Медицинские нанобиотехнологии

Министерство здравоохранения и социального развития РФ
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени Н.И.ПИРОГОВА»
Кафедра медицинских нанобиотехнологий
«Утверждаю»
Декан__МБФ________________
_Балякин Ю.В.
«___»_________________2012_г.
ПРОГРАММА СПЕЦКУРСА ПО ВЫБОРУ
Название дисциплины Медицинские нанобиотехнологии
Специальность
Медицинская биофизика
Обсуждено на заседании кафедры
Медицинских нанобиотехнологий
Зав. кафедрой_________________
Чехонин В.П
«____»__________________2012_г.
МОСКВА – 2012г.
1.
ЦЕЛЬ
И
ЗАДАЧИ
ДИСЦИПЛИНЫ
«МЕДИЦИНСКИЕ
НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ»
Целью освоения дисциплины является формирование системных знаний по
медицинским аспектам применения современных нанотехнологий, приобретение умений
и навыков по основным методам, применяющимся в нанобиотехнологии и наномедицине.





Задачи дисциплины:
Изучение современных направлений и перспектив развития нанобиотехнологии и
наномедицины.
Изучение базовых положений физико-химии наночастиц, наноструктурированных
материалов, их компонентов и комплексов.
Изучение нанотехнологических аспектов молекулярной биологии клетки; генной,
белковой и клеточной инженерии; генотерапии; генодиагностики.
Выработка у студентов способности правильно интерпретировать данные литературы
по медицинским нанобиотехнологиям, оценки качества и биобезопасности
медицинских нанотехнологических продуктов.
Формирование представлений о нанотоксикологии и природоохранных
нанотехнологиях.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
(Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины)
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:








Уметь:



теоретические основы нанобиотехнологий и наномедицины;
принципиальное значение нано-размерности как фактора, радикально
меняющего физико-химические свойства;
основные методы, применяющиеся в нанотехнологических экспериментах
(структурные, аналитические, препаративные);
физико-химические свойства и основные направления практического
применения углеродных, полимерных и липидных наночастиц;
базисные
физико-химические
свойства
наноструктурированных
материалов и их практическое значение в медицине;
основы создания биосенсоров и микрочипов;
основы нанотоксикологии и биобезопасности;
основы визуализации (конфокальная микроскопия, 4pi-микроскопия, FRET,
электронная атомно-силовая микроскопия и др.).
(ОК 1—5, 11, 17, ПК 1 — 5, 9, 12, 22).
интерпретировать
данные
литературы
по
медицинским
нанобиотехнологиям;
применять
на
практике
базовые
методы
нанобиотехнологий
(флюоресцентная микроскопия, диск-электрофорез, хроматографическое
фракционирование наночастиц);
выполнять основные биотехнологические методики (ПЦР-амплификация,
рестрикционный
анализ,
электрофоретический
анализ
ДНК
и
полипептидов, трансформация прокариотических клеток, трансфекция
клеток эукариот, получение рекомбинантных белков);
(ОК 1 — 5, 11, 17, ПК 1 — 5, 9, 12, 22).
2
Владеть:
 базовой терминологией, применяющейся в нанотехнологиях;
 навыками работы с автоматическими дозаторами;
 навыками флюоресцентной микроскопии;
 базовыми хроматографическими навыками;
 базовыми биотехнологическими навыками;
 навыками публичного выступления по нанобиотехнологической тематике.
(ОК 1 — 6, ПК 1 — 3).
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет __12__ зачетных единиц, __552__часов.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Реферат
История болезни
и(или) другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточного контроля (зачет, экзамен)
Всего
часов
552
400
Семестры
11
552
400
60
116
160
64
152
60
116
160
64
152
20
20
20
20
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
В курсе представлены основные задачи, направления, средства и методы
медицинских нанобиотехнологий. Нанотехнологии вообще и нанобиотехнологии в
частности – одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной
науки. Актуальность курса для студентов определяется объективной необходимостью
подготовки специалистов по медицинским нанобиотехнологиям, их востребованностью в
современной медицине и несомненным повышением спроса на таких специалистов в
недалеком будущем. Знания теоретической и экспериментальной базы современных
физико-химических, иммунологических и молекулярно-генетических технологий
необходимы для многих смежных специалистов в области современной биофизики,
биохимии, медицинской кибернетики, а также в клинических отраслях.
