Рабочая программа дисциплины Основы нанобиотехнологии (стр. 3 )

• Второе направление - нанолекарства. Это конструирование новых лечебных препаратов. Создаются лекарства для клеток-мишеней и клеточных наноструктур, включая генотерапию, новые противоопухолевые, кардиотропные и психотропные средства, новые антибиотики, иммуномодуляторы, аллерготропины и наноантитела для лечения иммунодефицитов, аллергии, опухолей и аутоиммунных заболеваний. Ученые работают над адресным преодолением клеточных мембран, различных биологических барьеров для адресной доставки лекарств.

• Третье направление - нановакцины. Это конструирование иммуногенов, мини-антител, наноантител. В первую очередь, речь идет о создании вакцин нового типа против туберкулеза, СПИДа, гепатитов, гриппа и других новых и возвращающихся социально значимых инфекций. С помощью нанотехнологий становятся возможными противоопухолевая защита организма, адресное стимулирование или подавление его иммунитета.

• Нанотрансгенез, или трансгенное наноконструирование. Это трансгенез бактерий, вирусов, создание различных векторных наноконструктов. Трансгенез растений позволяет создавать новые эффективные гормоны и вакцины, трансгенез животных - новые породы, новые биологические материалы.

• Наконец, нанобионика. Создание нанокомпонентов для новых кровезаменителей, наногубок и нанотрубок для депонирования в тканях биоактивных субстанций, безаллергенных биоматериалов, энерготрасформирующих наносистем и нанороботов. Здесь же создание модельных живых клеток и искусственных вирусов.

Нанотоксикология может быть определена как наука о созданных наноустройствах и наноструктурах, имеющая дело с их воздействием на живой организм. Оценка их безопасности должна иметь высший приоритет в условиях ожидаемого распространения по всему миру и вероятного воздействия на людей, непосредственно или через выделение в окружающую среду (воздух, воду, почву).

 

5. Биосенсоры. Биомаркеры

1. Сенсорные наноматериалы

2. Биомаркеры как способ диагностики заболеваний.

Основные понятия.

В области электроники биотехнология может быть использована для создания улучшенных типов биосенсоров и новых приводящих устройств, называемых биочипы.

Биотехнология делает возможным создание устройств, в которых белки являются основой молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения в последнее время стали использовать не химические реагенты, а биосенсоры – ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Ферменты обладают высочайшей чувствительностью.

Биоселективные датчики создают также путем нанесения на поверхность ионоселективных электродов целых клеток микроорганизмов или тканей. Например, Neurospora europea – для определения NH3, Trichosporon brassiacae – для определения уксусной кислоты.

В качестве сенсоров используют также моноклональные антитела, обладающие исключительно высокой избирательностью. Лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании, такие как Hitachi, Sharp. Например, компания Hitachi в начале 90-х годов создает проектную групп численностью в 200 человек исключительно для работ в области биоэлектроники. Компания Sharp проводит исследования по разработке компьютеров с биокомпонентами.

Появляется новый тип полупроводников, проводящую функцию в которых осуществляют молекулы белков. Такие ферментные системы работают с большей скоростью, чем кремниевые полупроводники. Биочипы имеют небольшие размеры, надежны и способны к самосборке. Еще одна японская компания, Sony, запатентовала способ производства высококачественных акустических систем из целлюлозы, образуемой бактериями. Гелеобразная целлюлоза высушивается. Полученный материал имеет структуру сот и используется в качестве плоской диафрагмы акустических систем.

Слово биомаркер, сокращенное от биологический маркер - термин, обозначающий измеряемое событие, происходящее в биологической системе, каковой является человеческий организм. Явление затем интерпретируется как отражение или маркер более общего состояния организма или продолжительности жизни. Обычно используется как индикатор состояния здоровья или риска заболевания. Биомаркеры используются в исследованиях in vitro и in vivo, которые могут включать исследования на человеке. Обычно выделяют три конкретных вида биологических маркеров. Хотя отдельные биомаркеры трудно поддаются классификации, их можно разбить на три большие группы: биомаркеры воздействия, биомаркеры эффекта и биомаркеры чувствительности.

