на определенных резонансных частотах этих электронов, продвигая полосы SPR. Чтобы использовать эту концепцию в сенсорных системах, необходимо использовать их в спектроскопии комбинационного рассеяния света (SERS). Спектр комбинационного рассеяния света можно использовать для идентификации молекулы, используя падающий свет для возбуждения активных колебательных мод комбинационного рассеяния и необратимого рассеяния фотонов . Это создает уникальный спектр, который может предоставить информацию о форме молекул. Спектр, полученный от неизвестного аналита, можно сравнить с библиотекой известных спектров, чтобы выявить любые угрозы. ^{[ 18 ]}

Комбинационное рассеяние очень слабое, что затрудняет необходимость улучшения обнаружения. Если молекула связана с металлической поверхностью, падающий свет возбуждает поверхностные плазмоны , вызывая поляризацию в связанных молекулах, увеличивая количество необратимо рассеянного света от рамановских колебательных мод, что приводит к усилению сигнала. Наилучшее усиление SERS достигается за счет наличия сильных локализованных плазмонов , попадающих в пределы длины волны возбуждения рамановского лазера, поэтому золото и серебро часто используются . Полосы ППР в частицах золота и серебра имеют длину от 400 до 800 нанометров и легко доступны для видимого света. Кроме того, они стабильны на воздухе, поскольку химически инертны. ^{[ 18 ]}

Флуоресценция — еще одно свойство , коллоидных полупроводников анализируемое при создании сенсорных систем. Квантовые точки — это полупроводниковые наночастицы , которые достаточно малы, чтобы удерживать генерируемую пару дырка-электрон во всех трех пространственных направлениях, что приводит к квантованию энергетических уровней, в результате чего электронная структура материала оказывается между классическим полупроводником и классическим молекулярным материалом. Это квантование приводит к тому, что наночастицы демонстрируют резкие фотонов полосы поглощения и излучения , а ширина запрещенной зоны тесно связана с размером наночастицы. Флуоресценция возникает в результате фотовозбуждения в этих квантовых точках и легко настраивается на видимую или ближнюю инфракрасную область спектра за счет выбора полупроводникового материала и размера частиц, что позволяет получить квантово-полезные флуорофоры . Квантовые точки обладают многими свойствами, представляющими интерес для использования в качестве химических сенсоров, включая их высокие флуоресцентные квантовые выходы, устойчивость к фотообесцвечиванию и широкое поглощение, позволяющее использовать узкие полосы излучения. Они хорошо подходят для многоканальных флуорофорных систем, где одна длина волны возбуждения вызывает излучение многих видов различных цветов. Поверхность этих частиц можно изменить с помощью нацеливания. лиганды, обеспечивающие специфическое усиление флуоресценции. Эти оптические свойства квантовых точек используются для создания взрывного сенсорного массива точек. Комбинируя многоканальные флуорофорные системы с переменной реакцией на разные взрывчатые вещества, можно идентифицировать разные взрывчатые вещества при низких концентрациях. Эту технологию можно использовать при сточных вод или почвы загрязнении , а также в зонах захоронения опасных отходов для выявления зон угрозы или загрязненных веществ, которые могут вызвать риск для здоровья людей и животных. ^{[ 18 ]}

Текущие первичные медицинские исследования

Текущие исследования в основном проводятся для медицинского применения наногубок при лечении бактериальных инфекций ( сепсис , пневмония , инфекции кожи и мягких тканей), вирусных инфекций ( Зика , ВИЧ и грипп ), аутоиммунных заболеваний ( ревматоидный артрит , аутоиммунная гемолитическая анемия) . иммунная тромбоцитопеническая пурпура ) и яды (змей и других животных). ^{[ 8 ]} Многие исследования находятся только на начальных стадиях, поскольку внедрение этих решений в организм человека создает множество рисков, для которых применение наногубок еще недостаточно развито.

