Нанотехнології в біології

Нанотехнології в біології – відносно нова галузь досліджень, але інтерес до неї стрімко зростає. Які ж найцікавіші приклади застосування нанотехнологій в цій галузі?

Прогрес науки і техніки часто характеризується зосередженням уваги на стисканні технології у все менші та менші сутності. Комп’ютери перетворилися з велетнів, які заповнювали цілі кімнати, на машини меньші за рисове зерно. Багато в чому за нанотехнологіями майбутнє науки.

З моменту свого заснування нанотехнології проникли в кілька сфер і знайшли там застосування. Це, зокрема, сфера ІТ, виробництво енергії, медицина та біологія.

Застосування нанотехнологій в біології

Генна інженерія

Генна інженерія вносить зміни в організм шляхом додавання, видалення або редагування гена.

Генетичне редагування використовується для усунення небажаних характеристик людини, включаючи деформації та схильність до хворіб, або для покращення бажаних характеристик. Нанотехнології відкривають двері для можливостей реалізації цих фантастичних ідей.

Генна інженерія рослин: редагування генів у рослинах із застосуванням нанотехнологій уже проводиться для покращення виробництва, стійкості до хвороб та ефективності споживання ресурсів.

Генна інженерія людини: експерименти з редагування людських генів також з ентузіазмом проводять дослідники. Наночастинки можна використовувати, щоб вимкнути або змінити певні гени, відповідальні за несприятливі характеристики, тим самим знижуючи ризик захворювань.

Недавній експеримент показав використання наночастинок для успішного редагування генів у печінці для зниження рівня холестерину в крові. Інша команда показала, як наночастинки можуть успішно вимикати гени в кістковому мозку, що може бути корисно при лікуванні серцевих захворювань або дефіциту стовбурових клітин.

Заміна вірусних векторів: редагування генів на основі наночастинок також може бути кращою альтернативою дорогому методу використання вірусів для цього.

Використання ДНК в нанотехнологіях. Існують навіть дослідження щодо використання генетичного матеріалу для створення пристроїв нанорозміру.

Доставка ліків

Наносистеми доставки ліків, мабуть, є одним із відомих застосувань нанотехнологій у біології. Ці системи необхідні, оскільки підхід грубої сили до доставки ліків має кілька недоліків – високі показники побічних ефектів через вплив ліків на небажані частини тіла, а також погану біодоступність і низьку розчинність хімічних компонентів.

Виявлення, діагностика та відображення

Діагностика захворювань на ранній стадії виявилася довготривалою проблемою для дослідників. Сучасні діагностичні методи в основному зосереджені на виявленні біомаркерів в організмі та визначенні взаємозв’язків між ними та прогресуванням захворювання.

Чутливість нанопристроїв може бути використана для високоточних і точних діагнозів за допомогою неінвазивних методів.

Такі технології, як біоштрих-коди на основі наночастинок, можна використовувати для ультрачутливого виявлення, що дозволяє виявляти дуже малу концентрацію компонентів, таких як білки, тим самим підвищуючи шанси на раннє виявлення та діагностику захворювань.

Нанотехнології також можуть допомогти прокласти шлях до персоналізованої медицини, де враховуються унікальні характеристики людини для формулювання більш ефективних методів лікування.

Нанотехнології також знаходять застосування в нейронауці, і можливо неінвазивно відобразити детальну роботу мозку до такої міри, яка ніколи ще не була досягнута.

Секвенування ДНК у реальному часі також може бути незабаром можливим за допомогою нанотехнологій, з новою технологією, яка називається секвенуванням нанопор.

Лікування раку

Багато варіантів лікування раку, якому сприяють наночастинки, є розширенням згаданих вище можливостей щодо цільової доставки ліків, ранньої діагностики, картування та маркування пухлин тощо.

Хіміотерапія може бути спрямована та надана тільки на ракові клітини, тим самим різко підвищуючи ефективність лікування та зменшуючи побічні ефекти, пов’язані з нею.

Нещодавно вчені провели успішні експерименти, щоб показати, що рівень виживання при раку кишечника може бути покращений за допомогою такої цілеспрямованої хіміотерапії.

Використання нанотехнологій для проведення імунотерапії також виявилося успішним у пацієнтів. Збільшення променевої терапії, а також генетичні модифікації для запобігання раку також є одними з напрямків, які досліджуються.

Нанотехнології можна використовувати для більш точної діагностики раку на ранніх стадіях, що має вирішальне значення для підвищення рівня виживаності. Нові молекулярні контрастні речовини та інші матеріали, що використовують нанотехнології, роблять це можливим, а також дають можливість безперервного моніторингу лікування та картографування прогресу.

Нещодавня розробка навіть успішно виробляла золото всередині ракових клітин. Нам це може здатися дивним, але дослідники визначили можливі новаторські клінічні застосування для цього.

Нанотехнології в біології: сільське господарство

Нанотехнологія може використовуватися і використовується багатьма способами для покращення сільськогосподарського виробництва.

Пестициди та добрива: нанотехнології були досліджені як засіб заохочення стійких форм сільського господарства. Було виявлено, що пестициди та добрива на основі наноформувань мають незначну токсичність або взагалі не мають токсичності, а також покращують результати врожайності.