Как нанотехнология меняет будущее медицины

Мы давно слышали о нанотехнологиях как в научной фантастике, так и в средствах массовой информации, но до сих пор мало что из этого получилось. Тем не менее, новая волна основанной на нанотехнологиях терапии находится на горизонте и готова изменить мир медицины.

Нанотехнология, технологическая концепция, впервые предложенная Ричардом Фейнманом в его лекции 1959 года, “Там внизу много места”, был популяризирован Эриком Дрекслером в 1986 году через его книгу “Двигатели Творения.” В книге описана возможность самовоспроизводящихся машин молекулярного масштаба, способных делать… практически все.

Предпосылка вдохновила многих работ научной фантастики, в том числе Майкла Крайтона “добыча” и Нил Стивенсон отлично “Алмазный век.” Потенциал нанотехнологий занял много времени, чтобы показать свое лицо, но он, наконец, начинает проявляться в виде сложных медицинских вмешательств, которые в ближайшем будущем будут сильно менять характер здравоохранения.

Нанотехнологии и медицина

Потенциал для нанотехнологий, в полном смысле Drexlerian, является беспрецедентным. Истинные универсальные ассемблеры, если мы сможем выяснить, как их построить, откроют глубокий сдвиг в состоянии человека. Конечно, есть долгий путь. Во многих отношениях мы даже не близки. Другими словами, прогресс продолжался в некоторых удивительных направлениях - и полезных.

Закон Мура Что такое закон Мура и какое оно имеет отношение к вам? [MakeUseOf Объясняет] Что такое закон Мура и какое оно имеет отношение к вам? [MakeUseOf Объясняет] Неудача не имеет ничего общего с законом Мура. Если это ваша ассоциация, вы путаете ее с Законом Мерфи. Тем не менее, вы были не за горами, потому что закон Мура и закон Мерфи ... постоянно стимулируют прогресс в области нанотехнологий - теперь мы можем производить транзисторы, которые буквально существуют в наномасштабе с диаметрами в сотни атомов.

Как и в медицине, одной из самых больших проблем является наша неспособность правильно нацелить вмешательства. В психоактивной медицине и клинической психологии 6 Разумные беседы TED о психологии и поведении человека 6 Разумные беседы TED о психологии и поведении человека Мозг человека сложен и запутан, что объясняет, почему поведение человека настолько сложно и запутанно. Люди имеют тенденцию действовать одним образом, когда они чувствуют что-то совершенно другое. Вот некоторые из них ... например, что врачи действительно хотят сделать, это стимулировать некоторые области мозга и подавлять другие, чтобы выборочно решать любую проблему, которая есть у пациента. Это просто случайность истории, что лучший способ сделать это прямо сейчас - это вводить лекарства, которые, случайно, во всех бесчисленных способах изменения мозга и тела, имеют некоторые из этих желаемых эффектов.

Если бы хирурги могли вводить провода в мозг людей и избирательно стимулировать определенные области безопасным способом, область психического здоровья могла бы избежать побочных эффектов традиционных психоактивных препаратов. Согласно статье в Neuron, основная техника уже работает при депрессии, суммируя ряд различных клинических испытаний..

Подумайте и о раке - что врачи действительно хотят в онкологии убивать опухолевые клетки. К сожалению, одним из лучших инструментов для уничтожения опухолевых клеток является химиотерапия, которая имеет неблагоприятный побочный эффект также и от убийства обычных клеток. Это также делает пациентов очень больными.

Нанотехнология предлагает способ направлять вмешательства в организм человека, потенциально на уровне отдельных клеток, используя умные элементы управления, которые настолько малы, что они физически не мешают нормальной функции организма. Тонкие пальцы наносят меньший урон, а машины меньше, чем самый тонкий капилляр в теле, могут перемещаться везде, где идет кровь.

Если их можно сделать достаточно умными, такие наномедицинские устройства могут разумно выбрать, где и как вмешаться. Очевидно, что больше будет возможно, когда инженеры смогут создавать роботов, которые будут обладать более сложным поведением (например, способностью передвигаться самостоятельно), но даже относительно примитивные современные наномашины имеют большую ценность.

