Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycyny

Reklama

O nanotechnologii słyszeliśmy od dawna zarówno w science fiction, jak iw mediach, ale jak dotąd niewiele z niej wyszło. Jednak nowa fala terapii opartych na nanotechnologii jest już na horyzoncie i jest gotowa zmienić świat medycyny.

Nanotechnologia, koncepcja technologiczna po raz pierwszy zaproponowana przez Richarda Feynmana w jego wykładzie z 1959 r. „Jest mnóstwo miejsca na dole”, została spopularyzowana przez Erika Drexlera w 1986 r. W książce „Silniki Stworzenia. ” Książka nakreśliła możliwość samoreplikacji maszyn w skali molekularnej, zdolnych do… prawie wszystkiego.

Założenie to zainspirowało wiele prac science fiction, w tym „Prey” Michaela Crichtona i znakomitą „The Diamond Age” Neila Stephensona. Potencjał nanotechnologii trwał długo czas pokazać jej twarz, ale w końcu zaczyna się pojawiać w postaci wyrafinowanych interwencji medycznych, które w najbliższej przyszłości głęboko zmienią naturę opieki zdrowotnej.

Nanotechnologia i medycyna

Potencjał nanotechnologii, w pełnym sensie Drexlera, jest bezprecedensowy. Prawdziwi uniwersalni monterzy, jeśli potrafimy wymyślić, jak je zbudować, wprowadzą głęboką zmianę w ludzkiej kondycji. Oczywiście przed nami długa droga. Pod wieloma względami nie jesteśmy nawet blisko. Pod innymi względami postęp jest kontynuowany w zaskakujący i użyteczny sposób.

Prawo Moore'a Jakie jest prawo Moore'a i co ma z tobą wspólnego? [MakeUseOf wyjaśnia]Pech nie ma nic wspólnego z prawem Moore'a. Jeśli masz takie skojarzenie, mylisz je z Prawem Murphy'ego. Nie byliście jednak daleko, ponieważ prawo Moore'a i prawo Murphy'ego ... Czytaj więcej nieustannie napędza postępy w nanotechnologii - możemy teraz wytwarzać tranzystory, które dosłownie istnieją w nanoskali, o średnicach setek atomów.

Podobnie w medycynie, jednym z największych problemów jest nasza niezdolność do właściwego ukierunkowania interwencji. W medycynie psychoaktywnej i Psychologia kliniczna 6 Zadziwiające TED mówi o psychologii i zachowaniu człowiekaLudzki mózg jest złożony i zagmatwany, co tłumaczy, dlaczego ludzkie zachowanie jest tak złożone i zagmatwane. Ludzie mają tendencję do działania w jedną stronę, kiedy czują coś zupełnie innego. Tu jest kilka... Czytaj więcej na przykład lekarze naprawdę chcą stymulować niektóre obszary mózgu i tłumić inne, aby wybiórczo rozwiązywać wszelkie problemy pacjenta. To zwykły wypadek w historii, że najlepszym sposobem, aby to zrobić teraz, jest podanie leków nawiasem mówiąc, na wszystkie niezliczone sposoby, w jakie zmieniają mózg i ciało, zdarzają się niektóre z tych pożądanych efekty.

Gdyby chirurdzy mogli wprowadzić przewody do mózgów ludzi i selektywnie stymulować określone regiony w bezpieczny sposób, dziedzina zdrowia psychicznego mogłaby uniknąć skutków ubocznych tradycyjnych leków psychoaktywnych. Podstawowa technika ma już pokazano pracować w depresji, zgodnie z artykułem w Neuron podsumowując szereg różnych badań klinicznych.

Pomyśl także o raku - lekarze naprawdę chcą w onkologii zabijać komórki nowotworowe. Szkoda, że ​​jednym z najlepszych narzędzi do zabijania komórek nowotworowych jest chemioterapia, która ma niefortunny efekt uboczny także w przypadku zabijania zwykłych komórek. To powoduje, że pacjenci są bardzo chorzy.

Nanotechnologia oferuje sposób na bezpośrednie interwencje w ludzkim ciele, potencjalnie na poziomie indywidualnym komórki, wykorzystujące inteligentne elementy operacyjne, które są tak małe, że nie zakłócają fizycznie normalnego ciała funkcjonować. Delikatne palce zadają mniej obrażeń, a maszyny mniejsze niż najlepsza kapilara w ciele mogą iść wszędzie, gdzie płynie krew.

Jeśli można je uczynić wystarczająco inteligentnymi, takie urządzenia nanomedyczne mogą rozsądnie wybrać miejsce i sposób interwencji. Oczywiście, więcej będzie możliwe, gdy inżynierowie będą mogli budować roboty o bardziej wyrafinowanych zachowaniach (np zdolność poruszania się pod własną mocą), ale nawet dzisiejsze stosunkowo prymitywne nanomaszyny mają wiele wartość.

