Ako nanotechnológia mení budúcnosť medicíny

Reklama

O nanotechnológii sme už dlho počuli v sci-fi, ako aj v médiách, ale doteraz toho nebolo veľa. Na obzore je však nová vlna nanotechnologických terapií a je pripravená zmeniť svet medicíny.

Nanotechnológia, technologický koncept, ktorý prvýkrát navrhol Richard Feynman vo svojej prednáške z roku 1959, „Veľa dna je veľa“, propagoval Erik Drexler v roku 1986 prostredníctvom svojej knihy „Motory stvorenia. " Kniha načrtla možnosť samoreplikujúcich sa molekulárnych prístrojov schopných urobiť... skoro všetko.

Táto premisa inšpirovala mnohé diela sci-fi, vrátane „Prey“ Michaela Crichtona a „Diamantového veku“ Neila Stephensona. Potenciál nanotechnológií trval dlho čas ukázať svoju tvár, ale konečne začína prichádzať vo forme sofistikovaných lekárskych zásahov, ktoré v blízkej budúcnosti zásadne zmení charakter zdravotnej starostlivosti.

Nanotechnológia a medicína

Potenciál pre nanotechnológie v plnom Drexlerovom zmysle je bezprecedentný. Skutoční univerzálni montéri, ak dokážeme prísť na to, ako ich postaviť, budú znamenať výrazný posun v ľudskom stave. Samozrejme, je pred nami ešte dlhá cesta. V mnohých ohľadoch nie sme ani blízko. Inými spôsobmi, pokrok pokračuje niekoľkými prekvapujúcimi spôsobmi - a užitočnými.

Mooreov zákon Čo je Mooreov zákon a čo to má s tebou spoločné? [MakeUseOf vysvetľuje]Smola nemá nič spoločné s Mooreovým zákonom. Ak je toto združenie, ktoré ste mali, zamieňate ho s Murphyho zákonom. Neboli ste však ďaleko, pretože Mooreov zákon a Murphyho zákon ... Čítaj viac Neustále poháňa pokrok v nanotechnológii - teraz môžeme vyrábať tranzistory, ktoré doslova existujú v nanoúrovni, s priemerom stoviek atómov.

Rovnako ako v medicíne je jedným z najväčších problémov naša neschopnosť správne zamerať intervencie. V psychoaktívnej medicíne a klinická psychológia 6 myšlienkových fúkajúcich TED hovorí o psychológii a správaní ľudíĽudský mozog je zložitý a mätúci, čo vysvetľuje, prečo je ľudské správanie také zložité a mätúce. Ľudia majú tendenciu konať jednosmerne, keď sa cítia niečo úplne iné. Tu je niekoľko ... Čítaj viac lekári napríklad skutočne chcú stimulovať niektoré oblasti mozgu a potlačiť iné, aby selektívne riešili akýkoľvek problém, ktorý má pacient. Je to iba náhoda histórie, že najlepším spôsobom, ako to urobiť teraz, je podať lieky Mimochodom, vo všetkých nespočetných spôsoboch, ktorými menia mozog a telo, sa stalo, že niektoré z nich boli požadované účinky.

Ak by lekári mohli vkladať drôty do mozgu ľudí a selektívne stimulovať konkrétne regióny bezpečným spôsobom, oblasť duševného zdravia by sa mohla vyhnúť vedľajším účinkom tradičných psychoaktívnych liekov. Základná technika má už boli zobrazené pracovať v depresii, podľa článku v neurón zhrnutie niekoľkých rôznych klinických štúdií.

Zamyslite sa aj nad rakovinou - lekári skutočne chcú v onkológii zabiť nádorové bunky. Je poľutovaniahodné, že jedným z najlepších nástrojov na ničenie nádorových buniek je chemoterapia, ktorá má nešťastné vedľajšie účinky aj na usmrtenie bežných buniek. To tiež robí pacientov veľmi chorými.

Nanotechnológia ponúka spôsob priameho zásahu do ľudského tela, potenciálne na úrovni jednotlivca pomocou inteligentných ovládacích prvkov, ktoré sú také malé, že fyzicky nerušia normálne telo Funkcie. Jemné prsty spôsobujú menšie poškodenie a stroje menšie ako najjemnejšia kapilára v tele môžu ísť všade, kam ide krv.

Ak sa dajú natoľko inteligentní, môžu si takéto nanomedicínske zariadenia uvážlivo zvoliť, kde a ako zasiahnuť. Je zrejmé, že viac bude možné, keď inžinieri môžu stavať roboty, ktoré majú sofistikovanejšie správanie (napr schopnosť pohybovať sa pod vlastnou silou), ale aj dnes relatívne primitívne nanomachíny majú veľa hodnota.

