Hvordan nanoteknologi ændrer medicinens fremtid

Reklame

Vi har hørt om nanoteknologi i lang tid både i science fiction og i medierne, men der er ikke meget ud af det indtil videre. Imidlertid er en ny bølge af nanotek-baserede terapier i horisonten og er klar til at ændre medicinens verden.

Nanotechnology, et teknologisk koncept, der først blev foreslået af Richard Feynman i sit foredrag i 1959, "Der er masser af plads i bunden", blev populariseret af Erik Drexler i 1986 via sin bog "Skabelsens motorer.” Bogen skitserede muligheden for selvreplicerende, molekylære skalaer, der er i stand til at gøre… stort set noget.

Forudsætningen har inspireret mange science fiction-værker, herunder Michael Crichtons "Prey" og Neil Stephensons fremragende "The Diamond Age." Potentialet i nanoteknologi tog lang tid tid til at vise dets ansigt, men det er endelig begyndt at komme i form af sofistikerede medicinske indgreb, der dybt vil ændre sundhedsydelser i den nærmeste fremtid.

Nanoteknologi og medicin

Potentialet for nanoteknologi i fuld Drexlerian-forstand er hidtil uset. Ægte universelle samlere, hvis vi kan finde ud af, hvordan vi bygger dem, vil indlede et dybtgående skift i den menneskelige tilstand. Der er selvfølgelig en lang vej at gå. På mange måder er vi ikke engang tæt på. På andre måder er der fortsat fremskridt på nogle overraskende måder - og nyttige.

Moore's Law Hvad er Moore's lov, og hvad har det at gøre med dig? [MakeUseOf Explains]Ulykke har intet at gøre med Moore's Law. Hvis det er den forening, du havde, forvirrer du det med Murphys lov. Du var dog ikke langt væk, fordi Moore's Law og Murphy's Law ... Læs mere kontinuerligt driver fremskridt inden for nanoteknologi - vi kan nu fremstille transistorer, der bogstaveligt talt findes i nanoskala med diametre på hundreder af atomer.

Ligeledes inden for medicin er et af de største spørgsmål vores manglende evne til at målrette interventioner korrekt. I psykoaktiv medicin og klinisk psykologi 6 Mindblowing TED-samtaler om psykologi og menneskelig adfærdDen menneskelige hjerne er kompleks og forvirrende, hvilket forklarer, hvorfor menneskelig adfærd er så kompleks og forvirrende. Mennesker har en tendens til at handle på én måde, når de føler noget helt andet. Her er et par ... Læs mere hvad læger virkelig ønsker at gøre er at stimulere nogle hjerneområder og undertrykke andre til selektivt at løse det problem, som patienten har. Det er en ren ulykke med historien, at den bedste måde at gøre det lige nu på er at administrere medicin der I øvrigt har nogle af de ønskede på alle de mange måder, de ændrer hjerne og krop virkninger.

Hvis kirurger kunne lægge ledninger i folks hjerner og selektivt stimulere bestemte regioner på en sikker måde, kunne det mentale sundhedsfelt undgå bivirkningerne af traditionelle psykoaktive stoffer. Den grundlæggende teknik har allerede vist at arbejde i depression, ifølge en artikel i neuron opsummering af en række forskellige kliniske forsøg.

Tænk også på kræft - hvad læger virkelig ønsker, inden for onkologi, er at dræbe tumorceller. Det er uheldigt, at et af de bedste redskaber til at dræbe tumorceller er kemoterapi, som har den uheldige bivirkning af også at dræbe regelmæssige celler. Dette gør også patienter meget syge.

Nanoteknologi tilbyder en måde at direkte indgreb i den menneskelige krop, potentielt på et individniveau celler ved hjælp af smarte betjeningselementer, der er så små, at de ikke fysisk forstyrrer normal krop fungere. Fine fingre skader mindre, og maskiner, der er mindre end den fineste kapillær i kroppen, kan gå overalt, hvor blodet går.

Hvis de kan gøres smarte nok, kan sådanne nanomediske enheder med rette vælge, hvor og hvordan de skal gribe ind. Naturligvis vil mere være muligt, når ingeniører kan bygge robotter, der har mere sofistikeret opførsel (som evnen til at bevæge sig under deres egen kraft), men endda relativt primitive nanomachiner i dag har meget værdi.

