ke


Косметология и наноматериалы: история и перспективы

 

Косметология в Петербурге Сложность и многообразие нанопроблем в биологии предполагают некоторый «ликбез», которому и посвятим     первую часть настоящей статьи.

На смену ХХ веку, который называли веком физики, пришел век биологии. Однако эта смена в сознании и делах людей происходит постепенно. И это несмотря на то, что на пути цивилизации стоят четыре возможные катастрофы, от которых, как ни жутко звучит,  нас отделяет, по мнению специалистов, всего каких-то 20-40 лет.

Инфекционно-иммунная катастрофа. С изобретением антибиотиков люди столкнулись с двумя серьезными проблемами: на смену «временно пострадавшим» от антибиотиков микробам пришли более опасные их  разновидности, модифицированные в ходе «противоантибиотиковой селекции». Причем темпы роста резистентности новых патогенов значительно опережают возможности создания новых эффективных лекарственных средств; в этой гонке человек явно проигрывает.

Продовольственная катастрофа. Дело в том, что численность человеческой популяции интенсивно растет, а возможности воспроизводства продуктов питания отнюдь не безграничны. Это может привести к их острой нехватке  уже через три-четыре десятилетия.

Онкологическая катастрофа. Является побочным продуктом цивилизации − человек все меньше двигается, употребляет нездоровую калорийную пищу, подвергается различного рода стрессам, химическому и радиационному воздействию. Все это привело к тому, что онкозаболеваемость возросла в течение ХХ века более чем в 9 раз и продолжает неуклонно расти. Причем есть опасения, что, как ни печально, гибель от рака может стать массов

Глобальная экологическая катастрофа.  Уже развивается высокими  темпами в различных регионах планеты. Общая нагрузка на окружающую среду, связанная с деятельностью человека, в среднем в 10 раз превысила допустимую. Причем, судя по многочисленным фактам, в биосфере радикально нарушен принцип Ле Шателье‐Брауна, т. е., как целостная система, она утратила способность к саморегуляции и самовосстановлению.

Научные открытия последних 10‐15 лет показали важную роль нанотехнологий в различных областях науки и техники (информатике, медицине, физике, химии, материаловедении, биологии, экологии и т. д.). Произошла своеобразная «новая промышленная революция», поскольку нанотехнологический подход позволяет целенаправленно регулировать свойства объектов на молекулярном и надмолекулярном уровне, что привело к созданию принципиально новых материалов.

Нанобиотехнологический подход уже занимает особое место в области создания наноструктур. Здесь речь идет об использовании живой материи в качестве исходного материала для создания новых биологических конструкций. Поставленная задача весьма привлекательна, но одновременно таит в себе немалые риски. Области применения нанотехнологий в настоящий момент быстро расширяется, при этом, что важно особенно для медицины, не до конца известны все их свойства, их положительные и отрицательные стороны. Также до конца не изучены свойства токсичности наноматериалов, и сегодня это одна из приоритетных областей изучения. Дело в том, что опыт, накопленный человечеством, показывает, что манипуляции с живыми объектами часто представляют немалую опасность как для самого человека, так и для жизни в целом. С другой стороны, есть надежда, что использование нанотехнологий, с учетом знаний биологии, поможет справиться не только с медицинскими проблемами, но и с надвигающимся глобальным экологическим кризисом, что не даст ему перерасти в катастрофу планетарного масштаба.

Для большей ясности проблемы обратимся к терминам. Нанотехнология – это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.  Наноматериалы – это материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нанометров и которые обладают качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

В настоящее время выделились два направления в создании и развитии нанобиотехнологий: первое направление связано с созданием: новых материалов; биосенсоров; биоэлектронных устройств; так называемых наномашин с биологическими компонентами; биороботов для внутриклеточных манипуляций и доставки веществ (гормонов, ферментов и др.) внутрь клетки. Второе направление движется в сторону: разработки методов и способов привнесения искусственных наноразмерных частиц, технических материалов и интерфейсов в мир живых систем с целью их инструментального исследования; в направлении диагностики состояния (норма, предпатология, патология);  в область лечения заболеваний.