Уменьшение травм головного мозга

Наногубки были протестированы экспериментально на мышах и показали, что они уменьшают отек при травмах головного мозга или головы. Когда происходит травма, ткани в области травмы набухают, и иммунные клетки устремляются в область повреждения. ^{[ 15 ]} Когда эта травма находится в голове, эта гонка иммунных клеток приведет к отеку мозга и может быть опасной, поскольку мозг содержится внутри клетки, и поэтому ему некуда двигаться, что приводит к давлению в голове, которое может быть вредным. ^{[ 3 ]} Исследования показывают, что наночастицы можно вводить в голову, чтобы отвлечь иммунные клетки от их стремления к мозгу, что уменьшит отек. ^{[ 15 ]}

После травмы головы мышей оставляли на два-три часа, а затем им вводили биоразлагаемые наночастицы, изготовленные из неуказанного, но FDA одобренного полимера , который обычно используется в некоторых растворяющихся шовных материалах. Вместо того, чтобы броситься к голове, некоторые иммунные клетки, называемые моноцитами, побежали к этим наногубкам, а не к мозгу. Моноциты . поглощают наночастицы, а клетки и наночастицы затем отправляются в селезенку для выведения из организма ^{[ 3 ]} Поскольку удаление этих частиц может происходить очень быстро, исследователи смогли сделать мышам еще одну инъекцию через два-три дня, чтобы бороться с воспалением , которое может медленно возвращаться после травмы. Мыши, получившие такое лечение, выздоравливали лучше, чем те, которые не получали эту инъекцию, а у мышей, обработанных наночастицами, размер поврежденного места уменьшился вдвое. ^{[ 3 ]} Зрительные клетки мышей работали лучше в ответ на свет и могли лучше передвигаться по лестнице после выздоровления, демонстрируя улучшение поведения и двигательных функций.

Другие потенциальные методы лечения травм основаны на отправке лекарств или другого груза вместе с наночастицами, однако это исследование было проведено с использованием голых наночастиц, что делает его более дешевым и безопасным в испытаниях, поскольку в организм вводится меньше материала . ^{[ 3 ]}

Исследователи не проверяли это исследование на человеческих травмах. Такие факторы, как тяжесть травмы и общее время восстановления, будут определять последствия попадания этих наночастиц внутрь организма. Страдания мозга включают в себя больше телесных реакций, чем просто этот иммунный ответ, и если накопление наночастиц не будет удалено из организма достаточно быстро, они могут распространиться на другие части тела и вызвать токсическое повреждение. ^{[ 3 ]}

Макрофаговые биомиметические наночастицы для лечения сепсиса

В настоящее время методы лечения сепсиса отсутствуют. Большинство методов лечения являются лишь поддерживающими и неэффективными в борьбе с инфекцией. Исследования, в которых используются наночастицы, биомиметические по отношению к макрофагам. Покрытие макрофагов на поверхности наночастиц увеличивает соотношение поверхности и объема наночастицы. ^{[ 19 ]} Это повышенное соотношение важно для эффективной нейтрализации эндотоксинов . Эти макрофаги действуют как приманки, которые могут связываться и нейтрализовать эндотоксины. Без нейтрализации этих эндотоксинов может возникнуть иммунный ответ. Эти наночастицы способны связывать провоспалительные цитокины , которые подавляют способность запускать септический ответ. Они были протестированы на мышиной модели бактериемии Escherichia coli , где наночастицы смогли значительно увеличить выживаемость мышей за счет снижения уровня провоспалительных цитокинов и предотвращения распространения бактерий. ^{[ 19 ]} Это пока невозможно повторить в медицинской сфере, но это дает надежду на возможность лечения сепсиса. ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

Лечение ишемических инсультов

Наногубки Mn ₃ O ₄ @ nanoerythrocyte -T7 (MNET) могут регулировать кислород и удалять свободные радикалы в случае ишемического инсульта , который является основной причиной смерти и инвалидности в мире. Эти модифицированные наногубки могут помочь ослабить гипоксию после инсульта, имитируя эритроциты и увеличивая количество кислорода в зоне инфаркта . Это позволяет продлить время выживания нейроцитов , что является важной частью лечения ишемического инсульта, поскольку необходимо поддерживать их нормальные функции. ^{[ 21 ]}

MNET работает, потому что он содержит гемоглобин , который обеспечивает эффект кислородной губки. Этот эффект работает путем высвобождения кислорода в гипоксических областях и поглощения его в областях, богатых кислородом. Эффект губки, наряду с удалением свободных радикалов, может успешно и эффективно лечить ишемические инсульты. ^{[ 21 ]}

