Kuinka nanoteknologia muuttaa lääketieteen tulevaisuutta

Mainos

Olemme kuulleet nanoteknologiasta jo pitkään sekä tieteiskirjallisuudessa että tiedotusvälineissä, mutta siitä ei ole toistaiseksi tullut paljon. Uusi nanotekniikkapohjaisten hoitomuotojen aalto on kuitenkin näkyvissä ja he ovat valmiita muuttamaan lääketieteellistä maailmaa.

Nanoteknologia, teknologinen konsepti, jonka Richard Feynman ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1959 pitämässään luennossa ”Pohjassa on runsaasti tilaa”, popularisoi Erik Drexler vuonna 1986 kirjassaan “Luomisen moottorit.” Kirja esitteli mahdollisuuden itse replikoituviin, molekyylisuureihin koneisiin, jotka kykenevät tekemään… melkein mitä tahansa.

Lähtökohta on inspiroinut monia tieteiskirjallisuuteen liittyviä teoksia, kuten Michael Crichtonin "Prey" ja Neil Stephensonin erinomainen "The Diamond Age". Nanoteknologian potentiaali kesti kauan on aika näyttää kasvot, mutta se alkaa vihdoinkin saapua hienostuneisiin lääketieteellisiin toimenpiteisiin, jotka muuttavat perusteellisesti terveydenhuollon luonnetta lähitulevaisuudessa.

Nanoteknologia ja lääketiede

Nanoteknologian potentiaali on täysin Drexlerian-merkityksessä ennennäkemätön. Todelliset yleiskokoonpanijat, jos voimme selvittää, kuinka ne rakennetaan, tuovat käyttöön syvälliset muutokset ihmisen tilassa. Tietenkin on vielä pitkä tie kuljettavana. Monella tapaa emme ole edes lähellä. Muilla tavoin kehitys on jatkunut yllättävin tavoin - ja hyödyllisilläkin tavoilla.

Mooren laki Mikä on Mooren laki ja mitä sillä on sinun kanssasi? [MakeUseOf selittää]Huonolla onnella ei ole mitään tekemistä Mooren lain kanssa. Jos se on yhdistys, joka sinulla oli, sekoitat sen Murphyn lakiin. Et kuitenkaan olleet kaukana, koska Mooren laki ja Murphyn laki ... Lue lisää ajaa jatkuvasti nanoteknologian kehitystä - voimme nyt valmistaa transistoreita, jotka ovat kirjaimellisesti olemassa nanomittakaavassa ja joiden halkaisijat ovat satoja atomia.

Samoin lääketieteessä yksi suurimmista ongelmista on kyvyttömyysmme kohdistaa toimenpiteitä oikein. Psykoaktiivisessa lääketieteessä ja kliininen psykologia 6 Mind-Blowing TED puhuu psykologiasta ja ihmisen käyttäytymisestäIhmisen aivot ovat monimutkaisia ​​ja hämmentäviä, mikä selittää miksi ihmisen käyttäytyminen on niin monimutkaista ja hämmentävää. Ihmisillä on taipumus toimia yhdellä tavalla, kun he kokevat jotain täysin erilaista. Tässä on muutama ... Lue lisää Esimerkiksi mitä lääkärit todella haluavat tehdä, on stimuloida joitain aivoalueita ja tukahduttaa toisia ratkaisemaan valikoivasti potilaan ongelmat. Se on pelkkä historian onnettomuus, että paras tapa tehdä se nyt on antaa lääkkeitä muuten, kaikilla lukemattomilla tavoilla, joilla he muuttavat aivoja ja vartaloa, sattuu olemaan joitain halutuista vaikutuksia.

Jos kirurgit voisivat laittaa johdot ihmisten aivoihin ja stimuloida valikoivasti tiettyjä alueita turvallisella tavalla, mielenterveyskenttä voisi välttää perinteisten psykoaktiivisten lääkkeiden sivuvaikutukset. Perustekniikalla on on jo osoitettu työskennellä masennuksessa, artikkelissa Neuroni yhteenveto useista eri kliinisistä tutkimuksista.

