Как нанотехнологията променя бъдещето на медицината

реклама

Отдавна чуваме за нанотехнологиите както в научната фантастика, така и в медиите, но засега не се е случило много. Новата вълна от нанотехнологични терапии обаче е на хоризонта и са готови да променят света на медицината.

Нанотехнологиите, технологична концепция, предложена за първи път от Ричард Фейнман в лекцията му от 1959 г. „Има много място в дъното“, е популяризирана от Ерик Дрекслер през 1986 г. чрез книгата му „Двигателите на сътворението. " В книгата е очертана възможността за самовъзпроизвеждащи се машини с молекулярна скала, способни да правят... почти всичко.

Помещението е вдъхновило много произведения на научната фантастика, включително „Плетката на Майкъл Кричтон“ и отличната „Диамантената епоха“ на Нийл Стивънсън. Потенциалът на нанотехнологиите отне много време време да покажем лицето си, но най-накрая започва да пристига под формата на сложни медицински интервенции, които ще променят коренно естеството на здравеопазването в близко бъдеще.

Нанотехнологии и медицина

Потенциалът за нанотехнологии, в пълния дрекселеровски смисъл, е безпрецедентен. Истинските универсални асемблери, ако успеем да разберем как да ги изградим, ще доведат до дълбока промяна в човешкото състояние. Разбира се, има дълъг път. По много начини дори не сме близо. По други начини напредъкът продължава по някои изненадващи - и полезни.

Закон на Мур Какво е законът на Мур и какво общо има с теб? [MakeUseOf обяснява]Лошият късмет няма нищо общо със закона на Мур. Ако това е асоциацията, която сте имали, бъркате го със Закона на Мърфи. Въпреки това не бяхте далеч, защото законът на Мур и законът на Мърфи ... Прочетете още непрекъснато задвижва напредъка в нанотехнологиите - сега можем да произвеждаме транзистори, които буквално съществуват в наномащаба, с диаметри от стотици атоми.

По същия начин в медицината, един от най-големите проблеми е неспособността ни правилно да насочваме интервенциите. В психоактивната медицина и клинична психология 6 Tind-Blowing TED разговори за психологията и човешкото поведениеЧовешкият мозък е сложен и объркващ, което обяснява защо човешкото поведение е толкова сложно и объркващо. Хората имат склонност да действат по един начин, когато усещат нещо съвсем различно. Ето няколко ... Прочетете още например това, което лекарите наистина искат да направят, е да стимулират някои мозъчни региони и да потискат други да селективно решават какъвто и да е проблем на пациента. Това е просто случайност в историята, че най-добрият начин да направите това в момента е да прилагате лекарства, които са между другото, по безброй начини, по които променят мозъка и тялото, случайно има някои от желаните ефекти.

Ако хирурзите могат да поставят жици в мозъка на хората и избирателно да стимулират определени региони по безопасен начин, полето на психичното здраве може да избегне страничните ефекти на традиционните психоактивни лекарства. Основната техника има вече са показани да работи в депресия, според статия в Neuron обобщаващи редица различни клинични изпитвания.

Помислете и за рака - това, което лекарите наистина искат, в онкологията е да убие туморните клетки. Жалко е, че едно от най-добрите инструменти за убиване на туморните клетки е химиотерапията, която има злополучния страничен ефект от убиването на редовни клетки. Това прави и пациентите много болни.

Нанотехнологиите предлага начин за насочване на интервенции в човешкото тяло, потенциално на ниво индивид клетки, използвайки интелигентни операционни елементи, които са толкова малки, че физически не пречат на нормалното тяло функция. Фините пръсти нанасят по-малко щети и машини, по-малки от най-фините капиляри в тялото, могат да отидат навсякъде, където кръвта отива.

Ако те могат да бъдат достатъчно умни, такива наномедицински устройства могат разумно да изберат къде и как да се намесят. Очевидно ще е възможно повече, когато инженерите могат да създадат роботи, които имат по-сложно поведение (като способността да се движат под собствената си сила), но дори сравнително примитивните наномашини днес имат много стойност.

