Cum Nanotehnologia schimbă viitorul medicinei

Am auzit de mult timp despre nanotehnologia atât în ​​știință, cât și în mass-media, dar nu a venit prea mult până acum. Cu toate acestea, un nou val de terapii bazate pe nanotehnologie se află la orizont și sunt gata să schimbe lumea medicinii.

Nanotehnologia, un concept tehnologic propus inițial de Richard Feynman în prelegerea sa din 1959, “Există o mulțime de cameră în partea de jos”, a fost popularizat de Erik Drexler în 1986 prin cartea sa “Motoarele creației.” Cartea a subliniat posibilitatea mașinilor de auto-replicare, la scară moleculară, capabile să facă ... ceva mai mult.

Premisa a inspirat multe lucrări de science fiction, inclusiv Michael Crichton's “Pradă” și excelentul lui Neil Stephenson “Epoca de diamante.” Potențialul nanotehnologiei a durat mult timp pentru a-și arăta fața, dar în cele din urmă începe să ajungă sub forma unor intervenții medicale sofisticate care vor schimba profund natura asistenței medicale în viitorul apropiat.

Nanotehnologia și medicina

Potențialul nanotehnologiei, în sens total Drexlerian, este fără precedent. Adevărații asamblori universali, dacă ne putem da seama cum să le construim, vor conduce la o schimbare profundă a condiției umane. Desigur, există un drum lung de parcurs. În multe feluri, nu suntem nici măcar apropiați. În alte moduri, progresul a continuat în unele moduri surprinzătoare - și utile.

Legea lui Moore Care este legea lui Moore și ce are de a face cu tine? [Explicarea MakeUseOf] Ce este Legea lui Moore și ce are de a face cu tine? [Explicarea MakeUseOf] Ghinionul nu are nimic de-a face cu Legea lui Moore. Dacă aceasta este asocierea pe care o aveai, o confundați cu Legea lui Murphy. Cu toate acestea, nu ați fost departe pentru că Legea lui Moore și Legea lui Murphy ... Citește mai mult continuu conduce progresele în nanotehnologia - acum putem produce tranzistoare care există literalmente pe scară nano, cu diametre de sute de atomi.

De asemenea, în medicină, una dintre cele mai mari probleme este incapacitatea noastră de a viza corect intervențiile. În psihologia psihologică și psihologia clinică 6 Discuții TED despre psihologie și comportamentul uman 6 Talk-uri despre psihologie și comportamentul uman Creierul uman este complex și confuz, ceea ce explică de ce comportamentul uman este atât de complex și confuz. Oamenii au tendința de a acționa într-un fel atunci când simt ceva complet diferit. Iată câteva ... Citește mai multe, de exemplu, ceea ce doresc cu adevărat medici să facă este să stimuleze anumite regiuni ale creierului și să-i suprime pe alții să rezolve selectiv orice problemă are pacientul. Este un simplu accident al istoriei că cel mai bun mod de a face acest lucru acum este de a administra medicamente care, întâmplător, în toate miridele de moduri în care schimbă creierul și corpul, se întâmplă să aibă unele dintre aceste efecte dorite.

Dacă chirurgii ar putea pune fire în creierele oamenilor și ar stimula selectiv regiunile specifice într-un mod sigur, domeniul sănătății mintale ar putea evita efectele secundare ale medicamentelor tradiționale psihoactive. Tehnica de baza a fost deja demonstrat de a lucra in depresie, in conformitate cu un articol in Neuron rezumand o serie de studii clinice diferite.

Gândiți-vă și la cancer - ceea ce medicii doresc cu adevărat, în oncologie, este de a ucide celulele tumorale. Este regretabil faptul că unul dintre cele mai bune instrumente pentru uciderea celulelor tumorale este chimioterapia, care are efectul secundar nefericit, de asemenea, uciderea celulelor regulate. Acest lucru face, de asemenea, pacientii foarte bolnavi.

Nanotehnologia oferă o modalitate de intervenție directă în corpul uman, potențial la nivelul celulelor individuale, utilizând elemente inteligente de operare care sunt atât de mici încât nu interferează fizic cu funcția normală a corpului. Degetele fine fac mai putine daune, iar aparatele mai mici decat cel mai bun capilar din corp pot merge peste tot unde sangele merge.

Dacă acestea pot fi făcute destul de inteligente, astfel de dispozitive nanomedicale pot alege în mod judicios unde și cum să intervină. Evident, mai multe vor fi posibile atunci când inginerii pot construi roboți care au comportamente mai sofisticate (cum ar fi abilitatea de a se deplasa sub propria lor putere), dar chiar nanomachinele relativ primitive de astăzi au o mulțime de valoare.