Представления о современных наноматериалах и их свойствах, наноконструкциях
и нанотехнологиях, применяемых в области медицинских нанобиотехнологий, позволят
студентам лучше ориентироваться в выборе того или иного направления будущих
исследований. Эти знания необходимы для правильной интерпретации научной
литературы и формирования мировоззрения современного специалиста в области
медицинской биофизики.
3
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Наименование раздела дисциплины
Нанонаука и нанотехнологии. Введение.
Методы изучения наноструктур
Основные направления медицинских
нанобиотехнологий
Наночастицы в биомедицинских исследованиях и
медицинской практике
Нанотоксикология
Биомедицинские наноматериалы
Наноустройства (наноконструкции) в биологии и
медицине
Квантовые точки в биологии и медицине
Наноструктурные основы патогенеза
Нанотехнологии в генодиагностике инфекционных
заболеваний и наследственной патологии
Нанотехнологии в генотерапии и генокоррекции
Нанотехнологические аспекты транспорта
диагностических и лекарственных препаратов через
гистогематические барьеры
Нанотехнологические подходы к диагностике и
терапии опухолей
Природоохранные нанобиотехнологии
Современные тенденции и ближайшие перспективы
нанобиотехнологий
Всего
Практ.
зан.
Лаб.
зан.
Семин.
2
8
2
8
8
24
22
10
2
8
10
6
12
8
16
10
4
4
4
8
8
8
10
10
8
14
10
10
2
2
6
8
8
8
8
10
10
10
14
10
6
4
8
16
8
10
12
14
10
6
8
16
16
10
2
2
8
10
8
10
10
60
116
160
152
Лекц.
8
64
СРС
4.2. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
Наименование раздела
дисциплины
Нанонаука и
нанотехнологии.
Введение
2.
Методы изучения
наноструктур
Содержание раздела
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
2.1.
2.2.
2.3.
Базовые понятия и определения.
История возникновения и развития научного направления.
Роль в биологии и медицине.
Принципиальное значение нано-размерности как фактора,
радикально
меняющего
физико-химические
свойства
супрамолекулярных структур и их способности взаимодействовать
с биологическими объектами.
Биомолекулы как составляющие наномира.
Морфологические методы исследования наноструктур. Атомная
силовая микроскопия (АСМ). Сканирующая туннельная
микроскопия (СТМ). Ионно-полевая микроскопия (ИПМ).
Магнитно-резонансная томография (МРТ). Высокоразрешающая
электронная микроскопия (ВРЭМ) – электронная дифракционная
микроскопия.
Аналитические
методы
исследования
наноструктур.
Электропарамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный магнитный
резонанс (ЯМР), спектроскопия малоуглового рассеяния нейтронов
(SANS), флюоресцентный резонансный перенос энергии (FRET).
Тритиевая
планиграфия.
Рентгеновская
(дифракционная)
кристаллография.
Фотоэмиссионная
спектроскопия.
Масс-спектроскопия. Сканирующая лазерная конфокальная
микроскопия.
Препаративные
методы
исследования
наноструктур:
высокоэффективная
жидкостная
хроматография
(ВЭЖХ),
ультрацентрифугирование,
ультрафильтрация,
электрофорез,
проточная флюориметрия.
4
3.
Основные направления
медицинских
нанобиотехнологий
4.
Наночастицы в
биомедицинских
исследованиях и
медицинской практике
Адресная доставка диагностических препаратов и лекарств.
Наночастицы – биомаркеры.
Квантовые точки.
Инкапсулирование лекарств.
Наноструктурные материалы для:
а) хирургических имплантаций;
б) биотехнологического производства лекарств;
в) контроля за состоянием окружающей среды;
г) иммуновыделения клеток и молекул;
д) фильтрации (нанопористые мембраны).
3.6. Спин-селективные нанореакторы.
3.7. Нанороботы:
а) «наномеханизмы» на основе ДНК;
б) наноустройства для восстановления поврежденных
клеточных поверхностей;
в) эндоскопические устройства и нанороботы.
