Золото и нанотехнологии

О физиологической роли золота на организм человека и лечении золотой водой уже подробно сообщалось на нашем сайте. А вот наночастицы золота начали применять в медицине сравнительно недавно. В экспериментах на животных наночастицы золота вылечивали рак за счёт атрофии кровеносных сосудов опухоли. Главной целью исследований и являлась остановка этими частицами ангиогенеза в опухолях. Большинство применяемых ингибиторов ангиогенеза – антитела к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF), молекулы которого стимулируют образование эндотелия в растущих кровеносных сосудах.

Эксперименты ученых клиники Рочестера (США, штат Миннесота) показали, что наночастицы золота блокировали функцию VEGF, не оказывая токсического действия на клетки. Это послужило основанием для предположения, что такие наночастицы можно использовать в качестве лекарства при лечении рака, но оно еще не проверялось на здоровых животных и человеке. Если же лечебное действие наночастиц окажется эффективным, их можно будет предложить как альтернативу ингибиторам ангиогенеза, у которых есть серьезные побочные действия.

 

 

 

Рис. Наночастицы золота

Другое применение наночастиц золота в медицине – так называемая “золотая пуля” – лекарство, поражающее только болезнетворные частицы, и оставляющее нетронутыми клетки хозяина. Этот подход может сработать полностью, если использовать золото в виде наночастиц. Подход уже оправдал себя в борьбе с токсоплазмой.


Рис. Клетки токсоплазмы

Наночастицы золота различной формы “наношары” и “нанопрутья” давно привлекают внимание ученых как потенциальные помощники в лечении целого спектра болезней. Золотые «нанопрутья» активно поглощают излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, для которого человеческое тело относительно прозрачно. Это делает их фототермальной терапии – избирательного разрушения патогенных агентов нагреванием.

Все это уже позволило использовать наночастицы из золота для уничтожения клеток раковых опухолей, а также внутриклеточных паразитов Toxoplasma gondii.

Такие внутриклеточные паразиты чрезвычайно распространены и у животных, и у людей. В разных странах им могут быть инфицированы от 10 до 90% населения. T.gondii способны вызвать опасное заболевание – токсоплазмоз. Заразив клетку хозяина, со временем токсоплазма становится причиной ее гибели, после чего новые частицы переносятся током крови, заражая соседние клетки и вновь начиная цикл смертоносного взаимодействия.

 

 

 

Рис. Физиологическое действие золота на ДНК

Для уничтожения паразитов использовались наночастицы золота в комплексе с антителами. Антитело позволяет селективно связываться с мишенью, после чего воздействие лазерного ИК-излучения приводит к перегреву и гибели токсоплазм. Как показали тесты, после такой обработке в опытных образцах погибали от 19 до 83% паразитов.

Применение наночастиц золота этим далеко не исчерпывается. Так, было показано, что их можно использовать в химическом катализе и в качестве универсального наноклея.

Ученые из Массачусетского университета установили, что наночастицы золота могут стабилизировать белковые энзимы на границах раздела сред вода-воздух — тем самым сфера применения энзимов значительно расширяется.


Рис. Самособирающиеся цепи золотых наночастиц, полученные учеными Университета Чикаго

Свойства золотых наночастиц – шариков или «прутьев» — очень интересны. Ученые давно умеют манипулировать ими и пришивать к различным биомолекулам, в частности, антителам. Известно, что эти частицы отлично нагреваются инфракрасным светом подходящей частоты: в этом повинен так называемый плазмонный резонанс. Частота резонансных колебаний электронов связана с размером наночастицы, и именно у золотых прутков она может возбуждаться ИК-светом. При этом, волны такой длины достаточно свободно проходят сквозь тело человека. Воспользоваться этими свойствами золотых наночастиц решили нидерландские ученые во главе с профессором Тон ванн Лёвеном (Ton van Leeuwen).

