Так вот. Ещё в начале 1990-х годов учёным удалось синтезировать и протестировать революционный компаундный препарат с кодовым названием TAK779, который мог успешно противостоять проникновению вирусных клеток ВИЧ в человеческие белые кровяные тельца – лейкоциты. Не углубляясь в рамках научно-популярной статьи в бездну технических деталей, лишь отмечу, что лекарство-ингибитор TAK-779 действует как своеобразный "страж ворот", заступающий на охрану специфических зон человеческих T-лимфоцитов, через которые и происходит проникновение вирусов иммунодефицита человека. Таким образом, лекарственный препарат связывает действие вируса и блокирует возможность его проникновения в иммунную систему.
Увы, дьявол кроется в деталях: у препарата TAK779 были обнаружены многочисленные побочные эффекты, полностью зачеркнувшие его дальнейшие терапевтические перспективы. Проблемы возникли из-за хлористого аммония, условно говоря, "венчавшего" один из концов молекулы препарата. Получилась вот такая молекулярная диалектика: с хлористым аммонием молекула препарата TAK779 становилась токсичной, без "хлористо-аммониевого хвоста" полностью теряла главное свойство, возможность связывать действие вируса иммунодефицита с достаточной степенью эффективности.
Схематическая 3-мерная схема атаки лейкоцита вирусом ВИЧ
Copyright ©Discovery
Словом, проблему повышения эффективности препарата без побочных эффектов найти не удалось. Делать нечего, находка на долгие годы легла на полку, в ряд других - оригинальных, но совершенно непрактичных изобретений. И лишь недавно был найден способ обойтись без "хлористо-аммониевого хвоста" препарата TAK779. Об этом на днях сообщил пресс-релиз на сайте Университета Северной Каролины (University of North Carolina), а также публикация во влиятельном североамериканском научном издании Journal of the American Chemical Society.
Графики из научной работы Inhibition of HIV Fusion with Multivalent Gold Nanoparticles
Copyright ©2008 American Chemical Society
Именно золото, веками приносившее человечеству преимущественно зло, помогло решить застаревшую проблему с препаратом TAK779. Суть идеи можно описать очень просто: если одна молекула препарата, ослабленная отсутствием хлористо-аммониевой цепочки, не в состоянии связать активность вируса иммунодефицита человека, так, может быть, с задачей справятся несколько молекул, связанные каким-либо образом в единую "ударную" силу? Кто сможет стать этаким объединителем усилий, не внося эффекта собственного побочного влияния? Как выяснилось, связующим звеном способно стать золото. Точнее, наночастицы золота. Если быть ещё точнее, комплексные производные золота и меркаптобензтиазоловой кислоты (эмпирическая формула [Au144(SC6H4COOH)52]).
Схематически принцип действия "позолоченного" лекарства можно описать достаточно наглядно, если воспользоваться аналогией с "липучкой". Той самой застёжкой-липучкой, одна поверхность которой покрыта миниатюрными нейлоновыми "крючками", а вторая – грубой шероховатой "петельчатой" структурой, что обеспечивает достаточно надёжное "прилипание" двух поверхностей друг к другу при сжатии. В случае с лекарственным препаратом против ВИЧ, "крючками" стали молекулы TAK779, предварительно лишённые токсичного хлористо-аммониевого "хвоста", а "петельками" – наночастицы золота. Или наоборот – терминология тут совсем не важна, главное, что именно крохотные крупицы золота размером 2,0 нанометра способны сконцентрировать вокруг себя определённое количество молекул лекарства. Золото, исполняя роль своеобразного
"нанокатализатора", остаётся при этом веществом инертным и совершенно нейтральным по отношению к организму.
Слабые по отдельности, но собранные наночастицами золота в единые ударные кулаки, модифицированные молекулы лекарства стали силой, более чем достаточной для нейтрализации вирусов иммунодефицита человека.
Графики из научной работы Inhibition of HIV Fusion with Multivalent Gold Nanoparticles
Copyright ©2008 American Chemical Society
Лабораторные эксперименты полностью подтвердили теоретические выкладки. Как выяснилось на практике, одна "многовалентная" наночастица золота группирует в среднем порядка 12 лекарственных молекул модифицированной версии лекарственного препарата TAK-779, лишённого токсичного хлористо-аммониевого компонента и получившего название SDC-1721. Такой концентрации лекарства более чем достаточно для достижения парализующего эффекта на вирус иммунодефицита, уже имеющегося в образце заражённой клетки.