3.8. Диагностические наноустройства:
а)устройство для сверхбыстрого секвенирования ДНК;
б) чип-лаборатория;
в) биосенсоры и нанодетекторы;
г) биомолекулярная визуализация (molecular imaging);
д) системы детекции микроорганизмов.
3.9. Контроль за состоянием поверхностей и манипуляции с ними:
а) синтетические тонкопленочные покрытия;
б) нанопленки на основе биоматериалов;
в) биосовместимые поверхности;
г) модуляторы клеточной адгезии.
3.10. Нанобиомиметики:
а) искусственные антитела;
б) искусственные (модифицированные) ферменты;
в) искусственные рецепторы;
г) гибридные (химерные) полимеры;
д) гибридные вирусы;
е) прикладная протеомика и белковая инженерия;
ж) тканевая инженерия.
3.11. Молекулярная и клеточная медицина:
а) генная терапия;
б) фармакогеномика;
в) клонирование и медицинское использование стволовых
клеток;
г) биотерапия с использованием модифицированных вирусов;
д) нановакцины.
4.1. Полиморфизм наночастиц:
а) углеродные наночастицы;
б) дендримеры;
в) нановолокна;
г) наноиглы;
д) нанооболочки;
е) наноконтейнеры;
ж) циклопептиды/циклонуклеотиды;
з) металл наночастицы (Ag, Au, Pl, Pt, и др.).
4.2. Общие закономерности и особенности фармакокинетики и
фармакодинамики наночастиц, определяемые их размерами.
4.3. Физико-химические свойства фармакологически значимых
наночастиц. Связь структуры наночастиц с их биологическими
эффектами in vivo и in vitro:
а) фуллерены и их аддукторы;
б) нанотрубки и их комплексы с лекарствами;
в) дендримеры;
г) металлы и их оксиды;
д) липосомы;
е) полимерные нанокапсулы;
ж) полимерные и биополимерные матрикс – наночастицы.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
5
5.
Нанотоксикология
6.
Биомедицинские
наноматериалы
7.
Наноустройства
(наноконструкции) в
биологии и медицине
8.
Квантовые точки
(Quantum dots) в
биологии и медицине
9.
Наноструктурные
основы патогенеза
4.4. Частные случаи успешного фармакологического применения
наночастиц:
а) фотодинамическая терапия опухолей;
б) радиотерапия опухолей;
в) адресная доставка ДНК в генной терапии;
г) противовирусная и антибактериальная терапия;
д) антиоксиданты и стимуляторы тканевого дыхания.
4.5. Применение наночастиц в биомедицине:
а) основные принципы и математическое моделирование;
б) магнит-терапия;
в)магнит-фракционирование клеточных популяций;
г)адресная доставка лекарств;
д)регулируемая локальная гипертермия;
е) Магнитно-резонансная томография (MРТ)-, позитронноэмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная
компьютерная томография (SPECT).
5.1. Размер имеет значение: сравнительный анализ обычных и
наноразмерных структур идентичного химического строения:
а) золото = нанозолото;
б) полиэтиленгликоль (ПЭГ) = ПЭГ – квантовые точки, и др.
5.2. Способы введения в организм и токсичность наночастиц.
5.3. Особенности токсичности ряда применяемых в биомедицинских
исследованиях наночастицы:
а) TiO2, Au (частицы с альбуминовой ??БСА/ЧСА – оболочкой),
Ir;
б) ПЭГ – квантовые точки;
в) металлофуллерены;
г) углеродные нанотрубки;
д) ПТФЭ (политетрафторэтилен);
е) полиизогексилцианоакрилат (биодеградирующий);
ж) полистирол (небиодеградирующий полимер).
6.1. Наногели (сети гидрофобных/гидрофильных цепей) для
транспорта олигонуклеотидов.
6.2. Наноструктуры серебра в асептике и дезинфекции.
6.3. НЭМС (наноэлектромеханические системы).
6.4. Полипептидные и ДНК нанопроволоки.
6.5. Сверхпроводимые гели для нейроимплантатов на основе
углеродных трубок.
6.6. Наноматериалы для иммуноизоляции (иммуновыделения) клеток
для клеточной терапии.
6.7. Стационарные фазы для аффинной хроматографии сигнальных
белков и рецепторов (фуллерен-содержащие лиганды и пр.).
