Наносистема — материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных наноразмерных элементов, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово размерных эффектов, явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов.
В настоящее время в различных областях науки и техники стремительно внедряются нанотехнологии, т.е. технологии манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровнях. Особенно данное направление актуально в области медицины, его развитие позволит существенно повысить качество оказания медицинской помощи людям с ограниченными возможностями. Одной из нанотехнологий в этой отрасли является разработка доставки лекарственных средств к клеткам-мишеням и создание самоорганизующихся ансамблей наноразмерныхчастиц в качестве матриц для регенерации различных тканей, применение которой особенно целесообразно в травматологии и нейрохирургии.
Травма позвоночника, осложненная повреждением спинного мозга в виде его компрессии, размозжения, частичного или полного разрыва, является одной из наиболее трудноизлечимых патологий. Социальная значимость повреждения спинного мозга обусловлена тем, что затрагивает, как правило, трудоспособное население в возрасте от 18 до 60 лет. Следствие травм - глубокая инвалидизация пострадавших и значительные финансовые затраты на реабилитационное лечение.
Частота возникновения этого вида травмы в разных странах колеблется от 11 до 112 человек на 100 000 жителей, а ее последствия проявляются вялым или спастическим параличом, в лучшем случае, парезом конечностей и дисфункцией тазовых органов. В настоящее время не существует эффективных методов лечения травматического повреждения спинного мозга, особенно когда уже прошли месяцы и годы. Даже несмотря на раннее использование современных препаратов ноотропного, холиномиметического, сосудорасширяющего действия, кортикостероидов, блокаторов циклооксигеназы-1, различных регуляторных пептидов, переносчиков кислорода в ткани – перфторана и т. д., не удается достигнуть возвращения утраченных функций спинного мозга.
Применение методов электростимуляции мышц конечностей и стимуляции функций тазовых органов для предотвращения развития в них нейродистрофических изменений после травмы также позволяет достигнуть лишь некоторого ослабления клинических проявлений – последствий травматического повреждения спинного мозга: развившиеся параличи и органные дисфункции обычно остаются резистентными к применяемым лечебным воздействиям.
До конца 80-х годов ХХ столетия торможение восстановительных процессов в нервной ткани при травме спинного мозга связывали с глиальным рубцом, который препятствует прорастанию аксонов. Позднее, с совершенствованием техники исследования в данной области, ингибирование и блокирование спрутинга аксонов стали объяснять ранним развитием в зоне травмы дисбаланса тканевых пептидов - дефицитом ростостимулирующих нейротрофических факторов и опережающим появлением ингибиторов роста аксонов. Возможность устранения асинопсии связывают со спрутингом аксонов сквозь трансплантат, с выделением трансплантированными клетками регулирующих факторов. Исследователями разных стран накоплен опыт нейропластики дефектов нервной ткани путем трансплантации биоинженерных вставок, обработанных белками клеточного матрикса (фибронектин, ламинин, фибриноген), аутологичных стволовых клеток костного мозга и блокаторов ингибиторов роста аксонов. Для регенерации любой ткани необходима структурированная среда, содержащая белковые элементы межклеточного матрикса. Как было показано разными авторами, наиболее перспективными являются гидрогелевые среды, содержащие коллаген, фибронектин, ламинин и специфические пептидные стимуляторы регенерацииткани. В настоящее время за рубежом получают развитие исследования по разработке наносистем с самосборкой, наноносителей нейротрофических факторов, биоактивных стимуляторов регенерации и факторов роста из биодеградируемых и биосовместимых материалов для восполнения дефектов нервной ткани. Вместе с тем зарубежные исследования, в большинстве случаев, находятся в начальной стадии и не доведены до клинических испытаний. К тому же эти исследования имеют эмпирическую природу и соответствующие теоретические основы не разработаны. В Казанской медицинской академии для решения этой важной проблемы сформирована инициативная группа из ведущих специалистов в области химии белка, физической и коллоидной химии, органической синтетической химии, структурного анализа наноразмерных частиц и макромолекулярных ансамблей, цитологии, патофизиологии и нейрохирургии, куда вошли научные сотрудники КГМА, Института органической и физической химии (ИОФХ) Казанского научного центра РАН, Казанского медицинского университета и Казанского технического университета, имеющие опыт и научно-методический задел в данных областях исследования. Для проведения сложных и дорогостоящих исследований будет использовано оборудование Центра коллективного пользования на базе ИОФХ КазНЦРАН и Физико-технического института КазНЦ РАН.
В результате теоретической и методической проработки проблемыинициативной группой была сформирована тема НИР «Регулируемаясамосборка биологических наномолекулярных структур и разработка теоретических основ создания гелевых субстанций биоинженерных конструкций для лечения травм спинного мозга», которая была утверждена и включена в план исследований Минздравсоцразвития РФ (приказ №257от 20.05.09). В рамках выполнения этой темы будет разработана технология приготовления продольно ориентированных гелевых структур, заполненных биологически активными компонентами межклеточного матрикса, проведены исследования супрамолекулярных систем с использованием физикохимических, физических, биохимических, математических (геометрия фракталов) методов исследования и разработаны теоретические основы формирования регулярных пространственных структур с использованием биодеградируемых и биосовместимых материалов. В дальнейшем планируется проведение исследований по созданию технологий векторной доставки лекарственных средств с использованием наноразмерных биодеградируемых материалов.