Nanotechnológia a rakovina

Vlastné vlákna DNA sú skonštruované tak, že sa zložia do ľubovoľných tvarov a môžu obsahovať proteíny a na ne sa viažu enzýmy, čo im umožňuje správať sa inteligentne a reagovať na meniace sa situácie u ľudí Telo. Daniel Levner, bioinžinier na Harvarde, sa domnieva, že toto správanie je veľmi silné.

DNA nanoroboty by potenciálne mohli vykonávať komplexné programy, ktoré by sa jedného dňa mohli použiť na diagnostikovanie alebo liečenie chorôb s bezprecedentnou sofistikáciou.

Tieto stroje sa dajú použiť na výrobu klietok, ktoré sa môžu otvárať alebo zatvárať v reakcii na chemické podnety - napríklad napríklad uvoľňovanie chemoterapie iba vtedy, keď narazí na proteínové markery špecificky spojené s nádorom tkanivo.

To umožní aplikáciu cielenej chemoterapie, pričom sa minimalizujú alebo eliminujú vedľajšie účinky. Umožní to tiež nasadenie chemoterapií, ktoré sú účinnejšie ako existujúce terapie, ale v súčasnosti sa nemôžu použiť z dôvodu závažnosti vedľajších účinkov.

Podobný, ale odlišný prístup je používajte malé nanočastice vyrobené zo siliky a zlata ktoré sa viažu na nádorové tkanivo a nasýtia nádor. Potom je možné použiť lasery blízke infračervenému žiareniu, ktoré veľmi nereagujú s ľudským tkanivom, ale spôsobujú zahrievanie nanočastíc zlata.

Tento proces umožňuje spálenie špecifických oblastí tkaniva (tých, ktoré sú naplnené nanočasticami a v dráhe lasera). Vyladením laserov a distribúcie častíc môžu lekári selektívne ničiť rakovinové tkanivo. Mŕtve tkanivo môže byť chirurgicky odstránené alebo vyčistené samotným imunitným systémom v závislosti od rozsahu ochorenia. Variantou postupu je použitie dutých zlatých škrupín, ktoré pri zahrievaní uvoľňujú užitočné zaťaženie chemoterapiou, čo umožňuje použitie laserov na ďalšie spresnenie miesta nasadenia liekov (ak nie sú nádorové markerové proteíny dostatočne špecifický).

Nanotechnológia a diagnostika

Ďalšou oblasťou, v ktorej má nanotechnológia potenciál revolúcie v oblasti medicíny, je pri zbere lekárskych údajov. S nanotechnológiou je možné distribuovať diagnostické zariadenia v nanom meradle do celého tela, ktoré detekovať chemické zmeny ako k nim dôjde. To môže umožniť bližšie sledovanie zdravotného stavu a stavu pacienta v reálnom čase spôsobmi, ktoré nie sú inak možné.

Mimo tela sa nanotechnológia môže tiež použiť na urýchlenie sekvenovania génov a chemickú analýzu pomocou kvantové bodky pripojené k čiastočným sekvenciám DNA alebo k proteínom, ktoré sa viažu na iné materiály, o ktoré majú lekári záujem. Potom sa stačí pozrieť na rozloženie žiarivých prvkov a zistiť, čo bolo vo vzorke prítomné.

To by potenciálne mohlo urýchliť, lacnejšie a spoľahlivejšie vykonávať určité druhy testovania mimo tela - môžete zostavte testy, ktoré odoberú malú vzorku tkaniva a sekvenujú ju pre kúsky genómu HIV, čím sa včas odhalia infekcie a ďalšie spoľahlivo. Vedci v Stanforde použili túto techniku ​​na nájdenie poškodených génov bežných u niektorých druhov rakoviny, ako spôsob rýchlejšieho skríningu nádorového tkaniva:

Pretože qdoty dokážu sledovať prítomnosť viacerých molekúl počas dlhšieho časového obdobia, Cieľom vedcov je použiť ich na generovanie optického čiarového kódu, ktorý odráža rôzne úrovne nádorové markery. Čiarový kód môže označovať typ a štádium nádoru.

V dlhodobom horizonte, ak vývojári nanotechnológií môžu pokračovať v miniaturizácii častí (alebo požičiavania techník z mikročipu) výroby), mohli by zostavovať jednoduché mikroskopické kamery, menšie ako je priemer kapiláry (10 mikrónov alebo asi 100 000 atómy naprieč). Tieto kamery dokázali zmapovať celé telo a výsledky telefonovali domov.