7.1. Биологические наномоторы.
7.2. «Ловушки» для вирусов.
7.3. Изотоп-дискриминирующие нанореакторы, полученные с
помощью белковой инженерии. Модификация нанотопологии
каталитических сайтов.
7.4. Молекулярные диоды.
7.5. Самоорганизующиеся нанотранзисторы.
7.6. НЭМС: сенсоры для взвешивания одиночных или
немногочисленных молекул ДНК.
7.7. Нанокомпоненты макроскопических устройств.
8.1. Основные математические модели.
8.2. Мечение биологически активных молекул квантовыми точками.
8.3. Современный флюоресцентный анализ с помощью квантовых
точек.
9.1. Мисфолдинг (нарушение сборки вторичной и третичной
структуры) белков. Понятие о «нанотравме»:
а) мисфолдинг виментина,
б) нанотравма в патогенезе болезни Альцгеймера (мисфолдинг
-амилоида),
в) мисфолдинг α–тубулина.
6
10.
Нанотехнологии в
генодиагностике
социально значимых
инфекционных и
наследственных
заболеваний
11.
Нанотехнологии в
генотерапии и
генокоррекции
12.
Нанотехнологические
аспекты транспорта
диагностических и
лекарственных
препаратов через
гистогематические
барьеры
13.
Нанотехнологические
подходы к диагностике
и терапии опухолей
14.
Природоохранные
нанобиотехнологии
9.2. Понятие о статтер-дефектах (Stutter defects).
9.3. Синдром Рэнка (Renk syndrome).
10.1. Методы генодиагностики:
а) метод молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот;
б) метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) и его «нано»разновидности;
в) технология ДНК-чипов;
г) метод секвенирования ДНК.
10.2. Нанотехнологические варианты метода ПЦР в диагностике
инфекционных заболеваний.
10.3. Применение вариантов ПЦР для детекции онкомаркеров.
10.4. Применение вариантов ПЦР для выявления
антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов.
10.5. Нанотехнологические методы генодиагностики
(гибридизационные, роботизированная ПЦР/ЛОЗ (полимеразная
цепная реакция с лигированием олигонуклеотидных зондов), ДНКчипы и др.) для оценки экспрессии генов ответственных за
патологические состояния и процессы.
10.6. Применение метода автоматического секвенирования в
диагностике наследственной патологии.
11.1. Основные подходы в генотерапии наследственных и
приобретенных заболеваний.
11.2. Принципы получения терапевтических генов и генно-инженерных
наноконструкций (ГИНК).
11.3. Способы доставки ГИНК и терапевтических генов в целевые
клетки органов и тканей организма.
11.4. Вирусные нановекторы для доставки терапевтических генов в
целевые клетки.
11.5. Технология «Gene-gun» и перспективы ее применения в
наномедицине.
12.1. Молекулярные мишени для транспорта через
гематоэнцефалический барьер.
12.2. Адресная доставка лекарств с помощью Stealth-липосом.
12.3. Направленный транспорт биодеградирующих полимерных
наночастиц.
12.4. Водорастворимые и коллоидные формы «адресных» наночастиц.
12.5. Адресная доставка с помощью наногелей.
12.6. «Умные» дендримеры и высокоселективные нанозонды.
13.1. Наночастицы в радио- и визуализационных методах диагностики
(компьютерная томография, МРТ, ПЭТ, SPECT).
13.2. Металлические (Au) и полупроводниковые (CdSe/CdS)
наночастицы.
13.3. мРНК – биочипы. Иммуно-биочипы. Выявление поверхностных
опухоль-специфических антигенов.
13.4. Нановакцины на основе олигосахарида -3-аминопропилгликозид
сиалил-3’-лактозы (GM3).
13.5. Наночастицы и синтетические дендримеры для радиотерапии.
13.6. Дендримерные ДНК, РНК – нанокапсулы и аптамеры.
13.7. Полимерные наночастицы с векторыми антителами к опухолевым
антигенам.
13.8. Наночастицы фталоцианина алюминия в модуляции ангиогенеза.
Нанофотосенсибилизаторы.
13.9. Наночастицы, снижающие устойчивость опухолевых клеток к
цитостатикам.