Nanotehnologia și cancerul

Lanțurile personalizate ale ADN-ului sunt construite astfel încât ele se vor orienta în forme arbitrare și pot avea legături de proteine ​​și enzime, permițându-le să se comporte în moduri inteligente și să răspundă la situațiile în schimbare din corpul uman. Daniel Levner, bioengineer la Harvard, crede că acest comportament este foarte puternic.

DNA nanorobots ar putea realiza programe complexe care ar putea fi folosite intr-o zi pentru diagnosticarea sau tratarea bolilor cu sofisticare fara precedent.

Aceste mașini pot fi folosite pentru a construi cuști care se pot deschide sau închide ca răspuns la semnale chimice - de exemplu, eliberarea chimioterapiei numai atunci când acestea se ciocnesc în markeri de proteine ​​asociate în mod specific cu țesutul tumoral.

Aceasta va permite aplicarea chimioterapiei direcționate, minimizând sau eliminând efectele secundare. Acest lucru va permite, de asemenea, desfășurarea de chimioterapii care sunt mai eficiente decât terapiile existente, dar în prezent nu pot fi utilizate din cauza gravității efectelor secundare.

O abordare similară, dar diferită, este utilizarea nanoparticulelor mici fabricate din silice și aur care se leagă de țesutul tumoral și saturau tumora. Apoi, pot fi aplicate laserele apropiate cu infraroșu, care nu interacționează mult cu țesutul uman, dar fac ca nanoparticulele de aur să se încălzească.

Acest proces permite incinerarea anumitor zone de țesut (cele umplute cu nanoparticule și pe calea laserului). Prin reglarea atât a laserului, cât și a distribuției particulelor, medicii pot distruge foarte selectiv țesutul canceros. Țesutul mort poate fi îndepărtat chirurgical sau curățat de sistemul imunitar însuși, în funcție de amploarea bolii. O variantă a procedurii constă în folosirea învelișurilor de aur goale care eliberează o încărcătură utilă de chimioterapie atunci când este încălzită, permițând folosirea laserelor pentru a rafina în continuare unde medicamentele sunt utilizate (dacă proteinele markerilor tumorali nu sunt suficient de specifice).

Nanotehnologia și diagnosticarea

Un alt domeniu în care nanotehnologia are potențialul de a revoluționa domeniul medical este în colectarea datelor medicale. Cu ajutorul nanotehnologiei, este posibil să se distribuie dispozitive de diagnostic la scară nano în tot corpul, care detectează modificările chimice așa cum se întâmplă. Acest lucru poate permite urmărirea în timp real în timp real a stării de sănătate și a stării pacientului în moduri care nu sunt altfel posibile.

În afara corpului, nanotehnologia poate fi de asemenea folosită pentru a accelera secvențarea genelor și analiza chimică prin utilizarea unor puncte cuantice atașate fie secvențelor ADN parțiale, fie proteinelor care se leagă de alți medici care sunt interesați. Apoi, puteți să vă uitați doar la distribuția elemente strălucitoare pentru a vedea ce a fost prezent în eșantion.

Acest lucru ar putea face mai rapid, mai ieftin și mai fiabil să facă anumite tipuri de testare în afara corpului - ați putea construi teste care să ia o probă de țesut mic și să o secvențeze pentru fragmente din genomul HIV, detectând infecțiile mai devreme și mai fiabil. Cercetatorii de la Stanford au folosit aceasta tehnica pentru a cauta gene distruse comune in anumite tipuri de cancer, ca o modalitate de a testa tesutul tumoral mai repede:

Deoarece qdots poate urmări prezența mai multor molecule pe o perioadă extinsă de timp, cercetătorii intenționează să le folosească pentru a genera un tip de cod optic care să reflecte nivelele diferitelor markeri tumorali. Codul de bare poate indica tipul tumorii și stadiul.

Pe termen lung, dacă dezvoltatorii de nanotehnologie pot continua să miniatureze piesele (sau să împrumute tehnici de fabricare a microcipelor), ar putea construi camere foto microscopice simple, mai mici decât diametrul unui capilar (10 microni sau aproximativ 100 000 de atomi). Aceste aparate de fotografiat ar putea harta întregului corp, telefonând acasă rezultatele.

