Modul în care Nanotehnologia schimbă viitorul medicinei

Publicitate

Auzim despre nanotehnologie de multă vreme atât în ​​ficțiunea științifică, cât și în mass-media, dar nu s-a ajuns 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 pentru prima dată de Richard Feynman în prelegerea sa din 1959, „There’s Plenty of Room at the Bottom”, a fost popularizată de Erik Drexler în 1986 prin intermediul cărții sale „Motoarele creației.“ Cartea a subliniat posibilitatea de auto-replicare, la scară moleculară, capabile să facă... aproape orice.

Premisa a inspirat multe lucrări de ficțiune științifică, inclusiv „Prada” lui Michael Crichton și excelenta „Epoca diamantului” a lui Neil Stephenson. Potențialul nanotehnologiei a durat mult este timpul să-i arătăm fața, dar în sfârșit începe să ajungă sub forma unor intervenții medicale sofisticate care vor schimba profund natura asistenței medicale în viitorul apropiat.

Nanotehnologie și Medicină

Potențialul nanotehnologiei, în sensul deplin Drexlerian, nu are precedent. Adevărații asamblători universali, dacă ne putem da seama cum să-i construim, vor crea o schimbare profundă a condiției umane. Desigur, mai este mult de parcurs. În multe moduri, nici măcar nu suntem aproape. În alte moduri, progresele au continuat în unele moduri surprinzătoare - și în altele utile.

Legea lui Moore Care este Legea lui Moore și ce are de-a face cu tine? [FaceUseOf Explică]Norocul nu are nicio legătură cu Legea lui Moore. Dacă aceasta este asocierea pe care o aveai, o confundați cu Legea lui Murphy. Cu toate acestea, nu ai fost departe pentru că Legea lui Moore și Legea lui Murphy ... Citeste mai mult conduce continuu la progresele din nanotehnologie - acum putem produce tranzistoare care există literalmente la nano-scară, cu diametre de sute de atomi.

La fel în medicină, una dintre cele mai mari probleme este incapacitatea noastră de a viza corect intervențiile. În medicina psihoactivă și Psihologie clinica 6 TED-Blowing TED vorbește despre psihologie și comportament umanCreierul 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 ... Citeste mai mult de exemplu, ceea ce doresc cu adevărat medicii să facă este să stimuleze unele regiuni ale creierului și să suprime altele pentru a rezolva selectiv orice problemă are pacientul. Este un simplu accident de istorie că cea mai bună modalitate de a face asta chiar acum este să administrezi medicamente care întâmplător, în multe feluri de moduri în care schimbă creierul și corpul, se întâmplă să aibă unele dintre cele dorite efecte.

Dacă chirurgii ar putea pune fire în creierul oamenilor și să stimuleze în mod selectiv anumite regiuni într-un mod sigur, domeniul sănătății mintale ar putea evita efectele secundare ale medicamentelor psihoactive tradiționale. Tehnica de bază are deja a fost arătat să lucreze în depresie, potrivit unui articol din Neuron rezumând o serie de studii clinice diferite.

Gândește-te și la cancer - ceea ce doresc cu adevărat medicii, în oncologie, este să omori celulele tumorale. Este nefericit că unul dintre cele mai bune instrumente pentru uciderea celulelor tumorale este chimioterapia, care are efectul nefericit al uciderii celulelor obișnuite. Acest lucru face, de asemenea, pacienții foarte bolnavi.

Nanotehnologia oferă o modalitate de a direcționa intervențiile în corpul uman, potențial la un nivel individual celule, folosind elemente de operare inteligente care sunt atât de mici încât nu interferează fizic cu corpul normal funcţie. Degetele fine fac mai puțin daune și mașinile mai mici decât cele mai fine capilare din corp pot merge oriunde merge sângele.

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

Nanotehnologie și cancer

Lanțurile personalizate de ADN sunt construite astfel încât să se plieze în forme arbitrare și să poată avea proteine ​​și enzimele lipite de ele, permițându-le să se comporte în moduri inteligente și să răspundă la situații în schimbare la om corp. Daniel Levner, bioinginer la Harvard, consideră că acest comportament este foarte puternic.