13.10. Магнитоуправляемые липосомные нанокомпозиты.
13.11. Кремниевые нанокристаллы.
14.1. Наноструктуры с иерархической самосборкой для адсорбции
тяжелых металлов.
14.2. As – связывающие нанохелаторы.
14.3. Наноструктуры серебра в очистке промышленных сточных вод.
14.4. Наноразмерные частицы TiO2 в очистке воздуха от токсичных
органических соединений и в инактивации вирусов.
7
Современные
тенденции и
ближайшие
перспективы
нанобиотехнологий
15.
14.5. Нанопористые полимеры в очистке воды.
14.6. Мезопористые нанокомпозитные материалы (МСМ-41) в
переработке ядерных отходов.
14.7. Неорганические Mo/S-фуллерены и одностеночные углеродные
нанотрубки в фотокаталитической очистке жидкостей.
14.8. ДНК-несущие наносенсоры для обнаружения и идентификации
микроорганизмов в окружающей среде.
14.9. Создание экологически безопасных нанокомпозитных материалов
для строительной индустрии.
15.1. Увеличение разрешающей способности магнитно-резонансной
томографии в диагностике и локализации опухолей.
15.2. Иммунолипосомальная нейронавигация при оперативном лечении
(удалении) опухолей головного мозга.
15.3. Контролируемое поведение наночастиц in vitro.
15.4. Повышение клеточной/тканевой избирательности взаимодействия
(узнавания) «рецептор – наночастица».
15.5. Выяснение молекулярной природы биосовместимости
наноматериалов.
15.6. Повышение эффективности (точности) манипуляций с
одиночными биологическими молекулами в генной/белковой
инженерии.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ п/п
1.
№ раздела
дисциплины
2
2.
2
3.
2
4.
2
5.
2
6.
2
7.
3
8.
3
9.
4
10.
4
11.
4
12.
5
13.
6
Наименование лабораторных (практических) работ
Препаративные методы нанобиотехнологии. Подготовка компонентов для
биосинтеза наночастиц.
Лабораторная работа: «Очистка векторных наноконтейнеров от
низкомолекулярных примесей с помощью гель-проникающей хроматографии».
Лабораторная работа: «Знакомство с методом атомной силовой микроскопии.
Подготовка препарата для атомно-силовой микроскопии». Компьютерная
симуляция атомно-силовой микроскопии.
Аналитические методы нанобиотехнологии. Лабораторная работа: «Подготовка
препарата для сканирующей лазерной конфокальной микроскопии». Знакомство с
устройством сканирующего лазерного конфокального микроскопа. Компьютерная
симуляция конфокальной микроскопии.
Знакомство с методом тритиевой планиграфии белков и вирусных частиц.
(Демонстрация учебного фильма).
Знакомство с методом спектроскопии малоуглового рассеивания нейтронов.
Компьютерная симуляция. Демонстрация учебного фильма.
Основные направления биомедицинских нанотехнологий. Определение размеров
сферических медицинских наночастиц и их кластеров. Изучение физикохимических условий и динамики кластерообразования.
Основные направления биомедицинских нанотехнологий. Белковые
нанореакторы на примере модифицированной шаперонами креатинкиназы из яда
желтой гадюки.
Наночастицы в биомедицинских исследованиях. Лабораторная работа:
«Флюоресцентный анализ с помощью наночастиц, меченных Dil». Знакомство с
устройством флюоресцентного микроскопа. Компьютерная симуляция
флюоресцентной микроскопии живых клеток.
Медицинские нанокатионы на примере порфириновых аддуктов фуллерена С60:
изучение кинетики высвобождения биологически активных ионов in vitro и in vivo
(Mg, Ca, Co, Cd).
Изучение нанорельефа поверхностей, взаимодействующих с биологически
активными соединениями и наночастицами. (Компьютерная симуляция).
Нанотоксикология. Изучение различий в фармакокинетике
наноструктурированных и обычных металл-содержащих препаратов. Нанозолото
– обычное золото. Наночастицы оксида титана – обычный оксид титана.
Биомедицинские наноматериалы. Компьютерная симуляция структуры. Разбор
конкретных примеров успешного практического применения.
8
14.
7
15.
8
16.
9
17.
10
18.
10
19.
11
20.
