Kako nanotehnologija mijenja budućnost medicine

Dugo smo čuli o nanotehnologiji, kako u znanstvenoj fantastici, tako i u medijima, ali do danas nije stiglo puno toga. Međutim, na horizontu je novi val terapija temeljenih na nanotehnici i spremni su promijeniti svijet medicine.

Nanotehnologija, tehnološki koncept koji je prvi predložio Richard Feynman u svom predavanju iz 1959. godine, “Na dnu ima puno sobe”, popularizirao je Erik Drexler 1986. godine putem svoje knjige “Motori stvaranja.” U knjizi je istaknuta mogućnost samo-umnožavanja strojeva s molekularnom skalom koji su u stanju učiniti ... gotovo sve.

Pretpostavka je nadahnula mnoga djela znanstvene fantastike, uključujući i djela Michaela Crichtona “Plijen” a Neil Stephenson odličan “Dijamantno doba.” Potencijal nanotehnologije trebalo je dugo da se pokaže kako je lice, ali napokon počinje stizati u obliku sofisticiranih medicinskih intervencija koje će duboko promijeniti prirodu zdravstvene zaštite u skoroj budućnosti.

Nanotehnologija i medicina

Potencijal za nanotehnologiju, u punom drexlerijanskom smislu, je bez presedana. Pravi univerzalni monteri, ako uspijemo smisliti kako ih sagraditi, dovest će do dubokog pomaka u ljudskom stanju. Naravno, postoji dug put. Na puno načina nismo ni blizu. Na druge načine, napredak se nastavlja na neke iznenađujuće načine - i korisne.

Mooreov zakon Što je Mooreov zakon i kakve to veze ima s vama? [MakeUseOf objašnjava] Što je Mooreov zakon i kakve to veze ima s vama? [MakeUseOf objašnjava] Loša sreća nema nikakve veze s Mooreovim zakonom. Ako je to udruga koju ste imali, to miješate s Murphyjevim zakonom. Međutim, niste bili daleko jer Mooreov zakon i Murphyjev zakon… kontinuirano potiču napredak u nanotehnologiji - sada možemo proizvesti tranzistore koji doslovno postoje na nano-skali, promjera stotina atoma.

Jednako tako i u medicini, jedno od najvećih pitanja je naša nemogućnost ispravnog ciljanja intervencija. U psihoaktivnoj medicini i kliničkoj psihologiji 6 TED razgovora o psihologiji i ljudskom ponašanju 6 TED razgovora o psihologiji i ljudskom ponašanju Ljudski je mozak složen i zbunjujući, što objašnjava zašto je ljudsko ponašanje tako složeno i zbunjujuće. Ljudi imaju tendenciju da se ponašaju na jedan način kada osjećaju nešto potpuno drugo. Evo nekoliko ... na primjer, ono što liječnici doista žele učiniti je stimulirati neke regije mozga i suzbiti druge da selektivno rješavaju svaki problem koji pacijent ima. Čitava je slučajnost u povijesti da je najbolji način da to učinite upravo sada davati lijekove koji slučajno, na bezbroj načina na koji mijenjaju mozak i tijelo, imaju neke od tih željenih efekata.

Ako kirurzi mogu staviti žice u mozak ljudi i selektivno stimulirati određene regije na siguran način, polje mentalnog zdravlja moglo bi izbjeći nuspojave tradicionalnih psihoaktivnih lijekova. Već se pokazalo da osnovna tehnika djeluje u depresiji, navodi se u članku u Neuronu koji sažima niz različitih kliničkih ispitivanja.

Razmislite i o raku - ono što doktori zapravo žele u onkologiji ubiti tumorske stanice. Nesretno je da je jedan od najboljih alata za ubijanje tumorskih stanica kemoterapija koja ima i nesretnu nuspojavu ubijanja redovitih stanica. To također čini pacijente vrlo bolesnima.

Nanotehnologija nudi način usmjeriti intervencije u ljudskom tijelu, potencijalno na razini pojedinih stanica, koristeći pametne operativne elemente koji su toliko mali da fizički ne ometaju normalno funkcioniranje tijela. Fini prsti čine manje štete, a strojevi manji od najfinije kapilare u tijelu mogu ići tamo gdje god krv ide.

Ako ih se može učiniti dovoljno pametnim, takvi nanomedicinski uređaji mogu razborito birati gdje i kako intervenirati. Očito, više će biti moguće kada inženjeri mogu izgraditi robote koji imaju sofisticiranije ponašanje (poput sposobnosti kretanja pod vlastitom snagom), ali čak i danas relativno primitivne nanomašine imaju puno vrijednosti.