Nanotechnologia i rak

Niestandardowe nici DNA są skonstruowane w taki sposób, że składają się w dowolne kształty i mogą mieć białka i związane z nimi enzymy, pozwalające im zachowywać się w inteligentny sposób i reagować na zmieniające się sytuacje u człowieka ciało. Daniel Levner, bioinżynier z Harvardu, uważa, że ​​takie zachowanie jest bardzo silne.

Nanoroboty DNA mogłyby potencjalnie realizować złożone programy, które pewnego dnia mogłyby zostać wykorzystane do diagnozowania lub leczenia chorób o niespotykanym wyrafinowaniu.

Maszyny te można wykorzystać do budowy klatek, które mogą się otwierać lub zamykać w odpowiedzi na sygnały chemiczne na przykład, uwalniając chemioterapię tylko wtedy, gdy zderzą się z markerami białkowymi specyficznie związanymi z nowotworem papierowa chusteczka.

Umożliwi to zastosowanie ukierunkowanej chemioterapii, jednocześnie minimalizując lub eliminując skutki uboczne. Umożliwi to również zastosowanie chemioterapii, które są bardziej skuteczne niż istniejące terapie, ale nie można ich obecnie stosować ze względu na powagę skutków ubocznych.

Podobnym, ale innym podejściem jest używaj maleńkich nanocząstek wykonanych z krzemionki i złota które wiążą się z tkanką nowotworową i nasycają guz. Następnie można zastosować lasery w bliskiej podczerwieni, które nie wchodzą w interakcje z ludzką tkanką, ale powodują nagrzewanie się złotych nanocząstek.

Ten proces umożliwia spalanie określonych obszarów tkanek (wypełnionych nanocząstkami i na ścieżce lasera). Dostrajając zarówno lasery, jak i rozkład cząstek, lekarze mogą bardzo selektywnie niszczyć tkanki rakowe. Martwą tkankę można chirurgicznie usunąć lub oczyścić przez sam układ odpornościowy, w zależności od skali choroby. Odmianą procedury jest użycie pustych złotych muszli, które uwalniają ładunek chemioterapii po podgrzaniu, pozwalając na użycie laserów w celu dalszego udoskonalenia miejsca wprowadzania leków (jeśli białka markerów nowotworowych nie są wystarczające konkretny).

Nanotechnologia i diagnostyka

Innym obszarem, w którym nanotechnologia może zrewolucjonizować dziedzinę medycyny, jest w gromadzeniu danych medycznych. Dzięki nanotechnologii możliwe jest rozpowszechnianie nanoskalowych urządzeń diagnostycznych w całym ciele wykryć zmiany chemiczne jak się zdarzają. Może to umożliwić dokładniejsze śledzenie stanu zdrowia i stanu pacjenta w czasie rzeczywistym w sposób, który nie byłby możliwy w inny sposób.

Poza ciałem nanotechnologię można również wykorzystać do przyspieszenia sekwencjonowania genów i analizy chemicznej za pomocą kropki kwantowe dołączone do częściowych sekwencji DNA lub białek, które wiążą się z innymi materiałami, którymi są zainteresowani lekarze. Następnie wystarczy spojrzeć na rozkład świecących elementów, aby zobaczyć, co było w próbce.

Może to potencjalnie sprawić, że wykonywanie pewnych rodzajów testów poza ciałem będzie szybsze, tańsze i bardziej niezawodne - możesz buduj testy, które pobierają małą próbkę tkanki i sekwencjonują ją dla fragmentów genomu HIV, wykrywając infekcje wcześniej i więcej niezawodnie. Naukowcy ze Stanford wykorzystali tę technikę do poszukiwania uszkodzonych genów powszechnych w niektórych nowotworach, jako sposobu na szybsze badanie tkanki nowotworowej:

Ponieważ qdots mogą śledzić obecność wielu cząsteczek w dłuższym okresie czasu, naukowcy zamierzają je wykorzystać do wygenerowania rodzaju optycznego kodu kreskowego odzwierciedlającego poziomy różnych Markery nowotworowe. Kod kreskowy może wskazywać rodzaj i stadium nowotworu.

Na dłuższą metę, jeśli twórcy nanotechnologii będą mogli nadal miniaturyzować części (lub pożyczać techniki z mikroczipa) wytwarzanie), mogliby budować proste kamery mikroskopowe, mniejsze niż średnica kapilary (10 mikronów lub około 100 000 atomy w poprzek). Kamery te mogą zmapować całe ciało, dzwoniąc do wyników.

