Нанотехнології в біології: 5 найцікавіших застосувань

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.

Що таке нанотехнології та нанотехнології в біології?

Нанотехнологія – це галузь науки, яка займається технологіями в нанометровому масштабі. Якщо говорити в перспективі, людське волосся може мати ширину близько 100 000 нанометрів.

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

Нанотехнології в біології – відносно нова галузь досліджень, але інтерес до неї стрімко зростає. Ця дисципліна, яка також називається нанобіотехнологією, біонанотехнологією або нанобіологією, охоплює широку сферу досліджень і розробок технологій.

Одним із помітних факторів є те, що це допомагає проводити біологічні дослідження на молекулярному та клітинному рівнях.

Що можуть нанотехнології: 10 способів застосування та важливість для суспільства

Застосування нанотехнологій в біології

Коли ми говоримо про біологію, ми маємо на увазі різні галузі, такі як ботаніка, сільське господарство, медицина, виробництво їжі тощо. Наномедицина представляє особливий інтерес через потенціал нанотехнологій допомогти боротися або навіть вилікувати хвороби, які раніше вважалися невиліковними.

Сфери застосування нанотехнологій в біології дуже широкі. Ось кілька особливо цікавих прикладів як нанотехнології в біології можуть бути корисними.

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.

Історія створення наноматеріалів: від стародавніх часів…

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.

Нанотехнології в біології: 5 найцікавіших застосувань|Photo: www.pinterest.com/pin/744360644648468478/
Нанотехнології в біології: 5 найцікавіших застосувань|Photo: www.pinterest.com/pin/744360644648468478/

Наночастинки можна використовувати як точну та контрольовану систему доставки ліків. Вони діють як носії та доставляють правильні дози в потрібне місце, надаючи насамперед наступні переваги:

  • Допомагає уникнути введення повторних доз препарату за рахунок кращого утримання та збільшення кількості ліків, що поглинається системою.
  • Наркотики також можуть транспортуватися через бар’єри в організмі, які природно важко проникнути. Це називається ефектом підвищеної проникності та утримування (EPR).
  • Ліки, що мають погану розчинність у воді, можуть всмоктуватися ефективніше при цілеспрямованому введенні.
  • Доставлення ліків виключно до хворих клітин зменшує або навіть усуває зворотні побічні ефекти, які препарат може мати на здорові органи і тканини.

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.

Генотерапія та її перспективи: презентація медицини майбутнього

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.

Застосування штучного інтелекту в медицині (4 способи)

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.

Нанотехнології в біології: сільське господарство|Photo: tehrantimes.com
Нанотехнології в біології: сільське господарство|Photo: tehrantimes.com

Нанофунгіциди та наноінсектициди також мають значний потенціал. Системи доставки, засновані на нанотехнологіях, також виявилися корисними, зменшуючи відходи.

Виявлення: було виявлено, що наночастинки корисні для виявлення токсинів у ґрунті, а також для виявлення та діагностики хвороб сільськогосподарських культур.

Генна інженерія рослин: індивідуальні переваги, як-от кращий урожай, можуть бути спричинені сільськогосподарськими культурами за допомогою генної інженерії, як зазначено вище.

Виявлення патогенів: чутливість нанопристроїв може бути використана для швидкого, економічного та ефективного виявлення фітопатогенів, тим самим зменшуючи ймовірність масштабного знищення посівів.

Тваринництво: нанотехнології використовуються для кращих результатів розведення, моніторингу та покращення здоров’я тварин, а також для кращого виробництва.

Переробка харчових продуктів: за допомогою нанотехнологій можна розробити кращі пакувальні матеріали, які мають антимікробні та інші якості.

Наномедицина проти COVID-19

Дослідники з усього світу цілодобово працюють над запобіганням та контролем пандемії коронавірусу, і нанотехнології відіграють важливу роль.

Розробка вакцини: вакцини на основі мРНК Pfizer можна використовувати на основі наночастинок. Наночастинки можуть націлюватися на клітини, що є частиною імунної системи, для кращої доставки.

Лікування: існує великий потенціал використання нанотехнологій для підвищення ефективності лікування COVID-19. Виготовлення наночастинок із бажаними характеристиками може призвести до лікування з меншою токсичністю, а отже, з меншими несприятливими ефектами та швидшими результатами.

Діагностика: наночастинки можна використовувати для ефективної діагностики COVID-19 без використання дорогого обладнання.

Все ще проводяться дослідження щодо повної реалізації можливого внеску нанотехнологій у боротьбу з COVID-19, але, безумовно, потенціал вартий уваги.

Наноьехнології в біології: майбутнє

Нанотехнології цілком можуть бути відповіддю на все, починаючи від лікування раку і закінчуючи розкриттям та маніпулюванням секретами геному, але попереду ще довгий шлях, перш ніж його потенціал буде повністю реалізований. Широке використання нанотехнологій в біології означало б з’ясувати, як подолати кілька бар’єрів.

Одним з них є відсутність економічного методу великомасштабного виробництва наночастинок і матеріалів, що суттєво обмежує сферу застосування нанотехнологій. Інший полягає в тому, що, як і будь-яка нова технологія, яка впливає на здоров’я та життя людей, необхідно провести ретельне тестування, перш ніж розпочати реальну роботу.

Існують етичні проблеми, пов’язані з нанотехнологіями, такі як відсутність розуміння можливої ​​токсичності та екологічні проблеми наноматеріалів. З поширенням нанотехнологій в аграрному секторі також існує потенціал великомасштабної втрати робочих місць. Потенціал нанотехнологій для генної інженерії також створює етичні дилеми.

Для подолання цих проблем потрібен час, але ми можемо бути впевнені в тому, що нанореволюція триває, і її неможливо зупинити.

Джерело: www.analyticssteps.com/

Подібні новини