11
21.
12
22.
12
23.
13
24.
13
25.
13
26.
14
27.
15
Лабораторная работа: Определение количественных параметров силы и
селективности узнавания (взаимодействия) в парах «рецептор-лиганд», «ферментсубстрат», «антиген-антитело».
Применение нанобиотехнологий для создания лекарственных препаратов нового
поколения. Лабораторная работа: «Приготовление конъюгата лекарственного
препарата с квантовыми точками».
Наноструктурные основы патогенеза. Современные представления о патогенезе
болезни Альцгеймера. Понятие о нанотравме, мисфолдинге, статтер-дефектах.
Практическое освоение методов генодиагностики. Лабораторная работа:
Выделение препаратов нуклеиновых кислот для анализа методом ПЦР.
Практическое
освоение
методов
генодиагностики.
Знакомство
с
нанотехнологическими вариантами ПЦР.
Практическое освоение методов генодиагностики. Лабораторная работа:
«Постановка модифицированного ПЦР анализа с целью диагностики
инфекционных заболеваний».
Практическое освоение методов генодиагностики. Лабораторная работа:
«Приготовление агорозного геля и проведение гель-электрофореза для анализа
ПЦР-продуктов и препаратов ДНК».
Практическое закрепление знаний по молекулярным мишеням для адресной
доставки наносистем. Компьютерная симуляция направленного транспорта
многокомпонентных наночастиц.
Адресная доставка наноконтейнеров через гематоэнцефалический барьер.
Компьютерная симуляция биосинтеза векторных ПЭГилированных stealthиммунолипосом.
Лабораторная работа: «Получение монослойной культуры клеток человека HEK
293 как основной модельной системы для исследований опухоль-селективных
генно-инженерных наноконструкций».
Способы доставки генно-инженерных наноконструкций (ГИНК) в клетки
эукариот. Лабораторная работа: «Использование катионных липидов для доставки
ГИНК в клетки эукариот».
Опухоль-селективные наносистемы. Компьютерная симуляция структуры и
механизма действия специфичного для опухолевых эндотелиоцитов нанозонда на
основе RGD-пептида и оксида этилена.
Семинар по природоохранным нанотехнологиям. Экологические проблемы,
связанные с нанотехнологиями. «Что такое нано-хорошо и что такое нано-плохо».
Обсуждение ближайших перспектив нанотехнологий и наномедицины.
Демонстрация учебных видеоматериалов по нанороботам, “Internal life of the cell”,
“Nanocar”.
6. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Из современных образовательных технологий в курсе дисциплины «Медицинские нанобиотехнологии»
предусматриваются встречи со специалистами, интерактивные занятия с применением мультимедийных
технологий, демонстрационные технологии (знакомство с высокотехнологичными процессами и
специальным оборудованием с помощью обучающих фильмов), компьютерные симуляции современных
высокотехнологических методов (атомная силовая микроскопия, флюоресцентный анализ, конфокальная
микроскопия).
7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
Текущий контроль успеваемости осуществляется на контрольных
информационного блока дисциплины.
Итоговый контроль осуществляется в форме итогового зачёта по билетам.
занятиях
после
каждого
Пример контрольных вопросов по теме «Методы изучения наноструктур»
1. Охарактеризуйте основные группы методов, применяющихся для исследования наноструктур.
2. Дайте характеристику препаративных методов анализа наноструктур.
3. Дайте характеристику аналитических методов анализа наноструктур.
4. Дайте характеристику морфологических методов анализа наноструктур.
9
5. Что такое «визуализация» (imaging) с точки зрения нанотехнологий. Приборы, с помощью которых
осуществляется визуализация наноструктур.
6. Опишите принцип атомной силовой микроскопии. Разрешающая способность атомной силовой
микроскопии. Область применения.
7. Опишите принцип сканирующей лазерной конфокальной микроскопии. Разрешающая способность
конфокальной микроскопии. Область применения.
8. Опишите принцип электронной дифракционной микроскопии. Разрешающая способность. Область
применения.
9. Назовите области применения магнитно-резонансной томографии для анализа наноструктур.
10. Определите метод для анализа:
А) квантовых точек в культуре клеток;
Б) размеров полимерных наночастиц и их кластеров;
В) меченных Dil ПЭГилированных иммунолипосом.