Биомиметические наночастицы, такие как наногубки MNET, могут легко преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Эффективность пересечения ГЭБ MNET повышается за счет пептида Т7 , который имеет решающее значение при лечении ишемического инсульта. ^{[ 22 ]} В исследовании на крысах с окклюзией средней мозговой артерии (MCAO) у тех, кто получал MNET, наблюдалось значительное ослабление неврологических повреждений. ^{[ 21 ]}

Ограничения исследования

Хотя исследования продвигаются вперед, ученые обнаружили некоторые ограничения. Использование как натуральных внешних компонентов, так и синтетических внутренних компонентов увеличивает сложность разработки наногубок. Низкая растворимость и водная нестабильность являются основными причинами структурной сложности. ^{[ 23 ]} Кроме того, их небольшой размер и уникальные свойства на наноуровне затрудняют полное извлечение их из организма или экосистемы , что может привести к увеличению количества нежелательного синтетического материала в окружающей среде или в организме. ^{[ 24 ]}^{[ 1 ]} По этой причине также трудно проводить исследования на людях. Как и любое медицинское исследование, внедрение новых методов лечения связано с широким диапазоном рисков, поскольку результаты потенциально могут быть фатальными. ^{[ 3 ]} Если наночастицы невозможно извлечь из организма, их токсичное содержание может нанести внутренний вред пациенту. ^{[ 8 ]}^{[ 3 ]} Отторжение организмом этих наночастиц также может вызвать нежелательную иммунную реакцию , которая может больше навредить организму, чем помочь ему. Например, доктор Чжан из Калифорнийского университета в Сан-Диего предполагает, что при ревматоидном артрите это может вызвать иммунный ответ , следовательно, не бороться с болезнью, а стимулировать ее. Если мембраны нейтрофилов используются для покрытия наночастиц, они содержат аутоантигены, вызывающие иммунный ответ. ^{[ 8 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Рубин Педраццо; Смарра; Кальдера; Муссо; Дакар; Чеконе; Хамеди; Корси; Тротта (11 октября 2019 г.). «Экологически чистый β-циклодекстрин и полимеры Linecaps для удаления тяжелых металлов» . Полимеры . 11 (10): 1658. doi : 10.3390/polym11101658 . ISSN 2073-4360 . ПМЦ 6835710 . ПМИД 31614648 .
^ Ли, Д.; Ма, М. (01 сентября 2000 г.). «Наноспонги для очистки воды». Чистые продукты и процессы . 2 (2): 112–116. дои : 10.1007/s100980000061 . ISSN 1435-2974 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Введение наночастиц в кровь обуздало отек мозга у мышей» . Новости науки . 04 февраля 2020 г. Проверено 30 апреля 2020 г.
^ Материалы для разделения полимеров циклодекстрина . 21 ноября 1997 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Тротта, Франческо; Занетти, Марко; Кавалли, Роберта (29 ноября 2012 г.). «Наногубки на основе циклодекстрина как носители лекарств» . Журнал органической химии Байльштейна . 8 (1): 2091–2099. дои : 10.3762/bjoc.8.235 . ISSN 1860-5397 . ПМК 3520565 . ПМИД 23243470 .
^ Тротта, Франческо (2011), «Наногубки циклодекстрина и их применение», Циклодекстрины в фармацевтике, косметике и биомедицине , John Wiley & Sons, Ltd, стр. 323–342, номер документа : 10.1002/9780470926819.ch17 , ISBN 978-0-470-92681-9
^ Хуан, Юкунь; Гао, Сяолин; Чен, Цзюнь (01 января 2018 г.). «Биомиметические системы доставки лекарств на основе наночастиц, полученные из лейкоцитов, для терапии рака» . Акта Фармасьютика Синика Б. 8 (1): 4–13. дои : 10.1016/j.apsb.2017.12.001 . ISSN 2211-3835 . ПМЦ 5985693 . ПМИД 29872618 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Наноспонги впитывают токсины и помогают восстанавливать ткани» . Новости науки . 07.03.2019 . Проверено 02 апреля 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Авила, Берта Стивен-Фернандес; Святилище, Павимол; Рамирес-Эррера, Дорис Э.; Сото, Фердинанд; Теймурян, Хажир; Дехайни, Диана; Чен, Ицзе; Чжан, Лянфан; Ван, Джозеф (30 мая 2018 г.). «Гибридные биомембранно-функционализированные нанороботы для одновременного удаления патогенных бактерий и токсинов» . Научная робототехника . 3 (18): eaat0485. doi : 10.1126/scirobotics.aat0485 . ISSN 2470-9476 . ПМИД 33141704 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Наноспонги: пластиковые частицы собирают загрязняющие вещества» . Новости науки . 20 февраля 2004 г. Проверено 2 мая 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Наногубки впитывают загрязняющие вещества» . Новости науки для студентов . 23 февраля 2004 г. Проверено 2 мая 2020 г.