В настоящее время в международной базе данных (www.nanowerk.com) зарегистрировано в общей сложности более тысячи наименований наноматериалов, выпускаемых в основном зарубежными производителями.

В медицине наноматериалы уже сегодня находят применение: для целей транспорта лекарственных средств; в шовных и перевязочных материалах; для создания биосовместимых имплантатов и др.  Наночастицы используются: в парфюмерно-косметической промышленности – как составная часть кремов и других средств косметики; в сельском хозяйстве – для более эффективной доставки пестицидов и удобрений, для нанокапсулирования вакцин.

Для клинической практики, в том числе и дерматологии и косметологии, весьма важно, что, например, нанобиосенсоры находят применение в направленном транспорте лекарственных веществ к клеткам-мишеням. В настоящее время создаются наноконтейнеры, поверхность которых покрыта специальными сенсорными молекулами (своеобразными антителами), обеспечивающими возможность найти клетку-мишень в любой части организма. Внутрь наноконтейнера могут помещаться молекулы лекарственного вещества или, например, ген, кодирующий белок, который запускает процесс самоуничтожения клетки. При связывании антител с рецепторами «больных» клеток содержимое контейнера перемещается внутрь клетки, что приводит к их «выздоровлению» или гибели (раковые клетки). При использовании медикаментозных препаратов, заключенных в наночастицы, минимизируется их разрушение и инактивация при применении, предотвращается возникновение побочных эффектов, а также увеличивается биодоступность за счет доставки лекарства непосредственно в патологический очаг.

Между тем, среди многочисленных позитивных для медицины эффектов, которые мы ждем от нанотехнологий, и от наноматериалов в частности, обратим внимание на такое принципиальное, на наш взгляд, их качество, как биосовместимость. Выгоды от этого их свойства для медицинской науки и практики сегодня очевидны – уже имеется обширная литература в этой области, с данными научных исследований, основанных на принципах доказательной медицины.

Проблема биосовместимости трансплантата и тканей реципиента в трансплантологии является основной и известна даже неспециалистам. Иммунобиология трансплантации сложна и многокомпонентна, однако ее схема очевидна уже не один десяток лет – антигены трансплантата всегда вызывают иммунологическую реакцию отторжения. Активность и «скоротечность» такой реакции зависит, как известно, от степени различия между донором и реципиентом.

Радикальной бионесовместимость бывает при попытках пересадки т.н. ксенотрансплантата – тканей или органов от донора реципиенту разных видов; здесь, по мнению специалистов, трансплантационный барьер почти непреодолим, даже при всех усилиях, снижающих иммуногенность трансплантата и повышающих толерантность реципиента. При этом и здесь есть практика, позволяющая не без успеха пересаживать человеку кожу, кровеносные сосуды и даже сердечные клапаны генетически близких человеку животных.

Несколько меньшим напряжением характеризуется ситуация пересадки т.н. аллотрансплантата – ткани или органа генетически отличного от реципиента донора, но в границах одного вида. Тем не менее, здесь, в целях преодоления  механизмов бионесовместимости, приходится применять все доступные методы иммуносупрессии. Значительно успешнее пересадки реализуются в случае использования изотрансплантата- органа или ткани, пересаженных т.н. сингенному реципиенту (т.е. имеющему тот же генотип индивидууму, например, однояйцовому близнецу). И, наконец, аутотрансплантат – собственная ткань донора – не отторгающаяся и практически не требующая усиления толерантности к трансплантируемым тканям.

