Jak Nanotechnologie mění budoucnost medicíny

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, “Ve spodní části je spousta pokoje”, byl popularizován Erik Drexler v roce 1986 přes jeho knihu “Motory stvoření.” Kniha nastínila možnost samoreplikujících se molekulárních strojů schopných dělat… téměř cokoli.

Předpoklad inspiroval mnoho prací sci-fi, včetně Michaela Crichtona “Kořist” a Neil Stephenson je vynikající “Diamantový věk.” Potenciál nanotechnologií trval dlouho, než se projevil, 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] 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… nepřetržitě řídí pokroky v nanotechnologiích - nyní můžeme vyrábět tranzistory, které doslova existují v nanoúrovni, s průměry stovek atomů.

Stejně jako v medicíně je jedním z největších problémů naše neschopnost správně zacílit na intervence. V psychoaktivní medicíně a klinické psychologii 6 Mind-Blowing TED hovoří o psychologii a lidském chování 6 Mind-Blowing TED hovoří o psychologii a lidském chování Lidský 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 ... 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 nehoda v historii, že nejlepším způsobem, jak to udělat právě teď, je podávat léky, které náhodou, ve všech nesčetných způsobech, jak mění mozek a tělo, náhodou mají některé z těchto požadovaných účinků.

Pokud by chirurgové mohli vložit dráty do mozků lidí a selektivně stimulovat určité oblasti bezpečným způsobem, pole duševního zdraví by se mohlo vyhnout vedlejším účinkům tradičních psychoaktivních drog. Podle článku v Neuronu, který shrnuje řadu různých klinických studií, je již prokázáno, že základní technika funguje v depresi..

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 jednotlivých buněk, pomocí inteligentních ovládacích prvků, které jsou tak malé, že fyzicky nenarušují normální funkci těla. 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 (jako je schopnost pohybovat se pod vlastní silou), ale i relativně primitivní nanomachiny dneška mají spoustu hodnoty.

Nanotechnologie a rakovina

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

DNA nanoroboty by mohly potenciálně provádět složité programy, které by mohly být jednoho dne použity 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 uvolňování chemoterapie pouze tehdy, když naráží na proteinové markery specificky spojené s nádorovou tkání.

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

Podobným, ale odlišným přístupem je použití malých nanočástic vyrobených z oxidu křemičitého a zlata, které se vážou na tkáň nádoru, a nasycení nádoru. Poté mohou být použity blízké infračervené lasery, které příliš nereagují s lidskou tkání, ale způsobují zahřívání zlatých nanočástic.

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 užitečnou zátěž chemoterapie, což umožňuje použití laserů k dalšímu zdokonalování tam, kde jsou léčiva nasazena (pokud nádorové markerové proteiny nejsou dostatečně specifické).

Nanotechnologie a diagnostika

Další oblastí, v níž má nanotechnologie potenciál k revoluci v oblasti medicíny, je sběr lékařských dat. Díky nanotechnologii je možné distribuovat diagnostické přístroje v nanoúrovni po celém těle, které detekují chemické změny, když k nim dojde. 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 kvantových teček připojených buď k částečným sekvencím DNA, nebo k proteinům, které se váží k jiným materiálům, o které mají lékaři zájem. Pak se můžete jen podívat na distribuci zářící prvky, aby bylo vidět, co bylo ve vzorku.

To by potenciálně mohlo urychlit, levnější a spolehlivější provádět určité druhy testování mimo tělo - můžete vytvořit testy, které odebírají malý vzorek tkáně a sekvenují ho pro kousky genomu HIV, detekující infekce dříve a spolehlivěji. 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 se snaží je použít k vytvoření jakéhokoli optického čárového kódu odrážejícího hladiny různých nádorových markerů. Čárový kód může označovat typ a stadium nádoru.

V dlouhodobém horizontu, pokud vývojáři nanotechnologií mohou pokračovat v miniaturizaci dílů (nebo technik půjčování z výroby mikročipů), mohli by vytvořit jednoduché mikroskopické kamery, menší než průměr kapiláry (10 mikronů, nebo asi 100 000 atomů 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 pohledu jejích kapilár, a ukázat celé lidské tělo v úrovni detailů, která je s rentgenem nebo MRI nemožná. Jedním z návrhů na vybudování něčeho takového je tzv “Cévní kartografické skenování Nanodevice”, vyvinutý Frankem Boehmem, autorem „Nanomedical Device and System Design“. Boehm věří:

Nano-lékařská diagnostika a léčiva fungují na buněčné a molekulární úrovni, přesně tam, kde mnoho chorobných procesů zjistí jejich genezi […] [N] anomedicin má potenciál diagnostikovat a léčit mnoho stavů preventivně, dříve, než budou mít příležitost proliferovat. […] Je možné si představit, že jim budou nasazeny kapacity pro vysoce přesné diagnózy a pečlivé a důkladné odstranění prakticky jakéhokoli chorobného stavu, patogenní nebo toxické hrozby..

Nanotechnologie a neurovědy

Nanotechnologie má také potenciál změnit způsob, jakým lékaři léčí poruchy mozku. Na straně sběru dat může být možné použít diamantové částice v nano měřítku, které se rozsvítí v reakci na elektrickou aktivitu mozku, k přeměně mozkové činnosti na frekvence světla, které by mohly uniknout lebce a být registrovány externím 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 zásahy k vyřešení problému.

Na druhé straně je možné použít uhlíkové nanotrubice k přenosu signálů do a z jednotlivých neuronů. V tuto chvíli italští vědci tuto technologii používají k přenášení elektrické aktivity přes mrtvou mozkovou tkáň zanechanou mrtvicí nebo infekcí, ale lze ji také použít 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 v mnohem vyšším rozlišení a v širším rozsahu než tradiční implantované elektrody, což umožňuje nové druhy mozkových implantátů Zapojení do mozku a těla - budoucnost implantovaných počítačů Zapojení do mozku a těla - budoucnost Implantované počítače Se současným trendem technických inovací a pokroku je nyní vhodná doba k prozkoumání současného stavu v oblasti technologií počítač-člověk. 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 používané pro nanoterapii dodávající chemoterapii k dodávání dalších chemikálií, jako jsou neurotransmitery a psychiatrická léčiva, do konkrétních oblastí mozku s mnohem větší přesností (včetně dodávání léčiv do jednotlivých buněk). 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, která je řízena údaji a spoléhá na přímou intervenci, která je mnohem účinnější a mnohem více existenciálně narušující (představte si první počítačový virus, který může infikovat mozkové implantáty regulující náladu)..

Nanotechnologie, jak se vyvíjí, bude mít hluboký dopad na lidský stav, což nám umožní opravit buněčné poškození a léčit řadu lidských trápení novými a lepšími způsoby, ale také to přináší potřebu většího porozumění tělesným systémům. s nimiž manipulujeme, stejně jako ocenění etiky, která s tím souvisí.

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

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