11. Назовите и дайте краткое описание методам количественного анализа наноструктур.
12. Перечислите современные нанотехнологические варианты гибридизационных методов и ПЦР.
13. Что такое фазовый резонансный перенос энергии. Применение в визуализации и генодиагностике.
Темы рефератов
1. Методы изучения наноструктур. Изучение формы и размера объекта.
2. Наночастицы в биомедицинских исследованиях и медицинской практике.
3. Фуллерены в биологии и медицине.
4. Наночастицы-переносчики лекарств. «Умные» лекарства.
5. Гуманизированные антитела и нанотела в современной медицине.
6. Квантовые точки в биологии и медицине. Новые представления о флюоресцентном анализе.
7. Нанотехнологические аспекты генодиагностики. Современная генодиагностика инфекционных
заболеваний и наследственной патологии.
8. Генотерапия и генокоррекция. Использование генно-инженерных наноконструкций и вирусных
нановекторов для доставки терапевтических генов.
9. Адресная доставка лекарственных препаратов через гематоэнцефалический барьер
10. Нанотехнологические подходы к диагностике и терапии опухолей.
11. Биосенсоры и биочипы.
12. Нанотехнологии в визуализации опухолей
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
1. Методические рекомендации кафедры медицинских нанобиотехнологий.
2. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение // Под. Ред. Б. Глика и Дж. Пастернака. М.
«Мир», 2002.
3. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии, Физматлит, М. 2005, 415.
4. Нанотехнологии. Азбука для всех // Под ред. Ю.Д. Третьякова, М., 2008 г.
5. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П. Аливисатоса.
М., 2002.
6. Пиотровский Л. Б., Киселев О. И., Фуллерены в биологии. «Росток», М., 2006, 336 с.
7. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М., 2003.
8. Баллюзек Ф.В., Куркаев А.С., Сенте Л. Нанотехнологии для медицины. С.Пб., 2008, 103 с.
9. Трефилов В.И., Щур Д.В., Тарасов Б.П. и др. Фуллерены – основа материалов будущего. Киев, 2001.
10. Осипьян Ю.А., Кведер В.В. // Материаловедение. – 1997. – Т.1, №1. – С.3-9; №2. С.5-11.
11. Медведева Н.В., Ипатова Ю.Д. Нанобиотехнология и наномедицина // Биомед. Химия. – 2006. –
Т.52, №6. – С.529-546.
б) дополнительная литература
Монографии на английском языке
1. Drexler E.K., Peterson C.H., Pergamit G. Unbounding the future: The nanotechnology revolution.
N.Y., 1993.
2. Regis E., Chimsky M. Nano: The emerging science of nanotechnology. 1996.
3. Social Implications of Nanoscience and Nanotechnology / Eds M.C. Roco and W.S.Bainbridge.
Dordrecht, 2001.
Журналы
1. «Нанотехника».
2. «Наноструктурное материаловедение», издаваемый в Украине и печатающий материалы на русском
или английском языках.
3. «Российские нанотехнологии».
10
4.
5.
6.
7.
8.
«Российский электронный наножурнал».
«Nanotechnology».
«Нано Дайджест» – интернет-журнал о нанотехнологиях.
«Nano Letters».
Научно-технический журнал «Наноиндустрия».