Ajattele myös syöpää - mitä lääkärit todella haluavat onkologiassa tappaa kasvainsolut. On valitettavaa, että yksi parhaimmista tuumorisolujen tappamisen välineistä on kemoterapia, jolla on valitettava sivuvaikutus myös tavanomaisten solujen tappamiseen. Tämä tekee myös potilaista erittäin sairaita.

Nanoteknologia tarjoaa tavan ohjata interventioita ihmiskehossa, mahdollisesti yksilön tasolla solut, käyttämällä älykkäitä käyttöelementtejä, jotka ovat niin pieniä, että ne eivät fyysisesti häiritse normaalia vartaloa toimia. Hienot sormet tekevät vähemmän vaurioita, ja koneet, jotka ovat pienempiä kuin kehon hienoin kapillaari, voivat mennä minne tahansa veri menee.

Jos niistä voidaan tehdä tarpeeksi älykkäitä, sellaiset nanolääketieteelliset laitteet voivat harkiten valita missä ja miten puuttua. On selvää, että enemmän on mahdollista, kun insinöörit voivat rakentaa robotteja, joilla on hienostuneempi käyttäytyminen (kuten kyky liikkua omalla voimallaan), mutta jopa nykypäivän suhteellisen primitiivisillä nanosineillä on paljon arvo.

Nanoteknologia ja syöpä

Mukautetut DNA-juosteet on rakennettu siten, että ne taittuvat mielivaltaisiin muotoihin ja niissä voi olla proteiineja ja niihin sitoutuneet entsyymit, joiden avulla ne voivat toimia älykkäästi ja reagoida muuttuviin tilanteisiin ihmisessä elin. Harvardin bioinsinööri Daniel Levner uskoo, että tämä käyttäytyminen on erittäin voimakasta.

DNA-nanorobotit voisivat mahdollisesti suorittaa monimutkaisia ​​ohjelmia, joita voitaisiin yhtenä päivänä käyttää diagnosoimaan tai hoitamaan sairauksia ennennäkemättömällä hienostuneisuudella.

Näitä koneita voidaan käyttää rakentamaan häkkejä, jotka voivat avautua tai sulkea vasteena kemiallisille vihjeille - varten Esimerkiksi kemoterapian vapauttaminen vain, kun ne törmäävät proteiinimarkkereihin, jotka liittyvät erityisesti kasvaimeen kudosta.

Tämä sallii kohdistetun kemoterapian soveltamisen, samalla kun minimoidaan tai eliminoidaan sivuvaikutukset. Tämä mahdollistaa myös sellaisten kemoterapioiden käyttöönoton, jotka ovat tehokkaampia kuin nykyiset hoidot, mutta joita ei tällä hetkellä voida käyttää sivuvaikutusten vakavuuden vuoksi.

Samanlainen, mutta erilainen lähestymistapa on Käytä pieniä piidioksidista ja kullasta valmistettuja nanohiukkasia jotka sitoutuvat kasvainkudokseen ja kyllästävät kasvaimen. Sitten voidaan käyttää lähellä infrapunalasereita, jotka eivät ole paljon vuorovaikutuksessa ihmisen kudoksen kanssa, mutta aiheuttavat kullan nanohiukkasten kuumenemisen.

Tämä prosessi sallii tiettyjen kudosalueiden (ne, jotka on täytetty nanohiukkasilla ja laserin reitillä) polttamisen. Virittämällä sekä lasereita että hiukkasten jakautumista lääkärit voivat tuhota syöpäkudoksen erittäin valikoivasti. Kuollut kudos voidaan itse immuunijärjestelmän avulla poistaa kirurgisesti tai puhdistaa sairauden laajuudesta riippuen. Toimenpiteen eräs vaihtoehto on käyttää onttoja kultakuoria, jotka vapauttavat hyötykuorman kemoterapiaa kuumennettaessa, sallimalla lasereiden käytön tarkentaa edelleen lääkkeiden käyttöönottoa (jos kasvainmarkkeriproteiinit eivät riitä spesifinen).

