Jak Nanotechnologie mění budoucnost medicíny

reklama

O nanotechnologiích jsme už dlouho slyšeli jak v sci-fi, tak v médiích, ale zatím toho moc nezískalo. Na obzoru je však nová vlna nanotechnologických terapií a je připravena změnit svět medicíny.

Nanotechnologie, technologický koncept, který poprvé navrhl Richard Feynman ve své přednášce z roku 1959 „Existuje spousta místností na dně“, zpopularizoval Erik Drexler v roce 1986 prostřednictvím své knihy „Motory stvoření. “ Kniha nastínila možnost samoreplikujících se molekulárních strojů schopných dělat… téměř cokoli.

Předpoklad inspiroval mnoho prací sci-fi, včetně „Prey“ Michaela Crichtona a „The Diamond Age“ Neil Stephensona. Potenciál nanotechnologií trval dlouho čas ukázat svou tvář, ale konečně začíná přicházet ve formě sofistikovaných lékařských zásahů, které v blízké budoucnosti zásadně změní povahu zdravotní péče.

Nanotechnologie a lékařství

Potenciál pro nanotechnologie v plném Drexlerově smyslu je bezprecedentní. Opravdové univerzální montéry, pokud dokážeme přijít na to, jak je postavit, povedou k hlubokému posunu v lidském stavu. Samozřejmě existuje dlouhá cesta. V mnoha ohledech nejsme ani blízko. Jinými slovy, pokrok pokračuje několika překvapujícími způsoby - a užitečnými.

Mooreův zákon Co je Mooreův zákon a co to má s vámi společného? [MakeUseOf vysvětluje]Smůla nemá nic společného s Mooreovým zákonem. Pokud je to asociace, kterou jste měli, plete ji s Murphyho zákonem. Nebyli jste však daleko, protože Mooreův zákon a Murphyho zákon ... Přečtěte si více nepřetržitě řídí pokroky v nanotechnologiích - nyní můžeme vyrábět tranzistory, které doslova existují v nanoměřítku, o průměrech stovek atomů.

Stejně jako v medicíně je jedním z největších problémů naše neschopnost správně zacílit na intervence. V psychoaktivní medicíně a klinická psychologie 6 Mind-Blowing TED hovoří o psychologii a lidském chováníLidský mozek je složitý a matoucí, což vysvětluje, proč je lidské chování tak složité a matoucí. Lidé mají sklon jednat jedním způsobem, když se cítí něco úplně jiného. Zde je několik ... Přečtěte si více Například, co lékaři opravdu chtějí udělat, je stimulovat některé oblasti mozku a potlačovat ostatní, aby selektivně řešili jakýkoli problém, který má pacient. Je to pouhá náhodná historie, že nejlepším způsobem, jak to udělat hned teď, je podávat léky mimochodem, ve všech nesčetných způsobech, jak mění mozek a tělo, se stalo, že některé z nich chtěly efekty.

Pokud by chirurgové mohli vložit dráty do mozků lidí a selektivně stimulovat určité oblasti bezpečným způsobem, mohlo by se v oblasti duševního zdraví vyhnout vedlejším účinkům tradičních psychoaktivních drog. Základní technika má již byly zobrazeny pracovat v depresi, podle článku v Neuron shrnující řadu různých klinických studií.

Přemýšlejte také o rakovině - to, co lékaři ve onkologii skutečně chtějí, je zabíjet nádorové buňky. Je nešťastné, že jedním z nejlepších nástrojů pro usmrcování nádorových buněk je chemoterapie, která má nešťastný vedlejší účinek také zabíjení pravidelných buněk. To také dělá pacienty velmi nemocnými.

Nanotechnologie nabízí způsob přímých zásahů do lidského těla, potenciálně na úrovni jednotlivce buňky pomocí inteligentních ovládacích prvků, které jsou tak malé, že fyzicky nenarušují normální tělo funkce. Jemné prsty způsobují menší poškození a stroje menší než nejjemnější kapilára v těle mohou jít všude, kam jde krev.

Pokud mohou být dostatečně inteligentní, mohou si taková nanomedikální zařízení uvážlivě vybrat, kam a jak zasáhnout. Je zřejmé, že více bude možné, když inženýři mohou stavět roboty, které mají sofistikovanější chování (například schopnost pohybovat se pod vlastní silou), ale i relativně primitivní nanomachiny dnes mají mnoho hodnota.