Wszystkie te dane, zsyntetyzowane razem, mogą dostarczyć kompletnej mapy większości tkanek w ludzkim ciele z perspektywa jego naczyń włosowatych, pokazująca całe ludzkie ciało na poziomie szczegółowości, który jest niemożliwy w przypadku promieniowania rentgenowskiego lub MRI Jedną z propozycji budowy czegoś takiego jest tak zwana „Naczynia do skanowania kartograficznego naczyń”, opracowana przez Franka Boehm'a, autora „Projektowanie urządzeń i systemów nanomedycznych. Boehm wierzy:

Diagnostyka i terapia nanomedyczna działają na poziomie komórkowym i molekularnym, właśnie tam, gdzie wiele procesów chorobowych ma swoją genezę […] [N] anomedycyna ma potencjał do diagnozowania i leczenia wielu stanów chorobowych z wyprzedzeniem, zanim mają one możliwość rozprzestrzeniania się. […] [Nie można sobie wyobrazić, że zostanie nasycony możliwościami bardzo dokładnych diagnoz oraz drobiazgowego i dokładnego wyeliminowania praktycznie każdego stanu chorobowego, chorobotwórczego lub toksycznego zagrożenie.

Nanotechnologia i neuronauka

Nanotechnologia może również zmienić sposób, w jaki lekarze leczą zaburzenia mózgu. Po stronie gromadzenia danych może być możliwe użycie cząsteczki diamentu w skali nano, które zapalają się w odpowiedzi na aktywność elektryczną mózgu, aby przekształcić aktywność mózgu w częstotliwości światła, które mogą wydostać się z czaszki i zostać zarejestrowane przez czujniki zewnętrzne.

Umożliwiłoby to naukowcom badanie mózgu bardziej szczegółowo. Możliwość dokładnego obserwowania wzorców aktywności mózgu byłaby pomocna w wykrywaniu dynamiki napadów i chorób psychicznych w poszczególnych mózgach, umożliwiając ukierunkowane interwencje rozwiązać problem.

Z drugiej strony może być możliwe zastosowanie nanorurek węglowych do przenoszenia sygnałów do i z poszczególnych neuronów. W tej chwili technologia jest stosowane przez włoskich naukowców do przenoszenia aktywności elektrycznej przez martwą tkankę mózgową pozostawione przez udary lub infekcje, ale można je również wykorzystać do wykonania siatek elektrod, które są znacznie drobniejsze i bardziej biokompatybilne niż istniejąca technologia, umożliwiając bardziej wyrafinowane implanty przy mniejszym uszkodzeniu oryginalnej tkanki.

Mogłoby to w zasadzie działać w znacznie wyższej rozdzielczości i w szerszym zakresie niż tradycyjne elektrody implantowane, umożliwiając nowe rodzaje implanty mózgowe Podłączanie mózgu i ciała - przyszłość implantowanych komputerówPrzy obecnym trendzie innowacji technicznych i postępu, teraz jest dobry czas, aby odkryć najnowocześniejsze technologie komputerowo-ludzkie. Czytaj więcej i urządzenia stymulujące mózg. Nawet przy obecnie dostępnej stosunkowo surowej implantacji elektrod efekty stymulacji mózgu są znaczące:

Alternatywnie można użyć te same techniki stosowany do nanodawkowania chemioterapii w celu dostarczania innych substancji chemicznych, takich jak neuroprzekaźniki i leki psychiatryczne leki do określonych obszarów mózgu z dużo większą precyzją (w tym dostarczanie leków do jednostki) komórki). Wraz z lepszymi stymulatorami nerwowymi może to obejmować również znacznie szerszy zakres terapii, w tym leczenie depresji, lęków, a nawet zaburzeń osobowości.

Tego rodzaju terapia może być również wykorzystana do stworzenia ściślejszych interfejsów z urządzeniami protetycznymi i zapewnienia większej liczby opcji komunikacji „zamkniętym” pacjentom.

Ten rodzaj precyzyjnie ukierunkowanej technologii może radykalnie zmienić sposób uprawiania medycyny neurologicznej. Może to prowadzić do medycyny psychiatrycznej opartej na danych i polegającej na znacznie większej interwencji bezpośredniej skuteczne i znacznie bardziej niepokojące (wyobraź sobie pierwszego wirusa komputerowego, który może zainfekować mózg z regulacją nastroju implanty).

W miarę postępu nanotechnologia będzie miała głęboki wpływ na kondycję ludzką, umożliwiając naprawę uszkodzeń komórkowych i leczenie różnych dolegliwości u ludzi w nowych i lepsze sposoby, ale pociąga za sobą również potrzebę lepszego zrozumienia układów ciała, którymi manipulujemy, a także docenienia etyki, która jest zgodna z że.

Jakie jest twoje zdanie na temat nanotechnologii w medycynie? Czy uważasz, że jest to nowa granica nauk medycznych, czy może skazana na porażkę od samego początku? Podziel się swoimi przemyśleniami w sekcji komentarzy poniżej.

Kredyty obrazkowe: Nanoboty Via Shutterstock, „DNA może działać jak rzep dla nanocząstek, ”Autorstwa Argonne National Labs,„B0006421 Komórki raka piersi„Autor: Amy Dame,„Kropki kwantowe„, Przez Argonne National Labs,„badanie neuroobrazowania autyzmu„, Ian Ruotsala,„ręka życia 2„, Autor: Università Campus Bio-Medico di Roma