Имплатология (которую воможно рассматривать как некоторую ветвь  трансплантологии) – ортопедическая, дентальная, сосудистая – это введение в организм неорганических заменителей или корректоров утраченных или патологически измененных органов. Отсутствием антигенности неорганический имплантат сходен с  аллотрансплантатом, однако это не значит, что проблемы его биоинертности и биосовместимости здесь нет совсем; хотя, на наш взгляд, эти проблемы еще изучены недостаточно. Имплантат должен обладать важными свойствами – прочностью, физической легкостью и биоинертностью, т.е. отсутствием токсического действия на пограничные ткани организма. И здесь нанотехнологии и наноматериалы способны обеспечить новое эффективное совершенствование конструкционных материалов для медицины.

Традиционные имплантаты для травматологии, ортопедии и стоматологии изготавливают из трех биосовместимых металлов – титана, циркония и тантала. Сегодня для этих целей, на основе нанотехнологий, разрабатываются (например, в Лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН) и внедряются особо чистые нанодисперсные оксиды вышеназванных металлов, отличающиеся более высокой прочностью и биосовместимостью. Кроме того, по данным специалистов ВНИИ неорганических материалов им. А.А.Бовчара, эти новые материалы, способны проявлять и терапевтический эффект в отношении пограничных с ними тканей человека.

Представляют большой клинический интерес исследования врачей-косметологов ряда американских университетов (Brown University, Purdue University) в области модификации стентов – имплантатов для протезирования сосудов, заключающиеся в изменении поверхностной текстуры внутренней стенки имплантатов (наноструктурировании), способствующей оптимальному их «заселению» живыми клетками (наноразмерная поверхность стимулирует рост клеток эндотелия). Это способствует «долговечности» стента, улучшению снабжения тканей лекарственными препаратами, препятствует рестенозу.

Приведенные сведения, разумеется, не исчерпывают всех перспектив нанотехнологий в медицине. Коснемся этих перспектив применительно к близким авторам задачам дерматологии, медицинской косметологии и эстетической медицины в целом, включая пластическую хирургию. Кожа – один из самых крупных (в несколько раз превосходит массу печени) и физиологически весьма значимых органов человека. Многообразие ее жизненно важных функций предполагает необходимость усилий по их  поддержанию  и восстановлению, в т.ч. и средствами нанотехнологий, в не меньшей степени, чем в отношении других органов.

Средства ухода за кожей эволюционируют: на смену составам, действующим в основном на поверхности кожи, без проникновения в ее глубокие слои, пришли т.н. липосомы, транспортные молекулы для доставки клинически значимых средств в глубокие слои кожи. В девяностые годы появились наносомы – еще более миниатюрные транспортные частицы – микроскопические шары, «наполненные» активным веществом, которые, благодаря «нано»-размерам, еще эффективнее добираются до глубоко лежащих кожных клеток-адресатов. Теперь настала пора (некоторые называют эпохой) нанокомплексов – сложных наноразмерных композиций, обеспечивающих адресную доставку необходимых агентов в заданном количестве, в определенное время, в конкретную группу клеток соответствующего слоя кожи. На базе нанокомплексов возникает возможность создавать персональные нанокомпозиции с максимальными  биодоступностью и антиоксидантными свойствами, обеспечивающие запуск собственных механизмов регенерации и замедление процессов преждевременного старения.

Отметим, что эти неинвазивные нанотехнологии в дерматокосметологии, в лучших своих образцах, позволяют в значительной мере отказаться от инъекционных методик, от «заместительных» воздействий на кожу и прилежащие ткани в пользу адресной активизации собственных естественных механизмов регенерации. Если говорить о физических размерах, то размер молекул обычных «поверхностных» косметических кремов составляет порядка 3000 нм, при том, что сквозь наружный слой кожи способны проникнуть частицы не крупнее 15 нм; а, к примеру, полученная исследователями новая частица низкомолекулярной гиалуроновой кислоты имеет размер всего лишь 5 нм, а ионизированной платины – 3 нм.

К сожалению, многие методики, уже внедренные на западе и востоке, у нас пока не зарегистрированы, а препараты не имеют сертификатов соответствия. Поэтому предстоит немалая исследовательская и организационная работа, чтобы новые, нанотехнологичные подходы в дерматокосметологии нашли реализацию в отечественной практике эстетической медицины.