Nanotechnologie a rakovina

Vlastní řetězce DNA jsou konstruovány tak, že se skládají do libovolných tvarů a mohou mít proteiny a enzymy na ně navázané, což jim umožňuje chovat se inteligentně a reagovat na měnící se situace v člověku tělo. Daniel Levner, bioinženýr na Harvardu, věří, že toto chování je velmi silné.

DNA nanoroboty by mohly potenciálně provádět složité programy, které by se jednoho dne mohly použít k diagnostice nebo léčbě nemocí s bezprecedentní sofistikovaností.

Tyto stroje lze použít k vytváření klecí, které se mohou otevírat nebo zavírat v reakci na chemické podněty - například například uvolňování chemoterapie pouze tehdy, když narazí na proteinové markery specificky spojené s nádorem tkáň.

To umožní aplikaci řízené chemoterapie a zároveň minimalizuje nebo eliminuje vedlejší účinky. Umožní to také nasazení chemoterapií, které jsou účinnější než stávající terapie, ale v současné době je nelze použít kvůli závažnosti vedlejších účinků.

Podobný, ale odlišný přístup je použijte malé nanočástice vyrobené ze siliky a zlata které se váží na nádorovou tkáň a nasycují nádor. Poté je možné použít blízké infračervené lasery, které s lidskou tkání příliš nereagují, ale způsobují zahřívání nanočástic zlata.

Tento proces umožňuje spalování specifických oblastí tkáně (těch, které jsou naplněny nanočásticemi a v dráze laseru). Vyladěním laserů i distribuce částic mohou lékaři velmi selektivně ničit rakovinovou tkáň. Mrtvá tkáň může být chirurgicky odstraněna nebo vyčištěna samotným imunitním systémem, v závislosti na rozsahu onemocnění. Varianta postupu spočívá v použití dutých zlatých skořápek, které při zahřátí uvolňují užitečné zatížení chemoterapie, což umožňuje použití laserů k dalšímu zdokonalování tam, kde jsou rozmístěny léky (pokud nejsou dostatečně přítomny proteiny nádorových markerů) charakteristický).

Nanotechnologie a diagnostika

Další oblastí, v níž má nanotechnologie potenciál revoluci v lékařské oblasti, je ve sběru lékařských dat. Díky nanotechnologii je možné distribuovat diagnostické přístroje v nanoúrovni do celého těla detekovat chemické změny jak se stávají. To může umožnit bližší sledování zdravotního stavu a stavu pacienta v reálném čase způsoby, které nejsou jinak možné.

Mimo tělo lze nanotechnologii také použít k urychlení sekvenování genů a chemické analýzy pomocí kvantové tečky připojené k částečným sekvencím DNA nebo k proteinům, které se váží k jiným materiálům, o které se lékaři zajímají. Pak se stačí podívat na rozložení zářících prvků a zjistit, co bylo ve vzorku přítomno.

To by potenciálně mohlo zrychlit, zlevnit a spolehlivěji provádět určité druhy testování mimo tělo - můžete sestavte testy, které odebírají malý vzorek tkáně a sekvenují jej pro kousky genomu HIV, detekující infekce dříve a další spolehlivě. Vědci ve Stanfordu použili tuto techniku ​​k vyhledání poškozených genů běžných v určitých rakovinách, jako způsob rychlého screeningu nádorové tkáně:

Protože qdoty mohou sledovat přítomnost více molekul po delší časové období, vědci si klade za cíl je použít k vytvoření jakéhokoli optického čárového kódu odrážejícího různé úrovně nádorové markery. Čárový kód může označovat typ a stadium nádoru.

V dlouhodobém horizontu, pokud vývojáři nanotechnologií mohou pokračovat v miniaturizaci dílů (nebo půjčování technik z mikročipu) výrobou), mohli postavit jednoduché mikroskopické kamery, menší než je průměr kapiláry (10 mikronů, nebo asi 100 000 atomy napříč). Tyto kamery dokázaly zmapovat celé tělo a výsledky telefonovaly domů.