Графики из научной работы Inhibition of HIV Fusion with Multivalent Gold Nanoparticles
Copyright ©2008 American Chemical Society
На нынешней, начальной стадии разработки, ещё рано говорить о запуске лекарства в массовое производство. До стадии выписки препарата пациентам учёным предстоит провести множество разнообразных экспериментов и убедиться в безопасности и эффективности лекарства. Однако открытые в результате исследований свойств препарата SDC-1721 уникальные многовалентные свойства наночастиц золота позволяют говорить об открытии нового направления в разработке лекарственных препаратов с совершенно невиданными доселе свойствами.
Ученые из Университета Северной Каролины уже имеют планы комбинирования других лекарственных препаратов с наночастицами золота. В серии следующих экспериментов исследователи наметили изучение свойств других антивирусных лекарств, "прикреплённых" к молекулам глюкозы и золотым наночастицам. Предполагается исследовать возможности снаряжённого таким образом "транспортного снаряда" по переносу антивирусных лекарств через гематоэнцефалический барьер (барьер между кровью и цереброспинальной жидкостью), с целью эффективной борьбы с недостижимыми доселе обычными средствами вирусными инфекциями мозга.
Разумеется, из средства накопления, обогащения и любования во что-то более практичное золото превратилось отнюдь не вчера. Благодаря своим уникальным свойствам золото широко используется в электронике, медицине и множестве других отраслей человеческой жизнедеятельности. Другое дело, что постепенно постигая тайны наномира, учёным удаётся открыть совершенно неведомые доселе свойства у достаточно привычных веществ, и в этом плане у золота открываются очень широкие перспективы. Рассказанная сегодня история о наночастицах золота, позволивших решить неразрешимую ранее проблему с лекарством против СПИДа – лишь один случай во множестве сообщений на тему использования золота в "мирных целях". А способов таких – множество, и вот вам ещё один пример использования уникального свойств золота для оригинального решения накопленных проблем.
В настоящее время существует множество разработок для использования золота и его соединений в качестве средства для борьбы с вирусной, бактериальной и токсичной угрозами. Однако совсем недавно британским учёным удалось применить свойства наночастиц золота для обнаружения биологических токсинов и ядов. Теперь экспресс-анализ может производиться на месте, в полевых условиях, без доставки образцов в стационарные лаборатории, позволяя тем самым мгновенно оценить потенциальную опасность со стороны био-террористов.
Благодаря использованию наночастиц золота диаметром всего 16 нанометров (примерно 1/5000 толщины человеческого волоса), учёным из Университета Восточной Англии (University of East Anglia) удалось сконструировать точнейший детектор опасных биологических субстанций. Схематично принцип работы детектора можно описать так: наночастицы золота, покрытые сахарозой, при химическом взаимодействии с отравляющими субстанциями мгновенно меняют цвет с ярко-красного на оттенки синего, что позволяет не только детектировать наличие ядов, но также производить их количественную оценку и даже определять тип яда.
Перспективность такого типа биодетекторов интересна компактными размерами экспресс-лабораторий, в результате появляется возможность конструировать сверхкомпактные датчики и даже карманные детекторы ядов. Подобные гаджеты в перспективе смогут предоставлять первичный анализ ядов и данные об их концентрации. По словам учёных, подобные компактные устройства могут появиться уже в ближайшие пять лет. Безусловно, первыми потребителями такой продукции будут военные, хотя, по мере распространения компактные детекторы ядов будут полезны как работникам правоохранительных органов, так и рядовым гражданским потребителям.
Человечество делает первые шаги по неведомому доселе наномиру. Как любое неведомое, куда вторгается наука, наномир в равной степени может принести и победы над болезнями, и породить множество новых проблем. Радует хотя бы то, что до сих пор всё золото мира не было способно помочь одному единственному больному СПИДом, а теперь, благодаря новым нанотехнологиям, для изготовления лекарства для тысяч больных понадобится золота не больше чем в одном золотом червонце. Не всегда получается с мирным атомом – так пусть хотя бы получится с мирным золотом.
Источники:
- Inhibition of HIV Fusion with Multivalent Gold Nanoparticles. Mary-Catherine Bowman, T. Eric Ballard, Christopher J. Ackerson, Daniel L. Feldheim, David M. Margolis, and Christian Melander, Departments of Medicine, Microbiology & Immunology, and Epidemiology, UniVersity of North Carolina, Department of Chemistry, North Carolina State UniVersity, and Department of Chemistry and Biochemistry, UniVersity of Colorado
- North Carolina State University
- American Chemical Society
- Science Daily
- Discovery
- howstuffworks
- BBC
Наши предыдущие публикации о нанотехнологиях:
