Kā nanotehnoloģijas maina medicīnas nākotni

Reklāma

Mēs gan par zinātnisko fantastiku, gan plašsaziņas līdzekļos jau sen dzirdam par nanotehnoloģijām, taču līdz šim tas nav darīts daudz. Tomēr pie horizonta ir jauns nanotehnoloģiju terapijas vilnis, un viņi ir gatavi mainīt medicīnas pasauli.

Nanotehnoloģija, tehnoloģiska koncepcija, kuru pirmo reizi ierosināja Ričards Feinmans savā 1959. gada lekcijā “Apakšā ir daudz vietas”, kuru 1986. gadā popularizēja Ēriks Drekslers, izmantojot savu grāmatu “Radīšanas motori. ” Grāmatā tika ieskicēta pašreplikējošu, molekulārā mēroga mašīnu iespēja, kas spēj darīt… gandrīz jebko.

Šis priekšstats ir iedvesmojis daudzus zinātniskās fantastikas darbus, tostarp Maikla Krištona “Prey” un Neila Stefensona izcilo “The Diamond Age”. Nanotehnoloģiju potenciāls prasīja daudz laika ir laiks parādīt savu seju, bet beidzot tas sāk parādīties sarežģītu medicīnisku iejaukšanos veidā, kas tuvākajā nākotnē pamatīgi mainīs veselības aprūpes raksturu.

Nanotehnoloģijas un medicīna

Nanotehnoloģiju potenciāls Drexlerian izpratnē ir vēl nepieredzēts. Patiesi universālie montētāji, ja mēs varam izdomāt, kā tos uzbūvēt, radīs dziļas izmaiņas cilvēka stāvoklī. Protams, ir tāls ceļš ejams. Daudzos veidos mēs pat neesam tuvu. Citos veidos progress ir turpinājies dažos pārsteidzošos un noderīgos veidos.

Mūra likums Kas ir Mūra likums, un kā tam ir sakara ar jums? [MakeUseOf skaidrojumi]Neveiksmīgajai veiksmei nav nekā kopīga ar Mūra likumu. Ja tā ir asociācija, kas jums bija, jūs to sajaucat ar Mērfija likumu. Tomēr jūs nebijāt tālu, jo Mūra likums un Mērfija likums ... Lasīt vairāk nepārtraukti virza sasniegumus nanotehnoloģijās - tagad mēs varam ražot tranzistorus, kas burtiski pastāv nano mērogā un kuru diametrs ir simtiem atomu.

Tāpat kā medicīnā, viens no lielākajiem jautājumiem ir mūsu nespēja pareizi noteikt intervenci. Psihoaktīvajā medicīnā un klīniskā psiholoģija 6 prātu aizraujošs TED saruna par psiholoģiju un cilvēka uzvedībuCilvēka smadzenes ir sarežģītas un mulsinošas, kas izskaidro, kāpēc cilvēka izturēšanās ir tik sarežģīta un mulsinoša. Cilvēkiem ir tendence rīkoties vienādi, kad viņi jūtas kaut kas pavisam cits. Šeit ir daži ... Lasīt vairāk piemēram, tas, ko ārsti patiešām vēlas darīt, ir stimulēt dažus smadzeņu reģionus un nomāc citus selektīvi risināt neatkarīgi no pacienta problēmas. Tas ir vienkāršs vēstures negadījums, ka labākais veids, kā to izdarīt šobrīd, ir tādu zāļu lietošana starp citu, visos neskaitāmajos veidos, kā viņi maina smadzenes un ķermeni, mēdz būt daži no tiem, kurus vēlas efektus.

Ja ķirurgi varētu ievietot vadus cilvēku smadzenēs un drošā veidā selektīvi stimulēt noteiktus reģionus, garīgās veselības jomā varētu izvairīties no tradicionālo psihoaktīvo narkotiku blakusparādībām. Pamata tehnika ir jau ir parādīts strādāt depresijā, saskaņā ar rakstu Neirons apkopojot vairākus dažādus klīniskos pētījumus.