^ Ли, Д.; Ма, М. (22 сентября 2000 г.). «Наноспонги для очистки воды». Чистые продукты и процессы . 2 (2): 0112–0116. дои : 10.1007/s100980000061 .
^ «Взгляд на НАНОГУБКИ: ОБЗОР | Международный журнал прикладной фармацевтики» . innovareacademics.in . Проверено 30 апреля 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Наноспонж впитывает токсины». Нано сегодня . 8 (3): 217–218. Июнь 2013 г. doi : 10.1016/j.nantod.2013.04.004 . ISSN 1748-0132 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ху, Че-Минг Дж.; Фанг, Ронни Х.; Копп, Джонатан; Люк, Брайан Т.; Чжан, Лянфан (2013). «Биомиметическая наногубка, поглощающая порообразующие токсины» . Природные нанотехнологии . 8 (5): 336–340. Бибкод : 2013NatNa...8..336H . дои : 10.1038/nnano.2013.54 . ISSN 1748-3387 . ПМЦ 3648601 . ПМИД 23584215 .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Гель, наполненный наногубками, очищает инфекции MRSA» . физ.орг . Проверено 30 апреля 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Зурузи, Абу Сама; Макдональд, Ноэль С.; Московиц, Мартин; Колмаков, Андрей (4 июня 2007 г.). «Наногубки» из оксидов металлов как химические сенсоры: высокочувствительное обнаружение водорода с помощью наногубок из титана». Angewandte Chemie, международное издание . 46 (23): 4298–4301. дои : 10.1002/anie.200700006 . ПМИД 17458845 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Певелер, Уильям Дж.; Джабер, Султан Бен; Паркин, Иван П. (2017). «Наночастицы в обнаружении взрывчатых веществ – современное состояние и будущие направления» . Судебная медицина, медицина и патология . 13 (4): 490–494. дои : 10.1007/s12024-017-9903-4 . ISSN 1547-769X . ПМК 5688190 . ПМИД 28801875 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Тамфиватана, Сорача; Ангсантикул, Павимол; Эскахадилло, Тамара; Чжан, Цянчжэ; Олсон, Джошуа; Люк, Брайан Т.; Чжан, София; Фанг, Ронни Х.; Гао, Вэйвэй; Низе, Виктор; Чжан, Лянфан (24 октября 2017 г.). «Макрофагоподобные наночастицы, одновременно поглощающие эндотоксины и провоспалительные цитокины для лечения сепсиса» . Труды Национальной академии наук . 114 (43): 11488–11493. Бибкод : 2017PNAS..11411488T . дои : 10.1073/pnas.1714267114 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5664555 . ПМИД 29073076 .
^ «Исследователи разрабатывают макрофагальные наногубки для борьбы с сепсисом» . AZoNano.com . 05.01.2018 . Проверено 3 мая 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ши, Цзиньцзинь; Сюй, Лихуа; Инь, Лю, Вэй; Чжан, Цзюньцзе; 13 декабря 2019 г. «Биоинспирированная наногубка для спасения от ишемического инсульта». и самоадаптируемая регуляция кислорода». Nano Letters . 20 (1): 780–789. doi : 10.1021/acs.nanolett.9b04974 . ISSN 1530-6984 . PMID 31830790 .
^ Бхарадвадж, Вимала Н.; Нгуен, Дуонг Т.; Кодибагкар, Викрам Д.; Стабенфельдт, Сара Э. (2018). «Терапия черепно-мозговых травм на основе наночастиц» . Передовые материалы по здравоохранению . 7 (1): 1700668. doi : 10.1002/adhm.201700668 . ISSN 2192-2640 . ПМЦ 5903677 . ПМИД 29034608 .
^ Дакар, Нилеш Кумар; Матенсио, Адриан; Бойлер, Фабрицио; Аргенциано, Моника; Кавалли, Роберта; Дианзани, Кьяра; Занетти, Марко; Лопес-Николас, Хосе Мануэль; Тротта, Франческо (20 октября 2019 г.). «Сравнительная оценка исследований растворимости, цитотоксичности и фотостабильности наногубок, нагруженных ресвератролом и оксиресвератролом» . Фармацевтика . 11 10):545.doi : ( 10.3390/pharmaceutics11100545 . ISSN 1999-4923 . ПМК 6836080 . ПМИД 31635183 .
^ Кортленд, Рэйчел (30 мая 2008 г.). «Наногубки могут впитывать разливы нефти». Природа . дои : 10.1038/news.2008.865 . ISSN 0028-0836 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Рубин Педраццо; Смарра; Кальдера; Муссо; Дакар; Чеконе; Хамеди; Корси; Тротта (11 октября 2019 г.). «Экологически чистый β-циклодекстрин и полимеры Linecaps для удаления тяжелых металлов» . Полимеры . 11 (10): 1658. doi : 10.3390/polym11101658 . ISSN 2073-4360 . ПМЦ 6835710 . ПМИД 31614648 .