Nanorobotii ADN ar putea duce la îndeplinire programe complexe care ar putea fi utilizate într-o zi pentru diagnosticarea sau tratarea bolilor cu o sofisticare fără precedent.

Aceste mașini pot fi utilizate pentru a construi cuști care se pot deschide sau închide ca răspuns la indicii chimice - pt de exemplu, eliberarea chimioterapiei numai atunci când se topesc în markeri proteici asociați în mod specific cu tumora țesut.

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

O abordare similară, dar diferită, este folosiți nanoparticule minuscule din silice și aur care se leagă de țesutul tumoral și satura tumora. Apoi, se pot aplica lasere cu infraroșu aproape, care nu interacționează mult cu țesutul uman, dar provoacă încălzirea nanoparticulelor de aur.

Acest proces permite incinerarea unor zone specifice de țesut (cele umplute cu nanoparticule și pe calea laserului). Prin reglarea atât a laserelor, cât și a distribuției particulelor, medicii pot distruge foarte selectiv țesutul cancerului. Țesutul mort poate fi îndepărtat chirurgical sau curățat de sistemul imunitar propriu, în funcție de scara bolii. O variantă a procedurii este de a utiliza coji de aur goale care eliberează o sarcină utilă chimioterapie atunci când este încălzită, permițând utilizarea de lasere pentru a rafina în continuare acolo unde medicamentele sunt dislocate (dacă proteinele markerului tumoral nu sunt suficient specific).

Nanotehnologie și diagnostic

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 diagnosticare la scară nano în întregul organism care detectați modificările chimice așa cum se întâmplă. Aceasta poate permite urmărirea mai atentă în timp real a stării de sănătate și a stării pacientului, în moduri care altfel nu sunt posibile.

În afara corpului, nanotehnologia poate fi, de asemenea, utilizată pentru a accelera secvențarea genelor și analiza chimică prin utilizarea puncte cuantice atașate fie la secvențe parțiale de ADN, fie proteine ​​care se leagă de alte materiale pe care medicii sunt interesate. Apoi, puteți doar privi distribuția elementelor 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 teste în afara corpului - puteți construiți teste care să ia un eșantion de țesut mic și să-l secvențeze pentru bucăți ale genomului HIV, detectând infecțiile mai devreme și multe altele în mod fiabil. Cercetătorii de la Stanford au folosit această tehnică pentru a căuta genele deteriorate comune în anumite tipuri de cancer, ca o modalitate de a ecraniza mai rapid țesutul tumoral:

Deoarece qdot-urile pot urmări prezența mai multor molecule pe o perioadă lungă de timp, cercetătorii își propun să le folosească pentru a genera un fel de coduri de bare optice care să reflecte nivelurile diferitelor markeri tumorali. Codul de bare ar putea indica tipul și stadiul tumorii.

Pe termen lung, dacă dezvoltatorii de nanotehnologie pot continua să miniaturizeze piesele (sau să împrumute tehnici de la microcip) fabricație), ar putea construi camere microscopice simple, mai mici decât diametrul unui capilar (10 microni, sau aproximativ 100.000 atomi de peste). Aceste camere ar putea cartografia întregul corp, telefonând rezultatele.

Toate aceste date, sintetizate împreună, ar putea oferi o hartă completă a majorității țesutului din corpul uman, din o perspectivă a capilarelor sale, care arată un întreg corp uman într-un nivel de detaliu care este imposibil cu raze X sau RMN-ul. O propunere pentru a construi ceva de genul acesta este așa-numita „Scanare cartografică vasculară Nanodevice”, fiind dezvoltată de Frank Boehm, autorul „Proiectare și dispozitive Nanomedicale. ”Boehm crede:

Diagnosticile și medicamentele terapeutice nano-medicale funcționează la nivel celular și molecular, exact acolo unde multe procese de boală își găsesc geneza [...] [N] anomedicină are potențialul de a diagnostica și de a trata multe afecțiuni preventiv, înainte de a avea ocazia să prolifereze. [...] [I] nu se poate concepe că vor fi îmbogățiți cu capacități pentru diagnosticarea extrem de precisă și eradicarea minuțioasă și minuțioasă a practicilor oricărei stări de boală, patogene sau toxice amenințare.