Padomājiet arī par vēzi - tas, ko ārsti patiešām vēlas, onkoloģijā ir iznīcināt audzēja šūnas. Žēl, ka viens no labākajiem audzēja šūnu nogalināšanas līdzekļiem ir ķīmijterapija, kurai ir neveiksmīga blakusparādība arī parasto šūnu nogalināšanai. Tas arī padara pacientus ļoti slimus.

Nanotehnoloģijas piedāvā veidu, kā tiešā veidā iejaukties cilvēka ķermenī, potenciāli indivīda līmenī šūnas, izmantojot viedos darbības elementus, kas ir tik mazi, ka tie fiziski netraucē normālu ķermeni funkcija. Smalkie pirksti mazāk bojā, un mašīnas, kas ir mazākas par ķermeņa smalkāko kapilāru, var iet visur, kur iet asinis.

Ja tās var padarīt pietiekami gudras, šādas nanomedicīnas ierīces var saprātīgi izvēlēties, kur un kā iejaukties. Acīmredzot vairāk būs iespējams, kad inženieri var izveidot robotus, kas izturēsies ar sarežģītāku rīcību (piemēram, spēja pārvietoties ar saviem spēkiem), taču pat mūsdienu salīdzinoši primitīvajiem nanomašīnām ir daudz vērtību.

Nanotehnoloģijas un vēzis

Pielāgotas DNS šķipsnas ir konstruētas tā, lai tās salocītos patvaļīgās formās un tajās varētu būt olbaltumvielas un enzīmi, kas tiem piesaistīti, ļaujot viņiem rīkoties saprātīgi un reaģēt uz mainīgajām situācijām cilvēkā ķermenis. Daniels Levners, Hārvardas bioinženieris, uzskata, ka šāda rīcība ir ļoti spēcīga.

DNS nanoroboti potenciāli varētu veikt sarežģītas programmas, kuras kādu dienu varētu izmantot slimību diagnosticēšanai vai ārstēšanai ar nepieredzētu izsmalcinātību.

Šīs mašīnas var izmantot būru būvēšanai, kurus var atvērt vai aizvērt, reaģējot uz ķīmiskām norādēm piemērs, atbrīvojot ķīmijterapiju tikai tad, kad tie iekļūst olbaltumvielu marķieros, kas īpaši saistīti ar audzēju audi.

Tas ļaus piemērot mērķtiecīgu ķīmijterapiju, vienlaikus samazinot vai novēršot blakusparādības. Tas arī ļaus izmantot ķīmijterapijas, kas ir efektīvākas nekā esošās terapijas, bet kuras pašlaik nevar izmantot blakusparādību nopietnības dēļ.

Līdzīga, bet atšķirīga pieeja ir izmantojiet niecīgas nanodaļiņas, kas izgatavotas no silīcija dioksīda un zelta kas saistās ar audzēja audiem un piesātina audzēju. Pēc tam var pielietot infrasarkanos lāzerus, kas maz mijiedarbojas ar cilvēka audiem, bet tomēr sakarst zelta nanodaļiņas.

Šis process ļauj sadedzināt īpašus audu apgabalus (tos, kas piepildīti ar nanodaļiņām un lāzera ceļā). Noskaņojot gan lāzerus, gan daļiņu sadalījumu, ārsti var ļoti selektīvi iznīcināt vēža audus. Atmirušos audus ķirurģiski var noņemt vai iztīrīt pati imūnsistēma, atkarībā no slimības mēroga. Procedūras variācija ir dobu zelta čaulu izmantošana, kas karsējot atbrīvo ķīmijterapijas slodzi, ļaujot izmantot lāzerus, lai vēl vairāk uzlabotu zāļu izvietošanu (ja audzēja marķieru proteīni nav pietiekami konkrēts).

