Нанотехнологии в геронтологии

нанотехнологии в  геронтологии

Геронтоло́гия (от др.-греч. γέρων — «старик» и λόγος — «знание, слово, учение») — наука, изучающая биологические, социальные ипсихологические аспекты старения человека, его причины и способы борьбы с ним (омоложение). Возникла около века назад. Составными частями геронтологии являются гериатрия - учение о болезнях, связанных с инволюционными изменениями, а также особенности лечения и профилактики заболеваний в пожилом и старческом возрасте, герогигиена, которая изучает вопросы общей и специальной гигиены людей старших возрастных групп и геронтопсихология, которая изучает психолого-поведенческие особенности людей пожилого и престарелого возраста.

Значительный вклад  в становление и развитие этой науки внесли И. И. Мечников, Н. М. Амосов. Также в понимание возрастных процессов развития и причин старения внёс вклад В. М. Дильман. Академик В.В. Фролькис выдвинул адаптационно-регуляторную теорию возрастного развития (с генно-регуляторной гипотезой старения). Согласно ему, первичные механизмы старения связаны с изменением регуляции активности генов, регуляции их экспрессии и репрессии. Также выдвинул теорию витаукта — в ходе эволюции, наряду с процессами старения, возникают механизмы активного противодействия им — процессы витаукта (антистарения). В.В. Фролькис предложил также несколько гипотез и концепций: концепцию этагенеза для описания жизненного цикла организма в целом (от зиготы до смерти); гипотезу про инверторы (внутриклеточные регуляторы плазматических мембран) — предположение о существовании внутриклеточных регуляторов состояния плазматических мембран, которые синтезируются в ядре, синтез инверторов с возрастом уменьшается, что обусловливает изменения в возбудимости клеток, чувствительности их к действию гормонов; концепцию о стресс-возраст-синдроме постулированную на основе сходства многочисленных физиологических, биохимических и структурных проявлений старения и стресса.

Социальная геронтология

Это общественная дисциплина, раздел геронтологии, призванный решать демографические, социально-экономические проблемы старения. Термин «социальная геронтология» ввёл Э. Стиглиц (1940 гг). Официально закрепился в 1960 году.

Существует три  направления социальной геронтологии как науки:

1. Изучение влияния старости на личность, на изменение ценностей, потребностей человека, его поведения и образа жизни в старости.
2. Исследование положения пожилого человека в группе, взаимодействие в семье, коллективе, с друзьями, а также изучение специфики групп, состоящих из пожилых людей.
3. Изучение пожилых людей в обществе в целом. Пожилые рассматриваются как определенная демографическая общность и она (общность) влияет на социальные процессы и сама находится под влиянием социальных процессов.
4. Нанотехноло́гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
5. Нанотехнология, нанонаука — это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология, вся микроэлектроника. Принципиальное отличие коллоидных систем, к которым относятся облака, кровь человека, молекулы ДНК и белков, транзисторы, из которых собираются микропроцессоры, в том, что поверхность таких частиц или огромных молекул чрезвычайно велика по отношению к их объёму. Такие частицы занимают промежуточное положение между истинными гомогенными растворами, сплавами, и обычными объектами макромира, такими, как стол, книга, песок. Их поведение, благодаря высокоразвитой поверхности, сильно отличается от поведения и истинных растворов и расплавов, и объектов макромира. Как правило, такие эффекты начинают играть значительную роль, когда размер частиц лежит в диапазоне 1-100 нанометров: отсюда пришло замещение слова коллоидная физика, химия, биология на нанонауку и нанотехнологии, подразумевая размер объектов, о которых идет речь.

Определения и терминология

Есть мнение, что  на сегодняшний день в мире нет  стандарта, описывающего, что такое  нанотехнологии, что такое нанопродукция. В Еврокомиссиисоздана специальная группа, которой дали два года на то, чтобы разработать классификацию нанопродукции. Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие: 
1.В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:^[2]

• знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;
• использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

2.Согласно «Концепции  развития в Российской Федерации  работ в области нанотехнологий  на период до 2010 года» (2004 г.)^{[источник не указан 914 дней]} нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых  для создания, обработки и манипуляции  атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно  объект должен обладать хоть одним  линейным размером менее 100 нм — это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнологии качественно  отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах  привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и  взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.

Нанотехнология и  в особенности молекулярная технология — новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.

Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

[править]История

В ГЕРОНТОЛОГИИ

Применение нанотехнологий в геронтологии направлено на достижение бессмертия людей, путём создания нанороботов, которых внедряют в организм человека. Нанороботы используются, чтобы предотвратить  старение клеток и тканей человека. Нанороботыбудут, смогут повлиять на перестройку  тканей, излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики.

Технологии могут  быть внедрены во второй половине XXI века.

Клиническая геронтология через несколько десятилетий

    М. В. Соловьёв

    В современной геронтологии доминирующей становится точка зрения, что первичные  причины старения имеют молекулярную природу. В частности свидетельством тому является последний конгресс Международной  ассоциации биомедицинской геронтологии, где большинство докладов было посвящено  свободно- радикальной теории старения [1]. Исходя из подобных представлений  уже сейчас можно создавать достаточно полные теории старения и понимать как в принципе можно бороться с ним (см., например, [3, 4, 9]). А дальнейшие исследования в этом направлении несомненно приведут как к увеличению точности и непротиворечивости теорий старения, так и к внедрению в клиническую практику эффективных методов противодействия ему. Вместе с тем, технический прогресс привел к тому, что в настоящее время человечество находится на пороге достижения возможности свободного манипулирования с отдельными атомами и молекулами. Анализ развития этих тенденций, ведущих к "овладению" молекулярным уровнем организации живой материи, позволяет предположить, что через несколько десятилетий подходы к лечению старения претерпят коренные, революционные изменения и, в конечном счете, их развитие приведет к решению проблемы старения.

Молекулярное старение и антистарение

    Большинство молекул, находящихся в водных растворах, со временем изменяются – в основном в результате взаимодействия с другими  молекулами и атомами (тепловое движение, химические реакции, альфа-радиация) и  под действием электромагнитных излучений (ультрафиолет, гамма-радиация). Молекулы могут распадаться на атомы, превращаться в другие молекулы, претерпевать структурные изменения. Последнее  подразумевает, что в функциональном отношении молекула остается той  же самой. При этом, однако, эффективность  выполнения функции может меняться. Ухудшение функционирования молекулы со временем под действием повреждающих факторов может быть рассмотрено  как старение на молекулярном уровне.

    Одним из основных факторов, вызывающих молекулярные повреждения в живых клетках  являются свободные радикалы – высокореакционные  молекулы, имеющие неспаренный электрон. Они образуются в качестве побочного  продукта в процессе выработки энергии  в дыхательной цепи митохондрий, а также в ряде других реакциях обмена веществ [20]. Другим опасным фактором является неспецифическое взаимодействие клеточных макромолекул с глюкозой, которая также является соединением, образующемся во многих биохимических реакциях [8]. Сильное разрушающее действия на макромолекулы оказывают и молекулы воды, так как часть из них обладают очень большими скоростями движения (вследствие статистического распределения скоростей движения молекул воды в жидкой фазе) и следовательно могут легко взаимодействовать с другими молекулами [2].

    Эти и ряд других повреждающих воздействий  приводит к окислению липидов  клеточных мембран, инактивации  белков-ферментов, гликозилированию структурных  белков и образованию между ними поперечных сшивок, мутациям генов. Что, в свою очередь, ведет к постепенному разрушению структуры и ухудшению  функционирования клетки: нарушается целостность и проницаемость  мембран, падает ферментативная активность, клетка засоряется продуктами обмена, нарушается синтез белков и регуляция  клеточных процессов. Причем эти  процессы характеризуются положительной  обратной связью – неправильное или  ухудшенное функционирование молекул  приводит к увеличению потока повреждающих воздействий. К тому же из-за ухудшения  работы клеток и отмирания части  из них нарушаются регуляторные процессы и на организменном уровне, что  в результате обратной связи приводит к еще большему увеличению повреждающих воздействий на молекулярном уровне. Все это ведет к катастрофическому  нарушению регуляции, появлению  системных "болезней старения" (большинство  форм рака, атеросклероз, гипертония, сахарный диабет), ослаблению сопротивляемости организма стрессорным воздействиям, что с неизбежностью приводит к смерти.

    В период возникновения жизни, в "первичном  бульоне" основные молекулы жизни (белки  и нуклеиновые кислоты) неизбежно  должны были подвергаться повреждающим воздействиям. (Поскольку эти молекулы старели еще до того как появилась  возможность для их саморазмножения, т.е. до возникновения жизни, то можно  сказать, что старение древнее жизни.) Следовательно, возникновение механизмов защиты от них (антистарения) было существенно необходимо для успешного развития жизни. И далее в процессе эволюции происходила конкуренция старения и антистарения [9, 14].