Наномедицина исследует целесообразность применения нанотехнологий в медицинской практике для профилактики, диагностики и лечения заболеваний с использованием химических медикаментозных средств, а также путем локальных физических воздействий с контролем биологической активности, фармакологического и токсикологического действия полученных продуктов или медикаментов [2,4]. Современное развитие нанотехнологий уже позволяет конструировать некоторые работоспособные медицинские наносистемы. На основе наночастиц (НЧ) разрабатываются разнообразные бактерицидные и противовирусные препараты, лекарственные средства пролонгированного действия. Но основные достижения ориентированы на возможность осуществлять специфическую доставку нано-доз лекарственных препаратов непосредственно в клетки, разработкой чего занимается нанофармакология [4-6]. Возможности исследования свойств наночастиц (НЧ) металлов, выяснения механизмов их биологического действия зависят от способа получения, определяющего их структуру, размеры, физико-химические свойства и стабильность [5,6]. Применение современных методов создания НЧ способно обеспечить нацеленность действия и увеличить биодоступность препаратов для решения основных задач фармакологии.
Целью работы является проведение аналитического обзора наиболее перспективных методов синтеза наноструктур в контексте достижений современной фармакологии и медицины, отслеживание связи используемых методов синтеза с эффективностью.
Поскольку биодоступность является основным критерием эффективности нанопрепаратов, в настоящее время активно проводятся работы по созданию нанокапсул и наносфер для целенаправленной доставки лекарственных препаратов в организме человека (онкологическая, противогепатитная, анти-ВИЧ-терапия) без повреждения здоровых органов и систем. НЧ – отличная альтернатива системному лечению, так как терапевтический эффект может быть достигнут при использовании значительно более низкой терапевтической дозы и, следовательно, с меньшими побочными эффектами. Потенциальные возможности для применения наноматериалов в медицине могут быть подкреплены следующими примерами. Так, наноструктуры (фуллерены, нанотрубки, наносферы) способны повышать качество имплантатов, биосовместимость, механическую прочность, срок службы (например, для искусственных клапанов сердца); нанороботы, осуществляющие коррекцию генетической программы организма, могут быть применены для лечения и предупреждения наследственных заболеваний. НЧ могут также найти широкое применение в терапии сахарного диабета, атеросклероза. Еще одним примером использования нанотехнологий в медицине могут служить исследования в области гипертермического воздействия на раковые опухоли, при котором используются НЧ окиси железа, подвергаемые воздействию магнитного поля [3,5,6].
Возможности исследования свойств НЧ, выяснения механизмов их биологического действия зависят от способа получения, определяющего структуру, размеры, физико-химические свойства и, в частности, биодоступность. Хотя нанотехнологичекий подход обладает большим потенциалом, существует много проблем, включая подбор материала для наночастиц, который наряду с эффективностью должен демонстрировать биосовместимость и отсутствие токсичности, а также способ синтеза наночастиц. Одно из главных преимуществ наноматериалов заключается в том, что они состоят их очень мелких частиц, что дает возможность суперминиатюризации. Эта особенность влияет на их физические и химические свойства. Кроме того, появление квантово-размерных эффектов приводит к резкому изменению основных характеристик наноматериала и появлению новых практически полезных свойств. Характерной особенностью НЧ является также отсутствие дефектов. Все эти признаки объясняют несравнимо большую эффективность НЧ по сравнению с обычными веществами. Материалы на основе наноструктур обладают комплексом уникальных свойств, которые зачастую приобретаются в процессе их синтеза [1,8]. Основной причиной изменения свойств при наноструктурировании является возникновение многочисленных межфазных границ. Таким образом, чтобы получить материал с существенно новыми свойствами, необходимо подвергнуть его наноструктуризации [1,3].