Они ведут разработку и совершенствование метода идентификации раковых клеток на ранних этапах заболевания. Небольшие опухоли трудно «выловить» обычными способами – рентгеном или магнитным резонансом. Однако совсем другое дело получается, если ввести в организм препарат из золотых наночастиц с приделанными к ним антителами к раковым клеткам. Антитела прочно прикрепляют частицу к мишени, а под импульсами ИК-лазера наночастицы нагреваются и расширяются. Процесс сопровождается появлением ультразвука, который можно легко зафиксировать. Получается, что раковую опухоль заставят «звучать» под лазерным лучом.

Учёные изучают и другие возможности применения золотых наночастиц. Например, прикрепленную антителами к раковой клетке частицу можно нагреть до температуры выше 100ОС, уничтожив саму клетку. Нагрев может и заставить открыться капсулу с противораковым препаратом, который будет доставлен точно к месту назначения.

Ещё одно применение наночастиц золота – конструирование микрочипов. Ученые из сингапурского университета Наньянг впервые продемонстрировали память на гибкой пластиковой основе, роль запоминающих ячеек в которой выполняют наночастицы золота. Конструкция этого устройства стала возможной с появлением технологии самосборки наночастиц золота в органическом растворе. Объединив наноструктуры с пентаценом, ученые намерены получить не только блоки органической памяти, но и другую микроэлектронику в подобном исполнении. Кроме того, она будет совместима с обычной кремниевой. Одной из побочных целей исследователей было создание органических светодиодных панелей для их дальнейшего использования в телевизионной технике и компьютерных дисплеях. Ученые уверены, что им вскоре удастся разработать технологию массового производства органической электроники на основе самосборки золотых наночастиц и создать «органическую» память, совместимую с современными мультимедийными устройствами.

В современной медицине золото применяется для диагностики и лечения злокачественных опухолей. Помимо достаточно распространенной химиотерапии, в которой используются коллоидные растворы радиоактивного золота, сегодня существует совершенно новый современный метод, которым предусмотрено введение в опухолевую ткань микроскопических золотых нано-капсул и воздействие на них инфракрасными лучами. При этом раковые клетки погибают, а здоровая ткань остается неповрежденной.

Для сохранения молодости золото применяется в пластической хирургии. Для этого тончайшие нити из этого металла толщиной всего несколько микрон с помощью специального проводника вводятся под кожу. Через несколько недель вокруг каждой из них формируется эластичная коллагеновая ткань, которая становится «каркасом» для кожи.

В медицине широкое применение получили препараты, содержащие соединения солнечного металла, для лечения ревматоидного артрита и полиартрита.

Впервые ауротерапия (от лат. aurum - золото) – лечение золотом артритов была применена еще в 1929 году. Новый метод оказывал выраженный и стабильный эффект. Ауротерапия и сегодня остается одним из самых эффективных методов лечения ревматоидного артрита наряду с применением нестероидных противовоспалительных средств (например, ацетилсалициловой кислоты и салицилата натрия). Механизм ее действия основан на способности соединений золота, введенных в организм, угнетать макрофаги, тормозя тем самым развитие последующих патологических иммунных реакций.

По статистике, соединения золота вызывают клиническое улучшение приблизительно у 70-80% больных, которые хорошо переносят ауротерапию, поэтому такие препараты могут считаться препаратами выбора среди базисных антиревматических средств. При этом они способствуют обратному развитию некоторых внесуставных проявлений ревматоидного артрита, например, ревматоидных узелков, анемии, похудания.

Важным преимуществом препаратов золота по сравнению с другими иммунодепрессантами является то, что их можно назначать больным с сопутствующими хроническими инфекциями или онкологическими заболеваниями.

Кроме того, некоторые препараты золота обнаружили антибактериальное действие, в частности, против Helicobacter pylori, а также антигрибковую активность.

Мнения специалистов относительно таких препаратов неоднозначны. Очевидно, что эти препараты безусловно помогают больному, но, кроме того, они дают ярко выраженный побочный эффект. Несмотря на целебные свойства золота, чрезмерное увлечение украшениями из него может быть небезопасно для здоровья. Некоторые соединения золота токсичны, накапливаются в почках, печени, селезёнке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам и тромбоцитопении.

К.х.н. О.В. Мосин