Nanotehnologie și Neuroștiință

Nanotehnologia are, de asemenea, potențialul de a schimba modul în care medicii tratează tulburările creierului. În ceea ce privește colecția de date a lucrurilor, poate fi posibilă utilizarea particule de diamant la scară nano, care se aprind ca răspuns la activitatea electrică a creierului, pentru a transforma activitatea creierului în frecvențe de lumină care ar putea scăpa de craniu și ar putea fi înregistrate de senzori externi.

Acest lucru ar permite cercetătorilor să studieze creierul într-un detaliu mult mai mare. Posibilitatea de a vedea tipare exacte ale activității creierului ar fi de ajutor pentru a reduce dinamica convulsiilor și a bolilor mintale în creierul individual, permițând intervenții vizate pentru a rezolva problema.

Pe partea flip, poate fi posibilă utilizarea nanotuburilor de carbon pentru a transporta semnale către și dinspre neuronii individuali. În acest moment, tehnologia este fiind aplicat de cercetătorii italieni pentru desfășurarea activității electrice pe țesutul creierului mort lăsat de accidente vasculare cerebrale sau infecții, dar ar putea fi folosit și pentru realizarea rețelelor de electrozi mult mai fine și mai compatibile cu bio decât tehnologia existentă, permițând implanturi mai sofisticate în timp ce face mai puțin daune țesutului inițial.

Acest lucru ar putea, în principiu, să funcționeze la o rezoluție mult mai ridicată și într-un domeniu de aplicare mai larg decât electrozii implantați tradițional, permițând noi tipuri de implanturi cerebrale Conectarea creierului și a corpului dvs. - Viitorul calculatoarelor implantateAvând în vedere tendința actuală de inovație tehnică și avansare, acum este un moment bun pentru a explora starea de ultimă generație în tehnologiile computer-umane. Citeste mai mult și dispozitive de stimulare a creierului. Chiar și cu implantarea relativ rapidă a electrodului disponibil astăzi, efectele stimulării creierului sunt semnificative:

În mod alternativ, este posibil să utilizați aceleași tehnici utilizat pentru chimioterapia care furnizează nano pentru a furniza alte substanțe chimice, cum ar fi neurotransmițători și psihiatrici medicamente pentru anumite regiuni ale creierului cu mult mai multă precizie (inclusiv administrarea de medicamente în interiorul individului celule). Alături de stimulatoare neuronale mai bune, acest lucru s-ar putea extinde și la o gamă mult mai largă de terapii, inclusiv tratamentul pentru depresie, anxietate și chiar tulburări de personalitate.

Acest tip de terapie ar putea fi, de asemenea, utilizat pentru a crea interfețe mai strânse cu dispozitivele protetice și pentru a oferi mai multe opțiuni de comunicare pentru pacienții „blocați”.

Acest tip de tehnologie precis orientată ar putea schimba radical modul în care este practicat medicamentul neurologic. Ar putea duce la medicină psihiatrică bazată pe date și care se bazează pe intervenția directă, care este mult mai mult efectiv și mult mai tulburător existențial (imaginați-vă primul virus informatic care poate infecta creierul de reglare a dispoziției implanturi).

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 la noi și modalități mai bune, dar aduce, de asemenea, necesitatea unei mai bune înțelegeri a sistemelor corporale cu care ne alterăm, precum și a unei aprecieri a eticii care sunt însoțite de acea.

Ce părere aveți despre nanotehnologie în medicină? Credeți că este noua frontieră pentru știința medicală sau este sortită să eșueze din start? Partajează-ți gândurile în secțiunea de comentarii de mai jos.

Credite imagine: nanorobotii Via Shutterstock, „ADN-ul poate acționa ca velcro pentru nanoparticule, ”, De Argonne National Labs,„B0006421 Celule pentru cancerul de sân„, De Amy Dame,„Puncte cuantice„, De Argonne National Labs,„studiu neuro-imagistic autism„, De Ian Ruotsala,„viața-mână 2„, De Universitatea Campus Bio-Medico di Roma