 

6. Вирусные структуры в качестве инструмента нанотехнологий. Обеспечение безопасности в области нанотехнологий.

1. Особенности применения вирусных структур

2. Доставка лекарств.

3. Разработка медико-биологического обеспечения безопасности в области нанотехнологий.

Основные понятия.

Наночастицы легко проникают в организм человека и животных через кожу, респираторную систему и желудочно-кишечный тракт. Сейчас уже не подлежит сомнению, что некоторые нанообъекты могут оказывать токсичное действие на клетки различных тканей. В частности, такое воздействие оказывают углеродные нанотрубки, которые считают одним из самых перспективных наноматериалов близкого будущего.

Ситуация осложняется тем, что многие наноструктуры производятся не одним, а несколькими способами. Это обстоятельство увеличивает ассортимент рисков, с которыми могут сталкиваться или уже сталкиваются работники нанотехнологической индустрии. С другой стороны, оно дает основание предположить, что внешне одни и те же нанопродукты, изготовленные на основе различных технологий, будут оказывать неодинаковое воздействие на человека и его среду обитания.

Не подлежит сомнению, что многие наноматериалы обладают токсичным действием. Например, вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. Опыты на аквариумных рыбах и собаках показали, что фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.

Составители Белой Книги настоятельно рекомендуют ускорить проведение широкомасштабных исследований, нацеленных на выяснение опасностей и рисков, связанных с наночастичным загрязнением среды обитания. В частности, необходимо выяснить, какими путями осуществляется биодеградация наночастиц и как она влияет на экологические цепи в живой природе.

 

Самостоятельное изучение разделов дисциплины:

Номер радела (темы)	Темы/вопросы, выносимые на самостоятельное изучение	Кол-во часов
1.	Предприятия, НИИ и научно-исследовательские центры, работающие в области нанобиологии, нанобиотехнологии и бионанотехнологии.	20
2.	Полимеразная цепная реакция	24
3.	Области применения нанотрубок, наночастиц, фуллеренов, графенов и других наноматериалов	20
4.	Нанотехнологические производства в России и в мире. Применения нанобиотехнологий в медицине и диагностике.	20
5.	Биочипы.	20
6.	Разработка медико-биологического обеспечения безопасности в области нанотехнологий	20

 

В качестве учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине (модулю) «Основы нанобиологии и нанобиотехнологии» предлагаются:

Вопросы для собеседования в форме традиционного семинара с элементами дискуссии (к разделу 1)

Раздел 1. Основные задачи и методы нанобиологии. Историческое развитие. Основные понятия.

2.      Нанобиология, нанобиотехнология и бионанотехнология. Общее понятие, ключевые различия.

3.      Нанобиотехнология. Историческое развитие. Общее понятие.

4.      Бионанотехнология. Историческое развитие в России и в мире.

5.      Развитие нанобиотехнологии и нанобиологии в России и за рубежом. Основные предприятия, нии и др.

 

Вопросы для собеседования в форме семинара – развернутой беседы (разделы 2, 4)

Раздел 2. Тесты на обнаружение генно-модифицированных продуктов питания.

1.      Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

2.      Основные компоненты ПЦР диагностики

3.      Механизмы ПЦР диагностики

4.      Применение ПЦР с детекцией в режиме реального времени для проведения мониторинга ГМО в пищевых продуктах и сырье

5.      Новые технологии молекулярной диагностики

 

Раздел 4. Методы нанотехнологического производства. Нанобиотехнология

1.      Особенности нанотехнологических производств

2.      Основные задачи нанобиотехнологии

3.      Нанодиагностика и нанодетекция.

4.      Нанолекарства.

5.      Нановакцины.

6.      Нанобионика

7.      Нанотоксикология

 

Вопросы для собеседования в форме семинара – дискуссии (к разделу 3):

 

Раздел 3. Наноматериаловедение.