Toate aceste date, sintetizate împreună, ar putea oferi o hartă completă a majorității țesuturilor din corpul uman, din perspectiva capilarelor sale, arătând un întreg corp uman într-un nivel de detaliu care este imposibil cu raze X sau RMN. O propunere de a construi ceva de genul asta este așa-numita “Cartografierea cartografică vasculară”, fiind dezvoltat de Frank Boehm, autorul "Aparatului Nanomedical și Designul Sistemului". Boehm crede:

Diagnosticul și terapeutica nanomedicală operează la nivel celular și molecular, tocmai în cazul în care multe procese ale bolii își găsesc geneza [...] [N] anomedicina are potențialul de a diagnostica și trata multe condiții preemptiv, înainte ca acestea să aibă posibilitatea să se prolifereze. Nu este posibil ca acestea să fie imbogatite cu capacități pentru diagnosticarea extrem de precisă și eradicarea meticuloasă și aprofundată a oricărei forme de boală, a unei amenințări patogene sau toxice.

Nanotehnologia și neuroștiința

Nanotehnologia are, de asemenea, potențialul de a schimba modul în care medicii tratează tulburările cerebrale. Pe partea de colectare a datelor despre lucruri, este posibil să se utilizeze particule de diamant la scară nano, care se aprind ca reacție la activitatea electrică a creierului, pentru a transforma activitatea creierului în frecvențe de lumină care ar putea să scape de craniu și să fie înregistrate de senzori.

Acest lucru ar permite cercetătorilor să studieze creierul cu mult mai multe detalii. A fi capabil să vedeți modele precise ale activității creierului ar fi util pentru a evita dinamica crizelor și a bolilor mintale în creierul individual, permițând intervenții specifice pentru rezolvarea problemei.

Pe de altă parte, este posibil să se utilizeze nanotuburi de carbon pentru a transporta semnale către și de la neuroni individuali. Tehnologia este aplicată de cercetătorii italieni pentru a purta activitate electrică în țesutul moale creier lăsat de accidente vasculare cerebrale sau infecții, dar ar putea fi folosit și pentru a face grilaje de electrozi mult mai fine și mai bio-compatibile decât tehnologia existentă. implanturi mai sofisticate în timp ce faceau mai puține leziuni ale țesutului original.

Acest lucru ar putea, în principiu, să acționeze la o rezoluție mult mai mare și într-un domeniu mai larg decât electrozii implantați tradițional, permițând noi tipuri de implanturi cerebrale. Conectarea creierului și corpului - viitorul calculatoarelor implantate Conectarea creierului și corpului - Calculatoare implantate Cu tendința actuală de inovare și avansare tehnică, acum este momentul potrivit pentru a explora stadiul actual al tehnologiilor informatice-umane. Citește mai mult și dispozitive de stimulare a creierului. Chiar și cu implantarea relativ brut a electrodului disponibilă astăzi, efectele stimulării creierului sunt semnificative:

Alternativ, este posibil să se utilizeze aceleași tehnici folosite pentru a furniza chimioterapia pentru a furniza alte substanțe chimice, cum ar fi neurotransmițătorii și medicamentele psihiatrice la anumite regiuni ale creierului, cu mult mai multă precizie (inclusiv administrarea de medicamente în celule individuale). Impreuna cu stimulatoare cardiace neuronale mai bune, acest lucru se poate extinde si la o gama mult mai larga de terapii, inclusiv tratamentul depresiei, anxietatii si chiar tulburari de personalitate.

Acest tip de terapie ar putea fi, de asemenea, utilizat pentru a crea interfețe mai stricte cu dispozitive protetice și pentru a oferi mai multe opțiuni de comunicare pacienților blocați.

Acest tip de tehnologie precisă ar putea schimba radical modul în care se practică medicina neurologică. Aceasta ar putea duce la medicina psihiatrică care este bazată pe date și se bazează pe o intervenție directă care este mult mai eficientă și mult mai supărătoare existențial (imaginați-vă primul virus al computerului care poate infecta implanturile cerebrale de reglare a dispoziției).

Nanotehnologia, pe măsură ce avansează, va avea un impact profund asupra condiției umane, permițându-ne să reparăm daunele celulare și să tratăm o varietate de afecțiuni umane în moduri noi și mai bune, dar aduce, de asemenea, o nevoie de o mai bună înțelegere a sistemelor corporale cu care ne confruntăm, precum și o apreciere a eticii care merge împreună cu asta.

Care-i treaba ta cu privire la nanotehnologia în medicină? Credeți că este noua frontieră pentru știința medicală, sau este condamnată să eșueze de la început? Împărtășiți-vă gândurile în secțiunea de comentarii de mai jos.

Image credite: Nanobots Via Shutterstock, “ADN-ul poate acționa ca velcro pentru nanoparticule,”, de Argonne National Labs, “B0006421 Celule cancerigene de sân“, de Amy Dame, “Puncte cuantice“, de Argonne National Labs, “autism neuro-imagistice de studiu“, de Ian Ruotsala, “viața 2“, de către Università Campus Bio-Medico di Roma

Explorați mai multe despre: Tehnologia Bionic, Geeky Science.