Нанотехнологии и рак

Персонализирани нишки на ДНК са конструирани така, че да се сгъват в произволни форми и могат да имат протеини и ензими, свързани с тях, което им позволява да се държат интелигентно и да реагират на променящите се ситуации в човека тяло. Даниел Левнер, биоинженер от Харвард, смята, че това поведение е много силно.

ДНК нанороботите потенциално могат да изпълняват сложни програми, които един ден биха могли да се използват за диагностициране или лечение на заболявания с безпрецедентна сложност.

Тези машини могат да се използват за изграждане на клетки, които могат да се отварят или затварят в отговор на химически сигнали - за например, освобождавайки химиотерапията само когато се натъкнат на белтъчни маркери, специално свързани с тумора тъкан.

Това ще позволи прилагането на насочена химиотерапия, като същевременно се сведат до минимум или елиминират страничните ефекти. Това също ще позволи прилагането на химиотерапии, които са по-ефективни от съществуващите терапии, но понастоящем не могат да се използват поради сериозността на страничните ефекти.

Подобен, но различен подход е да използвайте малки наночастици, направени от силициев диоксид и злато които се свързват с туморната тъкан и насищат тумора. Тогава могат да се приложат близо инфрачервени лазери, които не взаимодействат много с човешката тъкан, но предизвикват нагряване на златните наночастици.

Този процес позволява да се изгарят специфични тъкани (тези, напълнени с наночастици и по пътя на лазера). Настройвайки както лазерите, така и разпределението на частиците, лекарите могат да унищожат раковата тъкан много избирателно. Мъртвата тъкан може да бъде отстранена или почистена хирургично от самата имунна система, в зависимост от мащаба на заболяването. Вариант на процедурата е да се използват кухи златни черупки, които освобождават полезен химиотерапия при нагряване, което позволява използването на лазери за по-нататъшно усъвършенстване на мястото, където се прилагат лекарства (ако туморните маркери не са достатъчни специфичен).

Нанотехнологии и диагностика

Друга област, в която нанотехнологиите имат потенциал за революция в областта на медицината, е в събирането на медицински данни. С нанотехнологиите е възможно да се разпределят наномащабни диагностични устройства по цялото тяло, които откриват химически промени както се случват. Това може да позволи по-близко проследяване на здравето и състоянието на пациента в реално време по начини, които по друг начин не са възможни.

Извън тялото, нанотехнологиите могат да се използват и за ускоряване на генетичното секвениране и химичен анализ чрез използване квантови точки прикрепени към частични ДНК последователности или протеини, които се свързват с други материали, които лекарите се интересуват. След това можете просто да разгледате разпределението на светещите елементи, за да видите какво присъства в пробата.

Това потенциално може да направи по-бързо, по-евтино и по-надеждно да се правят определени видове тестове извън тялото - вие бихте могли изграждане на тестове, които вземат малка тъканна проба и я последователност за парчета от ХИВ генома, откриване на инфекции по-рано и повече надеждно. Изследователи от Станфорд са използвали тази техника, за да търсят увредени гени, често срещани при някои видове рак, като начин за по-бърз скрининг на туморната тъкан:

Тъй като qdots може да проследи наличието на множество молекули за продължителен период от време, изследователите целят да ги използват за генериране на вид оптичен баркод, отразяващ нивата на различни туморни маркери. Баркодът може да показва типа и стадия на тумора.

В дългосрочен план, ако разработчиците на нанотехнологии могат да продължат да миниатюризират частите (или да заемат техники от микрочип изработка), те биха могли да създадат прости микроскопични камери, по-малки от диаметъра на капиляра (10 микрона или около 100 000 атоми напречно). Тези камери биха могли да картографират цялото тяло, обаждайки се на резултатите от дома.