в) программное и коммуникационное обеспечение
Интернет-сайты
Отечественные:
http://www.nanonewsnet.ru
http://www.nanometer.ru
http://www.nanoportal.ru
http://www.nanorf.ru
http://www.nanojournal.ru
http://www.rusnano.com
http://system-nanomed.ru
http://nanoindustry.su
Зарубежные:
http://www.nanotech-now.com/nanotechnology-medicine-glossary.htm
http://www.nano-biology.net/contactus.php
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
http://www.sciencedirect.com/science/journal
http://www.nature.com/focus/rnai/animations/animation/ animation.htm
http://www.devicelink.com
http://www.nanomedicine.com
http://www.technologyreview.com
http://www.nanomedicinecenter.com
http://www.aananomed.org
http://www.nanomedjournal.com
http://nihroadmap.nih.gov/nanomedicine
http://www.sciencedaily.com/articles/n/nanomedicine.htm
http://www.wildirisdesign.com/nano/nanomedicine.html
http://www.nano.org.uk/nanomednet
http://www.pharmacy.umaryland.edu/centers/nanomedicine
http://www.genome.gov/11508736
http://www.bentham.org/index.htm
http://www.euronanotechnews.com/nanomedecinemain.htm
http://www.nature.com/nnano/archive
http://www.mechanicalbiology.org
http://www.sintef.no/Projectweb/Nanomedicine
http://openwetware.org/wiki/Webster's_Nanomedicine_Lab
http://www.jpk.com/glossary
http://www.nanotech-now.com/nanotechnology-glossary
http://www.genomicglossaries.com
http://www.nbtc.cornell.edu
http://www.jnanobiotechnology.com
http://www.nano.gov/nni_nanobiotechnology_rpt
http://inbt.jhu.edu
http://www.springer.com/humana+press/journal
http://www.bio-pro.de/en/life/thema
http://www.ietdl.org
www.foresight.org/Nanomedicine/NanoMedArticles.html
http://www.amazon.com/Nanobiotechnology-Applications-Perspectives
http://nanoscience.bu.edu
http://www.bmbf.de/en/1155.php
http://www.scientistlive.com/lab
http://www.nanotechnology.net
http://www.ovid.com/site/catalog/Journal
http://nanobio-raise.org
http://www.canbiotechnems.com
11
http://www.nanobio.dk/
http://www.biotech.kth.se/nano_biotechnology/
http://www.worldscibooks.com/nanosci
http://www.bri.nrc.gc.ca/rd/environment/biosensors/index_e.html
http://www.nanowerk.com/nanotechnology/reports
http://www.si-rna.com
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Преподавание дисциплины «Медицинские нанобиотехнологии» подразумевает
наличие компьютерного мультимедийного оборудования (компьютер, плазменная панель,
мультимедийный проектор), для проведения лекций, семинаров и практических занятий и
лабораторного оборудования для проведения лабораторных работ. Необходимое
лабораторное оборудование: флюоресцентный микроскоп, конфокальный микроскоп,
атомно-силовой
микроскоп
(или
компьютерные
симуляционные
программы),
оборудование для гель-проникающей хроматографии (хроматографические колонки,
перистальтический насос, коллектор фракций), ПЦР-лаборатория («ПЦР-бокс» с УФлампой и рециркулятором воздуха, микроцентрифуга Eppendorf, микроцентрифугавортекс Микроспин, термостат твердотельный программируемый, амплификатор ДНК
многоканальный «Терцик», прибор для ПЦР в реальном времени; камера для
горизонтального
электрофореза,
источник
питания
«Эльф-4»,
трансиллюминатор,
видеосистема для документации результатов электрофореза; автоматические дозаторы
переменного объема Research (Eppendorf): 0.5-10 мкл, 2-20 мкл, 20-200 мкл, 100-1000 мкл;
штативы для пипеток и микропробирок на 0.2 мл, 0.6 мл, 1.5 мл), напольная центрифуга,
ультрафильтрационные
картриджи
(Millipore),
спектрофотометр,
камера
для
вертикального электрофореза, лабораторный холодильник с камерами +4С и -20С.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
ПрООП ВПО по специальности: Медицинская биофизика.
12
Разработчики

заведующий
кафедрой
медицинских
нанобиотехнологий
МБФ,
академик РАМН, профессор, д.м.н. В.П. Чехонин;

профессор
кафедры
медицинских
нанобиотехнологий
МБФ,
медицинских
нанобиотехнологий
МБФ,
д.б.н. Д.А. Кузнецов;

профессор
кафедры
д.м.н., В.А. Меркулов;

доцент
кафедры
медицинских
нанобиотехнологий
МБФ,
к.м.н. В.П. Баклаушев;

доцент кафедры медицинских нанобиотехнологий
к.б.н. Шепелева И.И.

ассистент
кафедры
медицинских
нанобиотехнологий
МБФ,
к.м.н. Г.М.Юсубалиева;

ассистент кафедры медицинских нанобиотехнологий МБФ К.А. Павлов;
Эксперты ____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Программа одобрена на заседании _____________________ совета ___________________
от __________________2012 года,
протокол № ____________________________
13