Nanotehnologija i rak

Prilagođeni lanci DNA izgrađeni su tako da će se saviti u proizvoljne oblike i na njih se mogu vezati proteini i enzimi, omogućavajući im da se ponašaju inteligentno i reagiraju na promjenjive situacije u ljudskom tijelu. Daniel Levner, bioinženjer na Harvardu, vjeruje da je takvo ponašanje vrlo moćno.

DNA nanoroboti mogu potencijalno izvesti složene programe koji bi se jednog dana mogli koristiti za dijagnosticiranje ili liječenje bolesti bez presedana.

Ovi se strojevi mogu koristiti za izgradnju kaveza koji se mogu otvoriti ili zatvoriti kao odgovor na kemijske znakove - na primjer, oslobađajući kemoterapiju samo kad naiđu na proteinske markere posebno povezane s tumorskim tkivom.

To će omogućiti primjenu usmjerene kemoterapije, uz minimiziranje ili uklanjanje nuspojava. To će također omogućiti primjenu kemoterapija koje su djelotvornije od postojećih terapija, ali trenutno se ne mogu koristiti zbog ozbiljnosti nuspojava.

Sličan, ali drugačiji pristup je upotreba sitnih nanočestica izrađenih od silicijevog dioksida i zlata koje se vežu na tumorsko tkivo i zasiće tumor. Zatim se mogu primijeniti laseri u blizini infracrvenog zračenja, koji ne reagiraju mnogo na ljudsko tkivo, ali uzrokuju zagrijavanje nanih čestica zlata.

Taj proces omogućuje spaljivanje određenih područja tkiva (onih napunjenih nanočesticama i na putu lasera). Podešavanjem lasera i raspodjele čestica liječnici mogu vrlo selektivno uništiti tkivo raka. Mrtvo tkivo može se kirurški ukloniti ili očistiti od strane samog imunološkog sustava, ovisno o razmjeru bolesti. Varijacija postupka je upotreba šupljih zlatnih školjki koje oslobađaju opterećenje kemoterapije kada se zagrijavaju, omogućujući upotrebu lasera za daljnje pročišćavanje tamo gdje su raspoređeni lijekovi (ako proteini markera tumora nisu dovoljno specifični).

Nanotehnologija i dijagnostika

Drugo područje u kojem nanotehnologija ima potencijal za revoluciju u području medicine jest prikupljanje medicinskih podataka. Pomoću nanotehnologije moguće je distribuirati dijagnostičke uređaje s nano-skali u cijelom tijelu koji otkrivaju kemijske promjene dok se događaju. To može omogućiti bliže praćenje zdravlja i stanja pacijenta u stvarnom vremenu na načine koji inače nisu mogući.

Izvan tijela, nanotehnologija se također može koristiti za ubrzavanje sekvenciranja gena i kemijske analize pomoću kvantnih točaka pričvršćenih ili na djelomične DNK sekvence, ili proteina koji se vezuju za druge materijale koje liječnike zanimaju. Zatim, možete samo pogledati distribuciju užareni elementi kako bi se vidjelo što je prisutno u uzorku.

Ovo može potencijalno učiniti bržim, jeftinijim i pouzdanijim obavljanje određenih vrsta ispitivanja izvan tijela - možete napraviti testove koji uzimaju mali uzorak tkiva i slijedite ih za komade HIV genoma, otkrivajući infekcije ranije i pouzdanije. Istraživači sa Stanforda koristili su ovu tehniku ​​kako bi pretražili oštećene gene uobičajene u određenim vrstama karcinoma, kao način za brže probir tkiva tumora:

Budući da qdoti mogu pratiti prisutnost više molekula u dužem vremenskom razdoblju, istraživači ih nastoje koristiti za stvaranje vrste optičkog barkoda koji odražava razine različitih tumorskih markera. Barkod može naznačiti vrstu i stadij tumora.

Ako dugoročno, nanotehnologije mogu nastaviti minijaturizirati dijelove (ili posuditi tehnike izrade mikročipa), mogli bi izraditi jednostavne mikroskopske kamere, manje od promjera kapilare (10 mikrona ili oko 100 000 atoma). Te su kamere mogle preslikati cijelo tijelo i telefonirale rezultatima.