Nanotehnoloģijas un diagnostika

Vēl viena joma, kurā nanotehnoloģijām ir potenciāls mainīt medicīnas jomu, ir medicīnisko datu vākšanā. Izmantojot nanotehnoloģiju, ir iespējams izplatīt nano mēroga diagnostikas ierīces visā ķermenī atklāt ķīmiskās izmaiņas kā viņi notiek. Tas var ļaut precīzāk reāllaikā izsekot pacienta veselībai un stāvoklim citos veidos, kas nav iespējams.

Ārpus ķermeņa nanotehnoloģijas var izmantot arī, lai paātrinātu gēnu secību un ķīmisko analīzi, izmantojot kvantu punkti kas piestiprinātas vai nu daļējām DNS sekvencēm, vai olbaltumvielām, kas ir saistītas ar citiem materiāliem, par kuriem ārsti ir ieinteresēti. Pēc tam jūs varat vienkārši apskatīt kvēlojošo elementu sadalījumu, lai redzētu, kas bija paraugā.

Tas, iespējams, varētu padarīt ātrāku, lētāku un uzticamāku dažu veidu testēšanu ārpus ķermeņa - jūs varat izveidojiet testus, kas ņem nelielu audu paraugu, un secīgi pārbaudiet HIV genoma gabalus, agrāk un vēl vairāk atklājot infekcijas ticami. Stenfordas pētnieki ir izmantojuši šo paņēmienu, lai meklētu bojātus gēnus, kas bieži sastopami noteiktos vēža gadījumos, kā veidu, kā ātrāk izkontrolēt audzēja audus:

Tā kā qdots var izsekot vairāku molekulu klātbūtnei ilgā laika posmā, pētnieku mērķis ir tos izmantot, lai ģenerētu sava veida optisko svītrkodu, kas atspoguļo dažādu līmeni audzēju marķieri. Svītrkods varētu norādīt audzēja veidu un stadiju.

Ilgtermiņā, ja nanotehnoloģiju izstrādātāji var turpināt detaļu miniatūru (vai aizņemties tehnikas no mikroshēmas izgatavošana), viņi varētu izveidot vienkāršas mikroskopiskas kameras, kas ir mazākas par kapilāra diametru (10 mikroni vai aptuveni 100 000 atomiem pāri). Šīs kameras varēja kartēt visu ķermeni, piezvanot uz rezultātiem.

Visi šie dati, sintezēti kopā, varētu sniegt pilnīgu karti ar lielāko daļu cilvēka ķermeņa audu, sākot no tā kapilāru perspektīva, parādot visu cilvēka ķermeni tik detalizētā līmenī, ka nav iespējams ar rentgena vai MR. Viens no priekšlikumiem kaut kā šāda veidošanai ir tā sauktā “Asinsvadu kartogrāfiskās skenēšanas nanoierīce”, kuru izstrādājis Frenks Bohms, grāmatas “Nanomedicīnisko ierīču un sistēmu projektēšana. ”Boehm tic:

Nanomedicīnas diagnostika un terapija darbojas šūnu un molekulārā līmenī tieši tur, kur daudzos slimības procesos rodas ģenēze […] [N] anomedicīna ir potenciāls diagnosticēt un ārstēt daudzus nosacījumus pirms termiņa, pirms viņiem ir iespēja izplatīties. […] [I] Ir iedomājams, ka tie tiks apveltītas ar iespējām ļoti precīzām diagnozēm un rūpīgai un rūpīgai praktiski visu patogēno vai toksisko slimības stāvokļu izskaušanai draudi.

Nanotehnoloģijas un neirozinātne

Nanotehnoloģijai ir arī potenciāls mainīt to, kā ārsti izturas pret smadzeņu darbības traucējumiem. Datu vākšanas lietās to var būt iespējams izmantot nano mēroga dimanta daļiņas, kas iedegas, reaģējot uz smadzeņu elektrisko aktivitāti, lai smadzeņu darbību pārvērstu gaismas frekvencēs, kas varētu izkļūt no galvaskausa un ko reģistrētu ārēji sensori.