[2] Ли, Д.; Ма, М. (01 сентября 2000 г.). «Наноспонги для очистки воды». Чистые продукты и процессы . 2 (2): 112–116. дои : 10.1007/s100980000061 . ISSN 1435-2974 .

[:6-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Введение наночастиц в кровь обуздало отек мозга у мышей» . Новости науки . 04 февраля 2020 г. Проверено 30 апреля 2020 г.

[4] Материалы для разделения полимеров циклодекстрина . 21 ноября 1997 г.

[:1-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Тротта, Франческо; Занетти, Марко; Кавалли, Роберта (29 ноября 2012 г.). «Наногубки на основе циклодекстрина как носители лекарств» . Журнал органической химии Байльштейна . 8 (1): 2091–2099. дои : 10.3762/bjoc.8.235 . ISSN 1860-5397 . ПМК 3520565 . ПМИД 23243470 .

[6] Тротта, Франческо (2011), «Наногубки циклодекстрина и их применение», Циклодекстрины в фармацевтике, косметике и биомедицине , John Wiley & Sons, Ltd, стр. 323–342, номер документа : 10.1002/9780470926819.ch17 , ISBN 978-0-470-92681-9

[7] Хуан, Юкунь; Гао, Сяолин; Чен, Цзюнь (01 января 2018 г.). «Биомиметические системы доставки лекарств на основе наночастиц, полученные из лейкоцитов, для терапии рака» . Акта Фармасьютика Синика Б. 8 (1): 4–13. дои : 10.1016/j.apsb.2017.12.001 . ISSN 2211-3835 . ПМЦ 5985693 . ПМИД 29872618 .

[:05-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж «Наноспонги впитывают токсины и помогают восстанавливать ткани» . Новости науки . 07.03.2019 . Проверено 02 апреля 2020 г.

[:7-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Авила, Берта Стивен-Фернандес; Святилище, Павимол; Рамирес-Эррера, Дорис Э.; Сото, Фердинанд; Теймурян, Хажир; Дехайни, Диана; Чен, Ицзе; Чжан, Лянфан; Ван, Джозеф (30 мая 2018 г.). «Гибридные биомембранно-функционализированные нанороботы для одновременного удаления патогенных бактерий и токсинов» . Научная робототехника . 3 (18): eaat0485. doi : 10.1126/scirobotics.aat0485 . ISSN 2470-9476 . ПМИД 33141704 .

[:8-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Наноспонги: пластиковые частицы собирают загрязняющие вещества» . Новости науки . 20 февраля 2004 г. Проверено 2 мая 2020 г.

[:9-11] Перейти обратно: ^а ^б «Наногубки впитывают загрязняющие вещества» . Новости науки для студентов . 23 февраля 2004 г. Проверено 2 мая 2020 г.

[12] Ли, Д.; Ма, М. (22 сентября 2000 г.). «Наноспонги для очистки воды». Чистые продукты и процессы . 2 (2): 0112–0116. дои : 10.1007/s100980000061 .

[13] «Взгляд на НАНОГУБКИ: ОБЗОР | Международный журнал прикладной фармацевтики» . innovareacademics.in . Проверено 30 апреля 2020 г.

[:3-14] Перейти обратно: ^а ^б «Наноспонж впитывает токсины». Нано сегодня . 8 (3): 217–218. Июнь 2013 г. doi : 10.1016/j.nantod.2013.04.004 . ISSN 1748-0132 .

