Результаты исследования учащихся в проекте Биополимеры

Авторы и участники проекта

• Железнова Елена
• Участники группы Полимеры

Тема исследования группы

Исследование биополимеров

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

Как используют биополимеры в медицине?

Гипотеза исследования

Мы считаем, что люди открыли биополимеры для того, чтобы медицина стала лучше.

Цели исследования

1. Ознакомится с понятием биополимеры.

2.Изучить использование биополимеров в медицине.

3.Изучить использование биополимеров в регенеративной медицине.

Результаты проведённого исследования

Для начала нам нужно узнать что такое биополимеры?

Биополимеры - это класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде.

Выделяют два типа биополимеров — регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Белки имеют несколько уровней организации — первичная, вторичная, третичная, и иногда четвертичная. Первичная структура определяется последовательностью мономеров, вторичная задаётся внутри- и межмолекулярными взаимодействиями между мономерами, обычно при помощи водородных связей. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой.

Нуклеиновые кислоты:

• Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов в цепи. Как правило, последовательность записывают в виде букв (например AGTCATGCCAG), причём запись ведётся с 5'- на 3'-конец цепи.
• Вторичная структура — это структура, образованная за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, стэкинга и водородных связей. Двойная спираль ДНК является классическим примером вторичной структуры. Это самая распространённая в природе форма ДНК, которая состоит из двух антипараллельных комплементарных полинуклеотидных цепей. Антипараллельность реализуется за счёт полярности каждой из цепей. Под комплементарностью понимают соответствие каждому азотистому основанию одной цепи ДНК строго определённого основания другой цепи (напротив A стоит T, а напротив G располагается C). ДНК удерживается в двойной спирали за счёт комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей, двух в паре А-Т и трёх в паре G-C.

Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Зачастую полисахариды нерастворимы в воде. Обычно это очень большие, разветвлённые молекулы. Примерами полисахаридов, которые синтезируют живые организмы, являются запасные вещества крахмал и гликоген, а также структурные полисахариды — целлюлоза и хитин. Так как биологические полисахариды состоят из молекул разной длины, понятия вторичной и третичной структуры к полисахаридам не применяются.

Теперь узнаем как используют биополимеры в медицине (Ментальная карта).

Множество биологических молекул можно использовать в качестве лекарственных препаратов или средств их доставки к биологическим мишеням – определенным молекулам в составе клеток или их оболочек. В силу своей совместимости с тканями человека и способности распадаться после выполнения своих функций биологические молекулы обладают существенным преимуществом перед разработанными в добиотехнологическую эру медицинскими материалами и средствами доставки препаратов.

Например, гиалуронат – полисахарид, синтезируемый рядом организмов и представляющий собой эластичные водорастворимые молекулы, используется для предотвращения формирования послеоперационных шрамов при удалении катаракты, облегчения боли и улучшения подвижности суставов пациентов с остеоартритом, предотвращения агрегации тромбоцитов на поверхностях таких медицинских приспособлений, как катетеры и стенты (устройства для восстановления просвета в полых органах). Гель из коллагена и эластина – белков, составляющих основу внеклеточного матрикса, обеспечивающего взаимодействие клеток, используется для ускорения заживления ожогов. Марлеподобные лоскуты, сплетенные из длинных волокон фибриногена – белка, запускающего процесс свертывания крови, – могут использоваться для остановки кровотечений в экстренных ситуациях. Адгезивные белки, синтезируемые живыми организмами, могут заменить хирургические нити и скобы, используемые для наложения швов. Они быстро и прочно склеивают живые ткани, а со временем адсорбируются и рассасываются.

Использование биополимеров в регенеративной медицине?

Биотехнология позволяет усилить естественную способность организма к самовосстановлению. Человеческое тело обладает большим набором инструментов для содержания организма в порядке. В этот набор входят многочисленные белки и различные популяции стволовых клеток, способные излечивать заболевания, восстанавливать повреждения и обновлять изнашивающиеся со временем фрагменты организма. Тканевая инженерия сочетает в себе достижения клеточной биологии и материаловедения и тем самым позволяет создавать в лабораторных условиях полусинтетические ткани и органы. Такие ткани состоят из биосовместимого каркаса, который в организме постепенно разлагается и адсорбируется, и живых клеток, выращенных с помощью методов культивирования клеточных культур. Конечной целью этого направления науки является возможность выращивания полноценных органов, состоящих из разных типов клеток и способных заменить органы, поврежденные в результате болезни или травмы.

Вывод

Современные методы синтеза полимеров в сочетании с определенной стратегией молекулярного дизайна позволяют получать полимерные материалы, обладающие широким набором функциональных свойств и рабочих характеристик, наиболее полно отвечающих требованиям для выполнения той или иной задачи от материалов для направленной доставки лекарственных препаратов до высокоселективных хроматографических сорбентов для анализа сложных биологических сред. Таким образом, использование полимерных систем позволяет придать биологически активным веществам совершенно новые свойства и значительно повысить их эффективность. Кроме того, высокомолекулярные соединения сами могут обладать биологической активностью за счет своей макромолекулярной природы. В настоящее время разработка и исследование новых биологически активных систем, получаемых на основе полимеров и предназначенных для применения в медицине, растениеводстве и животноводстве, биотехнологии, пищевой и косметической промышленности, интенсивно проводятся во многих лабораториях мира.

Полезные ресурсы

"Мининский университет wiki"

"Биополимеры-Википедия"

"Биополимеры в медицине"

Другие документы

Учебный проект Биополимеры