Nanoteknologia ja diagnostiikka

Toinen alue, jolla nanoteknologialla on potentiaalia mullistaa lääketieteen ala, on lääketieteellisten tietojen keruussa. Nanoteknologian avulla on mahdollista jakaa nanomittakaavan diagnostiikkalaitteita koko kehoon havaita kemialliset muutokset niin kuin ne tapahtuvat. Tämä voi mahdollistaa potilaan terveyden ja tilan tarkemman seurannan reaaliajassa tavoilla, jotka eivät muuten ole mahdollisia.

Kehon ulkopuolella nanoteknologiaa voidaan käyttää myös geenien sekvensoinnin ja kemiallisen analyysin nopeuttamiseen käyttämällä kvanttipisteet kiinnittyneinä joko osittaisiin DNA-sekvensseihin tai proteiineihin, jotka sitoutuvat muihin lääkäreihin kiinnostuneisiin materiaaleihin. Sitten voit vain katsoa hehkuvien elementtien jakautumista nähdäksesi mitä näytteessä oli.

Tämä voi mahdollisesti tehdä nopeammaksi, halvemmaksi ja luotettavammaksi suorittaa tietyn tyyppisiä testejä kehon ulkopuolella - voisit rakenna testit, jotka ottavat pienen kudosnäytteen ja järjestävät sen HIV-genomin kappaleille, havaitsemalla infektiot aikaisemmin ja enemmän luotettavasti. Stanfordin tutkijat ovat käyttäneet tätä tekniikkaa etsiäkseen tietyissä syöpissä yleisiä vaurioituneita geenejä keinona seuloa kasvainkudos nopeammin:

Koska qdotit voivat seurata useiden molekyylien läsnäoloa pitkän ajanjakson ajan, tutkijoiden tarkoituksena on käyttää niitä tuottamaan eräänlainen optinen viivakoodi, joka heijastaa eri tasoja tuumorimarkerit. Viivakoodi voi osoittaa kasvaimen tyypin ja vaiheen.

Jos nanoteknologian kehittäjät voivat pitkällä aikavälillä jatkaa osien pienentämistä (tai lainata tekniikoita mikrosirulta valmistus), he voisivat rakentaa yksinkertaisia ​​mikroskooppisia kameroita, pienempiä kuin kapillaarin halkaisija (10 mikronia tai noin 100 000 atomien poikki). Nämä kamerat pystyivät kartoittamaan koko vartalon, soittamalla tuloksiin kotiin.

Kaikki nämä tiedot, jotka on syntetisoitu yhdessä, voisivat tarjota täydellisen kartan suurimmasta osasta ihmisen kehon kudosta kapillaarien perspektiivi, joka näyttää koko ihmiskehon yksityiskohtaisella tasolla, joka on mahdoton röntgen- tai MRI. Yksi ehdotus jotain tällaisen rakentamisesta on ns. Vaskulaarinen kartografinen skannausnanolaite, jonka on kehittänyt Frank Boehm,Nanolääketieteellisten laitteiden ja järjestelmien suunnittelu. ”Boehm uskoo:

Nano-lääketieteellinen diagnostiikka ja terapeuttiset lääkkeet toimivat solu- ja molekyylitasoilla, juuri siellä missä monet sairausprosessit löytävät synnyn […] [N] anomedicine on mahdollisuus diagnosoida ja hoitaa monia sairauksia ennaltaehkäisevästi, ennen kuin heillä on mahdollisuus lisääntyä. […] [I] on ajateltavissa, että ne heillä on valmiudet erittäin tarkkoihin diagnooseihin ja käytännöllisesti katsoen minkä tahansa tautitilan, patogeenisen tai myrkyllisen, huolelliseen ja perusteelliseen hävittämiseen uhka.

Nanoteknologia ja neurotiede

Nanoteknologialla on myös potentiaalia muuttaa tapaa, jolla lääkärit hoitavat aivojen häiriöitä. Asioiden tiedonkeruupuolella voi olla mahdollista käyttää nanomittakaavan timanttihiukkaset, joka syttyy vastauksena aivojen sähköiseen aktiivisuuteen, muuntaakseen aivojen toiminnan sellaisiksi valotaajuuksiksi, jotka voivat päästä kalloon ja jotka voidaan rekisteröidä ulkoisilla antureilla.