На сегодня известны два основных метода получения наночастиц: 1) физический, что включает термическое выпаривание наночастиц при обработке плазмой, лазером, электрической дугой и др., конденсацию исходного материала в вакууме, механохимическое диспергирование, электроэрозию, литографию; 2) химический, который заключается в получении наночастиц металлов методами термического или радиационного возобновления соединений, которые содержат металлы, их разложение при действии ультрафиолета, ультразвуке, температуры, золь-гель метод [4,7]. Среди физических методов получения НЧ наибольшее применение в промышленной и лабораторной практике получили методы гомогенизации под высоким давлением и микрофлюоридизации, несколько реже применяется диспергирование при ультразвуковом воздействии. Особо эффективными справедливо считаются дисперсные системы, в которых вещества распределены в среде, где одновременно могут сосуществовать два или три агрегатных состояния. Такие системы принято называть некогерентными. В настоящее время уникальные физические свойства наночастиц, возникающие за счёт поверхностных или квантово-размерных эффектов, являются объектом интенсивных исследований. Важно также отметить, что классические законы физики остаются справедливыми для систем с размерами до 10 нм, а при дальнейшей миниатюризации возникают новые закономерности, что требует учета квантово-механических эффектов и связанных с ними особенностей. Комбинируя состав и строение атомарных соединений, а также размерности создаваемых структур, можно изменять свойства вещества на наноуровне и получать физические характеристики, не имеющие аналогов среди классических методов и подходов. Уже сейчас существуют возможности производства НЧ некоторых типов, размеры которых регулируются точными физико-химическими методами, в частности, нанокластеров, придавая новые функциональные характеристики которым, можно добиться использования этих наноструктур в качестве носителей фармацевтических препаратов или гормонов [4,7,8].
Сравнительный анализ показывает, что наиболее перспективными и эффективными на данный момент являются физические способы получения НЧ, заключающиеся в интенсивном тепловом или силовом воздействии на исходный материал, поскольку предопределяют получение НЧ с повышенным уровнем свободной энергии и более чистых по составу. При изготовлении наноструктурных материалов используется целый ряд вспомогательных методик. Физические методы изготовления неупорядоченных наноматериалов сводятся к уплотнению путем измельчения исходных материалов, обычно порошков металлов, в шаровых мельницах, затем их уплотнению под действием высоких температур и давления. Еще один метод изготовления неупорядоченных наноструктур заключается в «закаливании» расплава, когда расплав охлаждается настолько быстро, что получаемое вещество не успевает образовывать кристаллическую структуру. Наноструктурные слои можно получать с помощью методов, базирующихся на выделении фаз газа и жидкости. Также данные методики позволяют получать высокодисперсные порошки на основе НЧ, что чрезвычайно важно при дозировке лекарственных средств [4,6,7].
Химические пути синтеза включают в себя электрохимический способ, синтез методом золь-гель, а также методы с использованием различным полимерных систем. Самые современными являются супрамолекулярные системы, в которых вещество формируется за счет привязывания массивных полимерных образований друг к другу с помощью более маленьких молекул. Развитые химические методы охватывают классические приемы коллоидной химии, а также новейшие подходы, например, использование наноэмульсий. Наноэмульсии используют в медицине и фармакологии для парентерального питания. Их применение позволяет повысить эффективность и снизить побочные эффекты, уменьшив дозу лекарственных препаратов, уменьшить реакцию в месте введения. Несмотря на наличие определенных преимуществ, химические пути синтеза НЧ обладают рядом недостатков. Данные способы, заключающиеся в восстановлении, разложении или синтезе исходных материалов, характеризуются многостадийностью, использованием высокотоксичных соединений, наличием примесей исходных соединений, что требует многократной очистки от балластных веществ на каждой стадии [3,7].
Таким образом, существует множество хорошо изученных физических и химических методов изготовления наноструктур. Комбинирование методик на этапах синтеза наночастиц представляется наиболее результативным способом достижения нанофармакологических и медицинских целей. Инновация заключается в комбинировании средств и методик с целью создания поверхностей с новыми функциональными характеристиками. Исключительно новым можно считать только развитие новейших методов супрамолекулярной химии для синтеза материалов с необычными свойствами. Резюмируя все вышесказанное, можно прийти к знаменателю, что изготовление наноматериалов для медицинских и фармакологических целей требует соответствия стандартам биодоступности, безопасности, эффективности, в связи с чем для этой цели избираются наиболее комплексные методы синтеза, которые во многом предопределяют будущие свойства синтезируемых наносистем.