Všechna tato data, syntetizovaná společně, by mohla poskytnout úplnou mapu většiny tkáně v lidském těle z perspektiva jeho kapilár, ukazovat celé lidské tělo v úrovni podrobnosti to je nemožné s rentgenem nebo MRI. Jedním z návrhů na vytvoření něčeho takového je tzv. „Vaskulární kartografické skenování Nanodevice“, který vyvinul Frank Boehm, autor ‘Nanomedikální návrh zařízení a systému"Boehm." věří:

Nano-lékařská diagnostika a léčiva fungují na buněčné a molekulární úrovni, přesně tam, kde mnoho chorobných procesů nachází svoji genezi […] [N] anomedicin má potenciál diagnostikovat a léčit mnoho podmínek preventivně, dříve, než budou mít příležitost proliferovat. […] [I] t je možné, že bude naplněna kapacitami pro vysoce přesné diagnózy a pečlivou a důkladnou eradikaci prakticky jakéhokoli chorobného stavu, patogenního nebo toxického ohrožení.

Nanotechnologie a neurovědy

Nanotechnologie má také potenciál změnit způsob, jakým lékaři léčí poruchy mozku. Na straně sběru dat může být možné použít nanočástice diamantových částic, která se rozsvítí v reakci na elektrickou aktivitu mozku, přeměnit mozkovou aktivitu na frekvence světla, které by mohly uniknout lebce a být zaregistrovány externími senzory.

To by vědcům umožnilo studovat mozek mnohem podrobněji. Schopnost vidět přesné vzorce mozkové činnosti by bylo užitečné pro fretku z dynamiky záchvatů a duševních chorob v jednotlivých mozcích, což by umožnilo cílené intervence vyřešit problém.

Na druhé straně je možné použít uhlíkové nanotrubice k přenosu signálů do a z jednotlivých neuronů. Právě teď je tato technologie byl aplikován italskými vědci k přenášení elektrické aktivity přes mrtvou mozkovou tkáň zanechané mrtvicí nebo infekcí, ale mohlo by být také použito k výrobě elektrodových sítí, které jsou mnohem jemnější a biologicky kompatibilnější než stávající technologie, což umožňuje sofistikovanější implantáty při menším poškození původní tkáně.

To by v zásadě mohlo fungovat s mnohem vyšším rozlišením a v širším rozsahu než tradiční implantované elektrody, což by umožnilo nové druhy mozkové implantáty Zapojení mozku a těla - budoucnost implantovaných počítačůSe současným trendem technických inovací a pokroku je nyní vhodná doba k prozkoumání současného stavu v oblasti technologií počítač-člověk. Přečtěte si více a zařízení stimulující mozek. I při relativně hrubé implantaci elektrody, která je dnes k dispozici, jsou účinky stimulace mozku významné:

Alternativně je možné použít stejné techniky Používá se pro chemoterapii dodávající nano látky k dodání dalších chemikálií, jako jsou neurotransmitery a psychiatrie drogy do konkrétních oblastí mozku s mnohem větší přesností (včetně podávání léků uvnitř jedince) buňky). Spolu s lepšími nervovými kardiostimulátory by se to mohlo rozšířit i na mnohem širší škálu terapií, včetně léčby deprese, úzkosti a dokonce poruch osobnosti.

Tento druh terapie lze také použít k vytvoření užších rozhraní s protetickými zařízeními a poskytnout více možností komunikace „uzamčeným“ pacientům.

Tento druh přesně cílené technologie by mohl radikálně změnit způsob praktikování neurologické medicíny. Mohlo by to vést k psychiatrické medicíně založené na údajích a spoléhání se na přímý zásah, který je mnohem více efektivní a mnohem více existenciálně rozrušující (představte si první počítačový virus, který může infikovat mozek regulující náladu) implantáty).

Nanotechnologie, jak se vyvíjí, bude mít hluboký dopad na lidský stav, což nám umožní napravit poškození buněk a léčit řadu lidských utrpení v nových a lepší způsoby, ale také to přináší potřebu většího porozumění tělním systémům, s nimiž manipulujeme, a také uznání etiky, která s tím souvisí že.

Jaký je váš názor na nanotechnologie v medicíně? Máte pocit, že je to nová hranice lékařské vědy, nebo je odsouzen k selhání hned od začátku? Sdílejte své myšlenky v sekci komentářů níže.

Obrazové kredity: Nanoboty Přes Shutterstock “DNA může působit jako suchý zip pro nanočástice, “Od Argonne National Labs,“B0006421 Buňky rakoviny prsu", Amy Dame,"Kvantové tečky", Od Argonne National Labs,"autismus neuro-zobrazovací studie", Ian Ruotsala,"life-hand 2“, Università Campus Bio-Medico di Roma