Nanoteknologi og kræft

Brugerdefinerede DNA-strenge er konstrueret således, at de foldes i vilkårlige former og kan have proteiner og enzymer bundet til dem, så de kan opføre sig på intelligente måder og reagere på skiftende situationer hos mennesker legeme. Daniel Levner, en bioingeniør i Harvard, mener, at denne opførsel er meget stærk.

DNA-nanorobots kunne potentielt udføre komplekse programmer, der en dag kunne bruges til at diagnosticere eller behandle sygdomme med enestående raffinement.

Disse maskiner kan bruges til at bygge bure, der kan åbnes eller lukkes som reaktion på kemiske signaler - til eksempel, at kemoterapi kun frigives, når de støder på proteinmarkører, der specifikt er forbundet med tumor væv.

Dette tillader anvendelse af rettet kemoterapi, samtidig med at minimering eller eliminering af bivirkninger. Dette tillader også anvendelse af kemoterapier, der er mere effektive end eksisterende terapier, men som i øjeblikket ikke kan bruges på grund af alvorligheden af ​​bivirkningerne.

En lignende, men anderledes tilgang er Brug små nanopartikler lavet af silica og guld der binder til tumorvæv og mæt tumoren. Derefter kan der anvendes næsten infrarøde lasere, som ikke interagerer meget med det menneskelige væv, men som får de gyldne nanopartikler til at varme op.

Denne proces gør det muligt at forbrænde specifikke områder af væv (dem, der er fyldt med nanopartikler og i laserbanen). Ved at indstille både lasere og partikeldistribution kan læger ødelægge kræftvæv meget selektivt. Det døde væv kan fjernes eller renses kirurgisk af immunsystemet selv, afhængigt af sygdommens omfang. En variation af proceduren er at bruge hule guldskaller, der frigiver en nyttelast kemoterapi, når den opvarmes, der tillader brug af lasere til yderligere at forfine, hvor lægemidler er placeret (hvis tumormarkørproteiner ikke er tilstrækkeligt bestemt).

Nanoteknologi og diagnostik

Et andet område, hvor nanoteknologi har potentiale til at revolutionere det medicinske felt, er i indsamling af medicinsk data. Med nanoteknologi er det muligt at distribuere nanoskala diagnostiske enheder i hele kroppen, at opdage kemiske ændringer som de sker. Dette muliggør en tættere realtidssporing af en patients sundhed og status på måder, der ellers ikke er mulig.

Uden for kroppen kan nanoteknologi også bruges til at fremskynde gensekvensbestemmelse og kemisk analyse ved hjælp af kvanteprikker bundet til enten delvise DNA-sekvenser eller proteiner, der binder til andre materialer, som læger er interesseret i. Derefter kan du bare se på fordelingen af ​​glødende elementer for at se, hvad der var til stede i prøven.

Dette kan potentielt gøre det hurtigere, billigere og mere pålideligt at udføre visse former for test uden for kroppen - det kunne du også opbygge test, der tager en lille vævsprøve og sekvenserer den for stykker af HIV-genomet, idet detekterer infektioner tidligere og mere pålideligt. Forskere ved Stanford har brugt denne teknik til at se efter beskadigede gener, der er almindelige i visse kræftformer, som en måde at screene tumorvæv hurtigere på:

Fordi qdots kan spore tilstedeværelsen af ​​flere molekyler over en længere periode, forskere sigter mod at bruge dem til at generere en slags optisk stregkode, der afspejler niveauerne for forskellige tumor markører. Stregkoden kunne indikere tumortype og -stadium.

I det lange løb, hvis nanoteknologiudviklere kan fortsætte med at miniaturisere delene (eller låne teknikker fra mikrochip fabrikation), kunne de bygge enkle mikroskopiske kameraer, der er mindre end diameteren af ​​en kapillær (10 mikron, eller ca. 100.000 atomer på tværs). Disse kameraer kunne kortlægge hele kroppen og ringe resultaterne hjem.

Alle disse data, syntetiseret sammen, kunne give et komplet kort over det meste af vævet i den menneskelige krop, fra perspektiv på dets kapillærer, der viser en hel menneskelig krop i et detaljeringsniveau, der er umuligt med røntgen eller MR. Et forslag til at bygge noget lignende er den såkaldte “Vascular Cartographic Scanning Nanodevice”, der er udviklet af Frank Boehm, forfatteren af ​​'Nanomedical Device and System Design. 'Boehm mener:

Nano-medicinsk diagnostik og terapeutik fungerer på cellulære og molekylære niveauer, netop hvor mange sygdomsprocesser finder deres genesis […] [N] anomedicine har potentialet til at diagnosticere og behandle mange tilstande præemptivt, før de har mulighed for at spredes. […] [I] tænkelig at de vil være gennemsyret af kapaciteter til yderst nøjagtige diagnoser og omhyggelig og grundig udryddelse af praktisk talt enhver sygdomstilstand, patogen eller giftig trussel.

Nanoteknologi og neurovidenskab

Nanoteknologi har også potentialet til at ændre, hvordan læger behandler hjerneforstyrrelser. På dataindsamlingssiden af ​​tingene kan det være muligt at bruge diamantpartikler i nanoskala, der lyser op som svar på hjernens elektriske aktivitet, for at konvertere hjerneaktivitet til frekvenser af lys, der kunne undslippe kraniet og blive registreret af eksterne sensorer.

Dette ville give forskere mulighed for at studere hjernen i meget større detaljer. At være i stand til at se nøjagtige mønstre af hjerneaktivitet ville være nyttigt til at friste dynamikken i anfald og mental sygdom i individuelle hjerner, hvilket giver mulighed for målrettede interventioner at løse problemet.

På vippesiden kan det være muligt at bruge carbon nanorør til at bære signaler til og fra individuelle neuroner. Lige nu er teknologien anvendes af italienske forskere til at udføre elektrisk aktivitet på tværs af dødt hjernevæv efterladt af slagtilfælde eller infektioner, men det kan også bruges til at fremstille elektrode-gitter, der er meget finere og mere biokompatible end eksisterende teknologi, hvilket giver mulighed for mere sofistikerede implantater mens du gør mindre skade på det originale væv.

Dette kan i princippet fungere i en meget højere opløsning og på tværs af et bredere anvendelsesområde end traditionelle implanterede elektroder, hvilket tillader nye slags hjerneimplantater Tilslutter din hjerne og krop - fremtiden for implanterede computereMed den nuværende tendens inden for teknisk innovation og udvikling er det nu et godt tidspunkt at udforske den nyeste teknologi inden for computer-menneskelige teknologier. Læs mere og hjernestimulerende enheder. Selv med den relativt rå elektrodeimplantation, der er tilgængelig i dag, er virkningerne af hjernestimulering betydelige:

Alternativt er det muligt at bruge samme teknikker bruges til nano-levering kemoterapi til levering af andre kemikalier, såsom neurotransmitters og psykiatrisk medicin til specifikke hjerneområder med meget mere præcision (herunder levering af medicin inden for individet celler). Sammen med bedre neurale pacemakere kan dette også udvide til en meget bredere vifte af behandlingsformer, herunder behandling af depression, angst og endda personlighedsforstyrrelser.

Denne form for terapi kan også bruges til at skabe strammere grænseflader med proteseanordninger og give flere kommunikationsmuligheder til 'indelåste' patienter.

Denne form for præcist målrettet teknologi kan radikalt ændre den måde, hvorpå neurologisk medicin praktiseres. Det kan føre til psykiatrisk medicin, der er datadrevet og er afhængig af direkte indgreb, der er langt mere effektiv og langt mere eksistentielt irriterende (forestil dig den første computervirus, der kan inficere humørregulerende hjerne implantater).

Nanoteknologi, som det skrider frem, vil have en dyb indvirkning på den menneskelige tilstand, så vi kan reparere celleskader og behandle en række menneskelige lidelser i nye og bedre måder, men det medfører også et behov for større forståelse af de kropssystemer, vi tukler med, samt en forståelse af den etik, der følger med at.

Hvad tager du af nanoteknologi inden for medicin? Føler du, at det er den nye grænse for medicinsk videnskab, eller er det dømt til at mislykkes fra starten? Del dine tanker i kommentarfeltet nedenfor.

Billedkreditter: nanobots Via Shutterstock, “DNA kan fungere som velcro for nanopartikler, ", Af Argonne National Labs,"B0006421 Brystkræftceller“Af Amy Dame,”Kvanteprikker“Af Argonne National Labs,”autisme neuro-imaging-undersøgelse“Af Ian Ruotsala,”livshånd 2“Af Università Campus Bio-Medico di Roma