Tämän avulla tutkijat voisivat tutkia aivoja paljon yksityiskohtaisemmin. Kyky nähdä aivojen tarkat toimintatavat auttaisi kouristusten ja mielisairauksien dynamiikan kärjistämisessä yksittäisissä aivoissa, mikä mahdollistaisi kohdennetut interventiot ongelman ratkaisemiseksi.

Kääntöpuolella voi olla mahdollista käyttää hiilinanoputkia signaalien kuljettamiseen yksittäisiin hermoihin ja sieltä. Juuri nyt, tekniikka on italialaisten tutkijoiden soveltama sähköinen aktiivisuus kuolleiden aivokudosten läpi aivohalvauksien tai infektioiden takia, mutta sitä voidaan käyttää myös valmistamaan elektrodiristikot, jotka ovat paljon hienompia ja biologisesti yhteensopivempia kuin nykyinen tekniikka, mahdollistaen hienostuneempia implantteja samalla vahingoittaen vähemmän alkuperäistä kudosta.

Tämä voisi periaatteessa toimia paljon suuremmalla resoluutiolla ja laajemmalla alueella kuin perinteiset implantoidut elektrodit, mikä mahdollistaisi uudenlaisia aivoimplantit Liittäminen aivoihisi ja vartaloosi - istutettujen tietokoneiden tulevaisuusTeknisten innovaatioiden ja kehityksen nykyisen suuntauksen myötä on nyt hyvä aika tutkia tietokoneiden ja ihmisten tekniikan uusinta tasoa. Lue lisää ja aivoja stimuloivia laitteita. Jopa tänään saatavilla olevan suhteellisen raa'an elektrodin implantoinnin avulla, aivojen stimulaation vaikutukset ovat merkittävät:

Vaihtoehtoisesti on mahdollista käyttää samat tekniikat käytetään nano-annosteltavaan kemoterapiaan muiden kemikaalien, kuten välittäjäaineiden ja psykiatristen, toimittamiseksi huumeet tietyille aivoalueille paljon tarkemmin (mukaan lukien lääkkeiden toimittaminen yksilön sisällä) -solut). Parempien hermoston sydämentahdistimien ohella tämä voisi ulottua myös paljon laajempaan terapiavalikoimaan, mukaan lukien masennuksen, ahdistuksen ja jopa persoonallisuushäiriöiden hoito.

Tällaista terapiaa voidaan käyttää myös luomaan tiukemmat rajapinnat proteesien kanssa ja tarjoamaan enemmän viestintävaihtoehtoja "lukittuihin" potilaisiin.

Tällainen tarkkaan kohdennettu tekniikka saattaa radikaalisti muuttaa tapaa, jolla neurologinen lääketiede harjoitetaan. Se voi johtaa psykiatriseen lääketieteeseen, joka on tietopohjaista ja joka perustuu paljon enemmän suoriin interventioihin tehokas ja paljon eksistentiaalisemmin järkyttävä (kuvittele ensimmäinen tietokonevirus, joka voi saastuttaa mielialan sääntely-aivot) implantit).

Nanoteknologialla, kun se kehittyy, on syvällinen vaikutus ihmisen tilaan, koska se antaa meille mahdollisuuden korjata soluvaurioita ja hoitaa erilaisia ​​ihmisten kärsimyksiä uusissa ja parempia tapoja, mutta se tuo mukanaan myös tarpeen ymmärtää paremmin kehon järjestelmiä, joita me pelaamme, sekä ymmärtää etiikkaa, joka liittyy että.

Mikä on nanoteknologian suhde lääketieteeseen? Tuntuuko se lääketieteen uudelta raja-alueelta vai onko se tuomittu epäonnistumaan alusta alkaen? Jaa ajatuksesi alla olevassa kommenttiosassa.

Kuvahyvitykset: nanobots Shutterstockin kautta ”DNA voi toimia tarranauana nanohiukkasille, ”, Kirjoittanut Argonne National Labs,“B0006421 rintasyöpäsolut“, Kirjoittanut Amy Dame,“Kvanttipisteet“, Kirjoittanut Argonne National Labs,“autismin neurologinen kuvantaminen“, Kirjoittanut Ian Ruotsala,“elämän käsi 2“, Kirjoittanut Università Campus Bio-Medico di Roma