Нанотехнология и рак

Пользовательские нити ДНК сконструированы таким образом, что они будут складываться в произвольные формы и могут быть связаны с белками и ферментами, позволяя им вести себя разумно и реагировать на меняющиеся ситуации в организме человека. Дэниел Левнер, биоинженер из Гарварда, считает, что это поведение очень мощное.

Нанороботы ДНК могут потенциально выполнять сложные программы, которые однажды могут быть использованы для диагностики или лечения заболеваний с беспрецедентной сложностью.

Эти машины могут быть использованы для создания клеток, которые могут открываться или закрываться в ответ на химические сигналы - например, отмена химиотерапии только тогда, когда они сталкиваются с белковыми маркерами, специфически связанными с опухолевой тканью..

Это позволит применять направленную химиотерапию, минимизируя или устраняя побочные эффекты. Это также позволит использовать химиотерапию, которая более эффективна, чем существующие, но в настоящее время не может использоваться из-за серьезности побочных эффектов..

Сходный, но другой подход заключается в использовании крошечных наночастиц из кремнезема и золота, которые связываются с опухолевой тканью и насыщают опухоль. Затем можно применять лазеры ближнего инфракрасного диапазона, которые не сильно взаимодействуют с тканями человека, но вызывают нагревание наночастиц золота..

Этот процесс позволяет сжигать определенные участки ткани (заполненные наночастицами и на пути лазерного излучения). Настраивая лазеры и распределение частиц, врачи могут очень избирательно уничтожать раковые ткани. Мертвая ткань может быть удалена или очищена хирургическим путем самой иммунной системой, в зависимости от масштаба заболевания. Вариантом процедуры является использование пустотелых золотых оболочек, которые выделяют полезную нагрузку химиотерапии при нагревании, что позволяет использовать лазеры для дальнейшего уточнения, где используются лекарства (если белки-маркеры опухоли недостаточно специфичны).

Нанотехнология и диагностика

Еще одна область, в которой нанотехнологии могут произвести революцию в области медицины, - это сбор медицинских данных. С помощью нанотехнологий можно распределить по всему телу наномасштабные диагностические приборы, которые обнаруживают химические изменения по мере их возникновения. Это может позволить более точное отслеживание состояния и состояния пациента в режиме реального времени способами, которые иначе невозможны.

Вне тела нанотехнологии также можно использовать для ускорения секвенирования генов и химического анализа, используя квантовые точки, прикрепленные либо к частичным последовательностям ДНК, либо к белкам, которые связываются с другими материалами, которые интересуют доктора. Затем вы можете просто посмотреть на распределение светящиеся элементы, чтобы увидеть, что присутствовало в образце.

Это может потенциально сделать его более быстрым, дешевым и более надежным для проведения определенных видов тестирования вне организма - вы можете создать тесты, которые берут небольшой образец ткани и упорядочивают его для фрагментов генома ВИЧ, обнаруживая инфекции раньше и надежнее. Исследователи из Стэнфорда использовали эту технику для поиска поврежденных генов, характерных для некоторых видов рака, в качестве способа более быстрого скрининга опухолевой ткани:

Поскольку qdots могут отслеживать присутствие множества молекул в течение длительного периода времени, исследователи стремятся использовать их для создания своего рода оптического штрих-кода, отражающего уровни различных опухолевых маркеров. Штрих-код может указывать тип и стадию опухоли.

В долгосрочной перспективе, если разработчики нанотехнологий смогут продолжать миниатюризировать детали (или позаимствовать методы изготовления микрочипов), они могут создавать простые микроскопические камеры, меньшие, чем диаметр капилляра (10 микрон или около 100000 атомов в поперечнике). Эти камеры могли отобразить все тело, позвонив домой результаты.