Svi ti podaci, sintetizirani zajedno, mogli bi pružiti cjelovitu mapu većine tkiva u ljudskom tijelu, iz perspektive njegovih kapilara, prikazujući čitavo ljudsko tijelo u razini detalja, što je nemoguće pomoću X-zraka ili MRI. Jedan prijedlog za izgradnju nečeg takvog je tzv “Kartografsko skeniranje krvožilnog sustava Nanodevice”, koji je razvio Frank Boehm, autor knjige „Nanomedical Dizajn uređaja i sustava“. Boehm vjeruje:

Nano-medicinska dijagnostika i terapeutici djeluju na staničnoj i molekularnoj razini, upravo tamo gdje mnogi bolesti pronalaze svoju genezu […] [N] anomedicina ima potencijal dijagnosticiranja i liječenja mnogih stanja, a prije nego što dobiju priliku za razmnožavanje. […] [I] Ne može se zamisliti da će oni biti obuhvaćeni kapacitetima za vrlo točne dijagnoze i pažljivim i temeljitim iskorjenjivanjem gotovo bilo kojeg bolesnog stanja, patogenih ili toksičnih prijetnji.

Nanotehnologija i neuroznanost

Nanotehnologija također ima potencijal da promijeni način na koji liječnici liječe poremećaje u mozgu. Na strani prikupljanja podataka, možda je moguće koristiti dijamantske čestice nano-razmjera, koje svijetluju kao odgovor na električnu aktivnost mozga, za pretvaranje moždanih aktivnosti u frekvencije svjetlosti koje mogu pobjeći od lubanje i biti registrirane od strane vanjskih senzori.

To bi istraživačima omogućilo proučavanje mozga u mnogo većim detaljima. Biti u stanju vidjeti točne obrasce moždane aktivnosti bilo bi korisno za otkrivanje dinamike napadaja i mentalnih bolesti u pojedinim mozgovima, omogućavajući ciljane intervencije za rješavanje problema.

Na suprotnoj strani, moguće je koristiti ugljikove nanocjevčice za prenos signala do i od pojedinih neurona. Trenutno talijanski istraživači tehnologiju primjenjuju u prenošenju električne aktivnosti preko mrtvog tkiva mozga koji je ostavljen udarima ili infekcijama, ali mogu se upotrijebiti i za izradu mreža elektroda koje su mnogo finije i biokompatibilnije od postojećih tehnologija, omogućavajući sofisticiraniji implantati uz manje oštećenja originalnog tkiva.

To bi, u principu, moglo djelovati na mnogo većoj razlučivosti i širem opsegu od tradicionalnih implantiranih elektroda, dopuštajući nove vrste moždanih implantata koji će vam se priključiti u mozak i tijelo - Budućnost implantiranih računala koji se spajaju u vaš mozak i tijelo - Budućnost Implantirana računala S trenutnim trendom tehničkih inovacija i napretka, sada je pravo vrijeme da se istraži suvremeno stanje u računalno-ljudskim tehnologijama. i uređaje za stimulaciju mozga Čak i s danas dostupnom relativno sirovom implantacijom elektroda, učinci stimulacije mozga su značajni:

S druge strane, moguće je koristiti iste tehnike koje se koriste za nano-kemoterapiju za isporuku drugih kemikalija, poput neurotransmitera i psihijatrijskih lijekova u određena područja mozga s mnogo više preciznosti (uključujući isporuku lijekova unutar pojedinih stanica). Uz bolje neuronske pacemakere, ovo bi se moglo proširiti i na širi spektar terapija, uključujući liječenje depresije, anksioznosti, pa čak i poremećaja ličnosti.

Ova vrsta terapije mogla bi se koristiti i za stvaranje čvršćih sučelja s protetskim uređajima i pružanje više komunikacijskih mogućnosti za 'zaključane' pacijente.

Ovako točno usmjerena tehnologija mogla bi radikalno promijeniti način na koji se provodi neurološka medicina. To bi moglo dovesti do psihijatrijske medicine koja se temelji na podacima i oslanja se na direktnu intervenciju koja je daleko učinkovitija i daleko egzistencijalnije uznemirujuća (zamislite prvi računalni virus koji može zaraziti moždane implantate koji reguliraju raspoloženje).

Nanotehnologija će, kako napreduje, imati dubok utjecaj na ljudsko stanje, omogućavajući nam da popravimo stanična oštećenja i liječimo razne ljudske nevolje na nove i bolje načine, ali sa sobom donosi i potrebu za većim razumijevanjem tjelesnih sustava s čime se diramo, kao i uvažavanje etike koja ide uz to.

Što mislite o nanotehnologiji u medicini? Osjećate li da je to nova granica medicinske znanosti ili je osuđena na propast od samog početka? Podijelite svoje misli u odjeljku s komentarima u nastavku.

Bonusi slike: Nanobots Via Shutterstock, “DNA može djelovati kao velcro za nanočestice,”, autor Nacionalnog laboratorija Argonne, “B0006421 Stanice raka dojke“, autorica Amy Dame, “Kvantne točkice“, autor Nacionalnog laboratorija Argonne, “autizam neuro-imaging studija“, autor Ian Ruotsala, “životna ruka 2“, autor Università Campus Bio-Medico di Roma