Tas ļautu pētniekiem pētīt smadzenes daudz detalizētāk. Spēja redzēt precīzus smadzeņu darbības modeļus būtu noderīga, lai izdalītu krampju un garīgo slimību dinamiku atsevišķās smadzenēs, ļaujot mērķtiecīgas intervences lai atrisinātu problēmu.

No otras puses, var būt iespējams izmantot oglekļa nanocaurules signālu pārnešanai uz un no atsevišķiem neironiem. Šobrīd tehnoloģija ir tāda Itālijas pētnieki to izmanto elektriskās aktivitātes pārnešanai pa mirušajiem smadzeņu audiem ko atstāj insulti vai infekcijas, bet to var arī izmantot, lai izgatavotu elektrodtīklus, kas ir daudz smalkāki un bioloģiski saderīgāki par esošo tehnoloģiju, ļaujot sarežģītāki implanti vienlaikus nodarot mazāku kaitējumu sākotnējiem audiem.

Tas principā varētu darboties ar daudz augstāku izšķirtspēju un plašākā diapazonā nekā tradicionālie implantētie elektrodi, ļaujot jauna veida smadzeņu implanti Smadzeņu un ķermeņa iespraušana - implantēto datoru nākotneŅemot vērā pašreizējās tehnisko jauninājumu un attīstības tendences, tagad ir piemērots laiks, lai izpētītu jaunākos sasniegumus datoru un cilvēku tehnoloģiju jomā. Lasīt vairāk un smadzenes stimulējošas ierīces. Pat ar šodien pieejamo salīdzinoši neapstrādāto elektrodu implantāciju smadzeņu stimulācija ir ievērojama:

Pārmaiņus ir iespējams izmantot tās pašas tehnikas izmanto ķīmijterapijas veikšanai ar nanoizvadi, lai piegādātu citas ķīmiskas vielas, piemēram, neirotransmiteri un psihiatriskās narkotikas uz noteiktiem smadzeņu reģioniem ar daudz lielāku precizitāti (ieskaitot zāļu piegādi indivīda iekšienē šūnas). Kopā ar labākiem neironu elektrokardiostimulatoriem tas varētu attiekties arī uz daudz plašāku terapiju klāstu, ieskaitot depresijas, trauksmes un pat personības traucējumu ārstēšanu.

Šāda veida terapiju varētu izmantot arī, lai izveidotu stingrākas saskarnes ar protezēšanas ierīcēm un nodrošinātu vairāk saziņas iespēju “ieslēgtiem” pacientiem.

Šāda precīzi mērķēta tehnoloģija varētu radikāli mainīt neiroloģisko zāļu lietošanas veidu. Tas varētu izraisīt psihiatrisko medicīnu, kuras pamatā ir dati, un tā ir atkarīga no tiešas iejaukšanās, kas ir daudz vairāk efektīvs un daudz eksistenciāli satraucošs (iedomājieties pirmo datorvīrusu, kas var inficēt smadzenes regulējošās smadzenes implanti).

Nanotehnoloģija, attīstoties tai, nopietni ietekmēs cilvēka stāvokli, ļaujot mums labot šūnu bojājumus un ārstēt dažādas cilvēku ciešanas jaunos un labākus veidus, bet tas nozīmē arī vajadzību pēc labākas izpratnes par ķermeņa sistēmām, kuras mēs iejaucamies, kā arī ētikas izpratni, kas notiek kopā ar ka.

Kāds ir jūsu uzņemums nanotehnoloģiju jomā medicīnā? Vai jūs jūtat, ka tā ir jaunā medicīnas zinātnes robeža, vai arī tā ir lemta neveiksmei jau pašā sākumā? Dalieties savās domās komentāru sadaļā zemāk.

Attēlu kredīti: Nanoboti Izmantojot Shutterstock, “DNS var darboties kā velcro nanodaļiņām, ”, Autors: Argonne National Labs,“B0006421 krūts vēža šūnas“, Autore Eimija Dame,“Kvantu punkti“, Argonne National Labs,“autisma neiro-imaging pētījums“, Autore Iana Rotessala,“dzīvības roka 2“, Autors: Università Campus Bio-Medico di Roma