Všetky tieto údaje, syntetizované spolu, by mohli poskytnúť úplnú mapu väčšiny tkanív v ľudskom tele z perspektíva jeho kapilár, ukazujúca celé ľudské telo na takej úrovni detailov, ako je to pri röntgenovom snímaní alebo MRI. Jedným z návrhov na vytvorenie niečoho takého je tzv. „Vaskulárne kartografické skenovacie nanodevice“, ktoré vyvinul Frank Boehm, autor knihy ‘.Nanomedické zariadenia a návrh systému„Boehm verí:

Nano-lekárska diagnostika a terapeutiká fungujú na bunkovej a molekulárnej úrovni, presne tam, kde mnoho procesov ochorenia nachádza svoju genézu […] [N] anomedicín má potenciál na preventívne diagnostikovanie a liečenie mnohých stavov skôr, ako budú mať príležitosť na množenie. […] [I] t je možné, že budú vybavené kapacitami na vysoko presnú diagnostiku a dôkladnú a dôkladnú eradikáciu prakticky akéhokoľvek chorobného stavu, patogénneho alebo toxického hrozbu.

Nanotechnológie a neurovedy

Nanotechnológia má tiež potenciál zmeniť spôsob, akým lekári liečia poruchy mozgu. Na strane zhromažďovania údajov je možné použiť diamantové častice v nanom meradle, ktorá sa rozsvieti v reakcii na elektrickú aktivitu mozgu, premenu mozgovej aktivity na frekvencie svetla, ktoré by mohli uniknúť lebke a byť zaregistrované externými senzormi.

To by vedcom umožnilo študovať mozog oveľa podrobnejšie. Byť schopní vidieť presné vzorce mozgovej činnosti by bolo užitočné pri fretkách dynamiky záchvatov a duševných chorôb v jednotlivých mozgoch, čo by umožnilo cielené zásahy vyriešiť problém.

Na druhej strane je možné použiť uhlíkové nanorúrky na prenos signálov do a z jednotlivých neurónov. Práve teraz je táto technológia talianski vedci ho používajú na prenos elektrickej aktivity cez odumreté mozgové tkanivo mozgovej príhody alebo infekcie, ale dá sa použiť aj na výrobu elektródových sietí, ktoré sú omnoho jemnejšie a biologickejšie kompatibilné ako existujúce technológie, čo umožňuje sofistikovanejšie implantáty pri menšom poškodení pôvodného tkaniva.

V zásade by to mohlo fungovať s oveľa vyšším rozlíšením a v širšom rozsahu ako tradičné implantované elektródy, čo by umožnilo nové druhy elektród. mozgové implantáty Zapojenie mozgu a tela - budúcnosť implantovaných počítačovSo súčasným trendom technických inovácií a pokroku je teraz vhodný čas na preskúmanie stavu techniky v oblasti počítačov a človeka. Čítaj viac a zariadenia stimulujúce mozog. Aj keď je dnes implantácia relatívne surovej elektródy dostupná, účinky stimulácie mozgu sú významné:

Alternatívne je možné použiť rovnaké techniky používa sa na chemoterapiu dodávajúcu nano látky na dodávanie iných chemikálií, ako sú neurotransmitery a psychiatrické lieky omnoho presnejšie (vrátane dodávania liekov do jednotlivca) bunky). Spolu s lepšími nervovými kardiostimulátormi by sa to mohlo rozšíriť aj na oveľa širšiu škálu terapií vrátane liečby depresie, úzkosti a dokonca porúch osobnosti.

Tento druh terapie by sa mohol použiť aj na vytvorenie užších rozhraní s protetickými zariadeniami a na poskytnutie väčšieho množstva komunikačných možností pre „uzamknutých“ pacientov.

Tento druh presne zacielenej technológie by mohol radikálne zmeniť spôsob praktikovania neurologickej medicíny. Mohlo by to viesť k psychiatrickému lekárstvu, ktoré je založené na údajoch a spolieha sa na priamy zásah, ktorý je omnoho viac efektívne a oveľa viac existenciálne znepokojujúce (predstavte si prvý počítačový vírus, ktorý môže infikovať mozog regulujúci náladu) implantáty).

Nanotechnológia bude mať s rozvojom hlboký vplyv na ľudský stav, čo nám umožní napraviť poškodenie buniek a liečiť rôzne ľudské utrpenia novými a novými chorobami. lepšie spôsoby, ale prináša so sebou aj potrebu lepšieho porozumenia telesných systémov, s ktorými manipulujeme, ako aj uznania etiky, ktorá sa spája s že.

Aký je váš názor na nanotechnológie v medicíne? Máte pocit, že je to nová hranica lekárskej vedy, alebo je od začiatku odsúdená na neúspech? Podeľte sa o svoje myšlienky v sekcii komentárov nižšie.

Obrázkové kredity: nanobots Cez Shutterstock “DNA môže pôsobiť ako suchý zips pre nanočastice“, Autor: Argonne National Labs,„B0006421 Bunky rakoviny prsníka„, Amy Dame,“Kvantové bodky„, Argonne National Labs,“štúdia autistického neuro-zobrazovania„, Ian Ruotsala,“životná ruka 2“, Università Campus Bio-Medico di Roma