Все эти данные, синтезированные вместе, могут предоставить полную карту большей части ткани человеческого тела с точки зрения его капилляров, показывая весь человеческий организм с уровнем детализации, что невозможно с помощью рентгенографии или МРТ. Одним из предложений по созданию чего-то подобного является так называемое “Сосудистое Картографическое Сканирующее Наноустройство”, Разрабатывается Фрэнком Бёмом, автором проекта «Наномедицинские устройства и системы». Бём считает:

Наномедицинская диагностика и терапия работают на клеточном и молекулярном уровнях, именно там, где многие болевые процессы обретают свое происхождение […] [N] аномедицина обладает потенциалом для диагностики и предварительного лечения многих состояний до того, как у них появится возможность размножаться. […] [I] Возможно, что они будут наделены способностями для высокоточной диагностики и тщательного и тщательного устранения практически любого болезненного состояния, патогенной или токсической угрозы..

Нанотехнология и нейронаука

Нанотехнологии также могут изменить то, как врачи лечат расстройства мозга. Что касается сбора данных, возможно, можно использовать наноразмерные алмазные частицы, которые загораются в ответ на электрическую активность мозга, чтобы преобразовывать активность мозга в частоты света, которые могут покинуть череп и быть зарегистрированы внешними датчиков.

Это позволило бы исследователям изучать мозг гораздо более подробно. Способность видеть точные закономерности мозговой активности была бы полезна для выявления динамики приступов и психических заболеваний в отдельном мозге, позволяя целенаправленным вмешательствам решить эту проблему..

С другой стороны, возможно использование углеродных нанотрубок для передачи сигналов к отдельным нейронам и от них. В настоящее время итальянские исследователи применяют эту технологию для переноса электрической активности через мертвую ткань мозга, оставленную инсультами или инфекциями, но ее также можно использовать для создания более тонких и более биосовместимых электродных решеток, чем в существующей технологии, что позволяет более сложные имплантаты при меньшем повреждении исходной ткани.

В принципе, это может работать с гораздо более высоким разрешением и в более широком диапазоне, чем традиционные имплантированные электроды, что позволяет использовать новые виды мозговых имплантатов, подключаемых к вашему мозгу и телу - будущее имплантированных компьютеров, подключаемых к вашему мозгу и телу - будущее будущего Имплантированные компьютеры Учитывая современную тенденцию технических инноваций и совершенствования, сейчас самое время изучить современное состояние компьютерных технологий. и устройства, стимулирующие мозг. Даже при относительно грубой имплантации электродов, доступной сегодня, эффекты стимуляции мозга значительны:

Альтернативно, можно использовать те же методы, которые используются для наноразрешающей химиотерапии, чтобы доставлять другие химические вещества, такие как нейротрансмиттеры и психиатрические препараты, в конкретные области мозга с гораздо большей точностью (включая доставку лекарств внутри отдельных клеток). Наряду с лучшими нейронными кардиостимуляторами это может также охватывать гораздо более широкий спектр методов лечения, включая лечение депрессии, тревоги и даже расстройств личности..

Этот вид терапии также может быть использован для создания более плотных интерфейсов с протезными устройствами и предоставления большего количества возможностей общения для «запертых» пациентов..

Этот вид точно нацеленной технологии может радикально изменить способ, которым практикуется неврологическая медицина. Это может привести к формированию психиатрической медицины, основанной на данных и основанной на прямом вмешательстве, которое является гораздо более эффективным и гораздо более экзистенциальным (представьте себе первый компьютерный вирус, который может заразить мозговые имплантаты, регулирующие настроение).

Нанотехнология, по мере ее развития, окажет глубокое влияние на состояние человека, что позволит нам восстанавливать клеточные повреждения и лечить различные человеческие недуги новыми и лучшими способами, но это также влечет за собой необходимость лучшего понимания систем организма. что мы вмешиваемся, а также понимание этики, которые согласны с этим.

Что вы думаете о нанотехнологиях в медицине?? Считаете ли вы, что это новый рубеж для медицинской науки, или он обречен на провал с самого начала? Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Изображение предоставлено: наноботы через Shutterstock, “ДНК может действовать как липучка для наночастиц,”, Аргоннской Национальной Лабораторией, “B0006421 Рак молочной железы“, Эми Дам, “Квантовые точки“, Аргоннской Национальной Лабораторией, “исследование аутизма“, Ян Руотсала, “спасательный круг 2“, Университетский кампус Био-Медико ди Рома