100 великих тайн медицины - Станислав Зигуненко

Фирма Philips Research разработала электронную пилюлю, управляемую ультразвуком

Тем не менее процесс, как говорится, пошел. И в 80-е годы в NASA разработали аналогичную «таблетку-термометр» для мониторинга температуры космонавтов. Позднее такие таблетки начали глотать спортсмены-чемпионы: таблетка оперативно выдавала жизненно важные данные о внутренней температуре тела.

В 2012 году в США и Великобритании начали продавать еще один микрочип, который можно проглотить. Он не только измеряет температуру тела, но и предоставляет информацию о том, когда и какое лекарство принимал пациент накануне. Следующий шаг – создание идеальной пилюли, которая начинала бы действовать в организме пациента не сразу, а в тот момент, когда лекарство достигнет больного органа или когда наступит определенный врачом срок: через день, неделю, месяц или даже год…

Именно над осуществлением этой мечты вот уже два десятка лет работает наш соотечественник, руководитель группы биополимеров факультета материаловедения колледжа Лондонского университета Глеб Борисович Сухоруков. Начал он свои исследования еще во время подготовки диплома на физфаке МГУ.

«Я пришел к химикам с идеей делать тончайшие полимерные пленки, похожие на слоеное тесто, – вспоминает Сухоруков. – Сейчас мы знаем, что свойства таких пленок программируются: если пленка толще, то ее проницаемость будет меньше, и наоборот. А добавив в нее природные вещества – белки, ферменты, можно создать крошечный прибор самого разного применения»…

Однако, как известно, скоро только сказки сказываются. Химики тогда объяснили молодому человеку, что слоеные тончайшие полимерные пленки построить нельзя. И теоретически они до сих пор правы. В равновесной системе таких пленок быть действительно не должно. «Но на практике мы всегда оперируем неравновесными, метастабильными системами, – подчеркивает Сухоруков. – А потому на практике все получилось, согласно известной поговорке: “Если нельзя, но очень хочется, то можно”…»

Лет пятнадцать тому назад все тому же Сухорукову пришла в голову идея создавать на основе таких пленок медикаментозные капсулы. «Мы с коллегами уже умели делать эти пленки на плоской поверхности, но пока не думали об их прикладном применении, – продолжает рассказ Сухоруков. – Однажды просто решили собрать их в шарики и обнаружили, что трехмерные поверхности дают возможность запускать что-нибудь внутрь, выпускать наружу, вновь сжиматься. Так впервые забрезжила идея управляемой таблетки»…

Претворить идею на практике удалость в 2005 году. Первые капсулы решено было вводить в раковые опухоли. Они очень быстро растут, и фактически все, что есть рядом с ними или на их поверхности, тут же оказывается внутри них. Так выяснилось, что капсулы способны попадать внутрь клетки.

Позднее исследователи использовали во благо такую же «прожорливость» иммунных клеток, макрофагов. Оказалось также, что многого можно добиться, помещая в капсулу наночастицы. Допустим, толщина оболочки капсулы 50 нанометров, так что магнитные наночастицы размером 10–20 нанометров прекрасно там помещаются. Если капсулу с большим количеством таких наночастиц поместить в магнитное поле, она начнет двигаться и ее движением можно управлять. Так можно выводить из тканей организма лекарства, которые уже не нужны.

Аналогичные исследования активно ведутся за рубежом. Так, сотрудники нидерландской компании Philips Research разработали методику прицельного введения лекарств под действием ультразвука. Она называется сонофорез. Для них разработано два вида «троянских пилюль». Первые представляют собой совсем крошечные, диаметром от 100 до 2000 нанометров, полые шарики, начиненные лекарством. Они такие маленькие, что свободно могут перемещаться по организму вместе с током крови. А как только капсулы попадут в нужный орган, скажем, в легкие или в печень, их можно вскрыть с помощью ультразвука.

Второй вид пилюль размером побольше – до 4 микрометров. В них помещается не только лекарство, но и нейтральный газ, например, азот или гелий. Когда капсула достигает нужного органа, под действием того же ультразвука она «взрывается» и давление газа «проталкивает» лекарство внутрь клеточных оболочек.

«Нано» в переводе с греческого – «карлик». Стало быть, «нанотехнология» – отрасль знания, имеющая дело с чем-то очень крошечным. Так с недавних пор стали называть ту отрасль микроэлектроники, которая занимается объектами, которые даже по ее меркам являются совсем уж небольшими.

А недавно Эрик Дрекслер – один из основателей нанотехнологии – ввел в обиход еще одно понятие – наномедицина. «Такой отрасли знания пока не существует, – честно признается он в недавно вышедшей книге «Расковывая будущее». – Но лет через 30 она станет привычным явлением».

Технической базой для наномедицины станут микромашины, похожие на часовые механизмы, скоро начнут изготовлять еще меньшие, еле видимые устройства. Ну, а те, в свою очередь, станут собирать наималейшие, различимые разве что в сильный микроскоп. Величина их будет не больше живой клетки, а возможно, и меньше – всего несколько десятков молекул.

О том, что сборка на молекулярном или даже атомном уровне вполне возможна, уже продемонстрировали коллеги Дрекслера. Так, Роберт Баррет – студент Станфордского университета, работая над дипломом по нанотехнологии, ухитрился записать аналогичным образом весь текст американской конституции на площади размером с поперечное сечение человеческого волоса.

Кроме того, можно ведь создавать наномашины, используя методы биотехнологии. То есть, говоря иначе, стоит микробиологам подменить какому-либо микробу генетический код, и он начнет воспроизводить нужные нам микромеханизмы, используя проверенные временем патенты природы. Да и сам готовый наноробот будет действовать теми же методами. Вот, скажем, ему нужно уничтожить ДНК какого-либо вируса. Что он – разрежет ее на куски? Да, но при этом скальпелем ему послужит один из ферментов, с помощью которых исследователи уже сегодня разрезают и сшивают фрагменты ДНК подобно тому, как это делает сама природа.

Нанороботы, по мнению Дрекслера, должны распознавать чужеродные гены и вирусы в организме точно так же, как это делают ныне антитела иммунной системы. И передвигаться в организме они будут подобно бактериям и микробам, которых природа снабдила кого подобием гусениц, кого – аналогом пропеллера.

Наноробот будет путешествовать по венам человека

Конечно, до этого исследователям предстоит немало потрудиться, разгадывая те или иные рецепты, процессы и технологии природы. Однако овчинка, ей-ей, стоит вычинки. Работы для нанороботов в медицине непочатый край, полагает ученый.

Лучше, как известно, не лечить болезнь, а предупреждать ее. В целях диагностики в организм может быть запущено множество микродатчиков, которые, перемещаясь вместе с кровотоком по организму, тщательно обследуют все его закоулки. И если где-то имеется хоть малейший сбой, датчик тотчас начинает бить тревогу, посылая наружу сигнал, скажем, в ультразвуковом диапазоне.