Всички тези данни, синтезирани заедно, биха могли да осигурят пълна карта на по-голямата част от тъканта в човешкото тяло от гледна точка на нейните капиляри, показващи цялото човешко тяло в ниво на детайл, което е невъзможно с рентген или MRI. Едно от предложенията за изграждане на нещо подобно е така нареченото „Съдово картографско сканиране на Nanodevice“, разработено от Франк Боем, авторът на „Наномедицински дизайн на устройства и системи. “Бум вярва:

Наномедицинската диагностика и терапевтиците действат на клетъчно и молекулно ниво, именно там, където много болестни процеси намират своя генезис […] [N] аномедицин има потенциал за диагностициране и лечение на много състояния превантивно, преди те да имат възможност да се размножават. […] [I] не е възможно, че те ще бъде пропита с капацитет за високо точните диагнози и щателно и задълбочено ликвидиране на почти всяко болестно състояние, патогенно или токсично заплаха.

Нанотехнологии и невронауки

Нанотехнологията също има потенциал да промени начина, по който лекарите лекуват мозъчни разстройства. От страна на събирането на данни на нещата може да се използва наномащабни диамантени частици, които светят в отговор на електрическата активност на мозъка, за да преобразуват мозъчната активност в честоти на светлината, които могат да избягат от черепа и да бъдат регистрирани от външни сензори.

Това би позволило на изследователите да изучават мозъка много по-подробно. Способността да видите точни модели на мозъчна активност би било полезно за извличане на динамиката на пристъпите и психичните заболявания в отделните мозъци, което позволява целенасочени интервенции за решаване на проблема.

От обратната страна е възможно да се използват въглеродни нанотръби, за да пренасят сигнали към и от отделни неврони. В момента технологията е такава се прилага от италиански изследователи за извършване на електрическа активност върху мъртвата мозъчна тъкан оставен от удари или инфекции, но може да се използва и за изработване на електрически мрежи, които са много по-фини и по-биосъвместими от съществуващите технологии, което позволява по-сложни импланти като същевременно нанасяте по-малко щети на оригиналната тъкан.

Това по принцип би могло да работи с много по-висока разделителна способност и в по-широк обхват от традиционните имплантирани електроди, позволявайки нови видове мозъчни импланти Включване в мозъка и тялото ви - бъдещето на имплантираните компютриС настоящата тенденция на технически иновации и напредък, сега е подходящото време да проучите състоянието на компютърните и човешките технологии. Прочетете още и устройства, стимулиращи мозъка. Дори при наличната днес сравнително груба имплантация на електроди ефектите от мозъчната стимулация са значителни:

Като алтернатива е възможно да използвате същите техники използва се за нано-доставяща химиотерапия за доставяне на други химикали, като невротрансмитери и психиатрични наркотици до специфични мозъчни региони с много по-голяма точност (включително доставяне на лекарства вътре в отделните хора клетки). Наред с по-добрите нервни пейсмейкъри, това би могло да обхване и много по-широк спектър от терапии, включително лечение на депресия, тревожност и дори личностни разстройства.

Този вид терапия може да се използва и за създаване на по-строги интерфейси с протетични устройства и предоставяне на повече възможности за комуникация на „заключени“ пациенти.

Този вид точно насочена технология може коренно да промени начина, по който се практикува неврологичната медицина. Това може да доведе до психиатрична медицина, която се ръководи от данни и разчита на директна намеса, която е много повече ефективен и далеч по-екзистенциално разстрояващ (представете си първия компютърен вирус, който може да зарази мозъка за регулиране на настроението) импланти).

Нанотехнологиите, с напредването си, ще имат дълбоко въздействие върху човешкото състояние, позволявайки ни да поправим клетъчните щети и да лекуваме различни човешки страдания в нови и по-добри начини, но също така носи и необходимост от по-голямо разбиране на телесните системи, към които се подправяме, както и оценка на етиката, която върви заедно с че.

Какво мислите за нанотехнологиите в медицината? Смятате ли, че това е новата граница на медицинските науки или е обречена да се провали от самото начало? Споделете мислите си в секцията за коментари по-долу.

Кредитни изображения: наноботи Via Shutterstock, “ДНК може да действа като велкро за наночастици, ", От Национални лаборатории на Аргон,"B0006421 Ракови клетки на гърдата", От Ейми Дам,"Квантови точки„, От Национални лаборатории на Аргон,“аутистично невро-образно изследване„, От Ян Руоцала,“живот 2“, От Università Campus Bio-Medico di Roma