[:12-15] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ху, Че-Минг Дж.; Фанг, Ронни Х.; Копп, Джонатан; Люк, Брайан Т.; Чжан, Лянфан (2013). «Биомиметическая наногубка, поглощающая порообразующие токсины» . Природные нанотехнологии . 8 (5): 336–340. Бибкод : 2013NatNa...8..336H . дои : 10.1038/nnano.2013.54 . ISSN 1748-3387 . ПМЦ 3648601 . ПМИД 23584215 .

[:4-16] Перейти обратно: ^а ^б «Гель, наполненный наногубками, очищает инфекции MRSA» . физ.орг . Проверено 30 апреля 2020 г.

[:11-17] Перейти обратно: ^а ^б Зурузи, Абу Сама; Макдональд, Ноэль С.; Московиц, Мартин; Колмаков, Андрей (4 июня 2007 г.). «Наногубки» из оксидов металлов как химические сенсоры: высокочувствительное обнаружение водорода с помощью наногубок из титана». Angewandte Chemie, международное издание . 46 (23): 4298–4301. дои : 10.1002/anie.200700006 . ПМИД 17458845 .

[:10-18] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Певелер, Уильям Дж.; Джабер, Султан Бен; Паркин, Иван П. (2017). «Наночастицы в обнаружении взрывчатых веществ – современное состояние и будущие направления» . Судебная медицина, медицина и патология . 13 (4): 490–494. дои : 10.1007/s12024-017-9903-4 . ISSN 1547-769X . ПМК 5688190 . ПМИД 28801875 .

[:22-19] Перейти обратно: ^а ^б ^с Тамфиватана, Сорача; Ангсантикул, Павимол; Эскахадилло, Тамара; Чжан, Цянчжэ; Олсон, Джошуа; Люк, Брайан Т.; Чжан, София; Фанг, Ронни Х.; Гао, Вэйвэй; Низе, Виктор; Чжан, Лянфан (24 октября 2017 г.). «Макрофагоподобные наночастицы, одновременно поглощающие эндотоксины и провоспалительные цитокины для лечения сепсиса» . Труды Национальной академии наук . 114 (43): 11488–11493. Бибкод : 2017PNAS..11411488T . дои : 10.1073/pnas.1714267114 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5664555 . ПМИД 29073076 .

[20] «Исследователи разрабатывают макрофагальные наногубки для борьбы с сепсисом» . AZoNano.com . 05.01.2018 . Проверено 3 мая 2020 г.

[:5-21] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ши, Цзиньцзинь; Сюй, Лихуа; Инь, Лю, Вэй; Чжан, Цзюньцзе; 13 декабря 2019 г. «Биоинспирированная наногубка для спасения от ишемического инсульта». и самоадаптируемая регуляция кислорода». Nano Letters . 20 (1): 780–789. doi : 10.1021/acs.nanolett.9b04974 . ISSN 1530-6984 . PMID 31830790 .

[22] Бхарадвадж, Вимала Н.; Нгуен, Дуонг Т.; Кодибагкар, Викрам Д.; Стабенфельдт, Сара Э. (2018). «Терапия черепно-мозговых травм на основе наночастиц» . Передовые материалы по здравоохранению . 7 (1): 1700668. doi : 10.1002/adhm.201700668 . ISSN 2192-2640 . ПМЦ 5903677 . ПМИД 29034608 .

[23] Дакар, Нилеш Кумар; Матенсио, Адриан; Бойлер, Фабрицио; Аргенциано, Моника; Кавалли, Роберта; Дианзани, Кьяра; Занетти, Марко; Лопес-Николас, Хосе Мануэль; Тротта, Франческо (20 октября 2019 г.). «Сравнительная оценка исследований растворимости, цитотоксичности и фотостабильности наногубок, нагруженных ресвератролом и оксиресвератролом» . Фармацевтика . 11 10):545.doi : ( 10.3390/pharmaceutics11100545 . ISSN 1999-4923 . ПМК 6836080 . ПМИД 31635183 .

[:2-24] Кортленд, Рэйчел (30 мая 2008 г.). «Наногубки могут впитывать разливы нефти». Природа . дои : 10.1038/news.2008.865 . ISSN 0028-0836 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]