Как нанотехнология меняет будущее медицины

Реклама

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 уже на горизонте и готова изменить мир медицины.

Нанотехнология, технологическая концепция, впервые предложенная Ричардом Фейнманом в его лекции 1959 года «Внизу много места», была популяризирована Эриком Дрекслером в 1986 году благодаря его книге «Двигатели Творения«. Книга обрисовала в общих чертах возможность самовоспроизводящихся машин молекулярного масштаба, способных делать… почти все.

Эта предпосылка вдохновила многих научно-фантастических работ, включая «Добычу» Майкла Крайтона и превосходную «Алмазный век» Нила Стивенсона. Потенциал нанотехнологий занял много времени время показать свое лицо, но оно, наконец, начинает приходить в форме сложных медицинских вмешательств, которые в ближайшем будущем будут глубоко 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, приведут к глубокому изменению состояния человека. Конечно, есть долгий путь. Во многих отношениях мы даже не близки. В других отношениях прогресс продолжался в некоторых удивительных направлениях - и полезных.

Закон Мура Что такое закон Мура и какое оно имеет отношение к вам? [MakeUseOf Объясняет]Неудача не имеет ничего общего с законом Мура. Если это была ваша ассоциация, вы путаете ее с законом Мерфи. Тем не менее, вы были недалеко, потому что закон Мура и закон Мерфи ... Прочитайте больше постоянно развивает достижения 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 клиническая психология 6 умопомрачительных бесед TED о психологии и поведении человекаЧеловеческий мозг сложен и запутан, что объясняет, почему человеческое поведение такое сложное и запутанное. Люди имеют тенденцию действовать одним образом, когда они чувствуют что-то совершенно другое. Вот несколько ... Прочитайте больше например, что врачи действительно хотят сделать, так 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 принимать лекарства, которые между прочим, во всем множестве способов, которыми они меняют мозг и тело, случается, что некоторые из них желательны эффекты.

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. Основная техника имеет уже было показано работать в депрессии, согласно статье в нейрон обобщение ряда 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 убивая обычные клетки. Это также делает пациентов очень больными.

Нанотехнология предлагает способ прямого вмешательства в организм человека, потенциально на уровне индивидуума клетки, используя умные элементы управления, которые настолько малы, что они физически не мешают нормальному телу функция. Тонкие пальцы наносят меньше вреда, и машины, меньшие, 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 с более сложным поведением (например, способность передвигаться своими силами), но даже относительно примитивных наномашин на сегодняшний день имеют много значение.

Нанотехнология и рак

Пользовательские нити ДНК построены так, что они будут складываться в произвольные формы и могут иметь белки и энзимы, связанные с ними, позволяя им вести себя разумно и реагировать на изменение ситуации в человеке тело. Даниэль 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 - для Например, выпуск химиотерапии только тогда, когда они сталкиваются с белковыми маркерами, специфически связанными с опухолью ткань.

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.

Аналогичный, но другой подход заключается в использовать крошечные наночастицы 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. Разновидностью процедуры является использование полых золотых оболочек, которые выделяют полезную нагрузку химиотерапии при нагревании, позволяя использовать лазеры для дальнейшего уточнения, где лекарства используются (если белков-маркеров опухоли недостаточно конкретный).

Нанотехнология и диагностика

Еще одна область, в которой нанотехнологии могут произвести революцию в области медицины, - это в сборе медицинских данных. С помощью нанотехнологий можно распределить наноразмерные диагностические устройства по всему телу, которые обнаружить химические изменения как они случаются. Это может обеспечить более точное отслеживание состояния здоровья пациента и его состояния способами, которые иначе были бы невозможны.

Вне тела нанотехнологии также могут быть использованы для ускорения секвенирования генов и химического анализа с помощью квантовые точки прикреплены либо к частичным последовательностям ДНК, либо к белкам, которые связываются с другими материалами, которые интересуют доктора. Затем вы можете просто посмотреть на распределение светящихся элементов, чтобы увидеть, что присутствовало в образце.

Это может сделать тестирование вне тела быстрее, дешевле и надежнее - вы можете создать тесты, которые берут небольшой образец ткани и сортируют его по частям генома ВИЧ, обнаруживая инфекции раньше и более надежно. 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 может отслеживать присутствие нескольких молекул в течение длительного периода времени, исследователи стремятся использовать их для создания своего рода оптического штрих-кода, отражающего уровни различных опухолевые маркеры. Штрих-код может указывать на тип и стадию опухоли.

В конечном счете, если разработчики нанотехнологий смогут продолжать миниатюризировать детали (или позаимствовать методы у микрочипа) изготовление, они могли бы построить простые микроскопические камеры, меньше, чем диаметр капилляра (10 микрон, или около 100000 атомы поперек). Эти камеры могли наносить на карту все тело, звоня домой результаты.

Все эти данные, синтезированные вместе, могут предоставить полную карту большей части тканей человеческого тела, от перспектива его капилляров, показывая весь человеческий организм с уровнем детализации, что невозможно с помощью рентгеновского или МРТ. Одним из предложений по созданию чего-то подобного является так называемое «Сосудисто-картографическое сканирующее наноустройство», разработанное Фрэнком Бёмом, автором ‘Наномедицинское устройство и проектирование систем. Бом считает:

Наномедицинская диагностика и терапия работают на клеточном и молекулярном уровнях, именно там, где многие болезненные процессы обретают свое происхождение […] [N] аномедицина имеет потенциал для диагностики и лечения многих состояний превентивно, прежде чем они имеют возможность размножаться. […] [Я] возможно, что они будет наделен способностями для высокоточных диагнозов и тщательной и тщательной ликвидации практически любого болезненного состояния, патогенного или токсического угроза.

Нанотехнология и нейронаука

Нанотехнологии также могут изменить то, как врачи лечат расстройства мозга. На стороне сбора данных, возможно, можно использовать наноразмерные алмазные частицыкоторые загораются в ответ на электрическую активность мозга, чтобы преобразовать активность мозга в частоты света, которые могут покинуть череп и регистрироваться внешними датчиками.

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

С другой стороны, возможно использование углеродных нанотрубок для передачи сигналов от отдельных нейронов и от них. Прямо сейчас, технология применяются итальянскими исследователями для переноса электрической активности через мертвую ткань мозга оставленный инсультами или инфекциями, но он также может быть использован для создания более тонких и более биосовместимых электродных решеток, чем существующие технологии, что позволяет более сложные имплантаты при этом наносит меньше вреда оригинальной ткани.

Это может, в принципе, работать с гораздо более высоким разрешением и в более широком диапазоне, чем традиционные имплантированные электроды, что позволяет создавать новые виды мозговые имплантаты Включение вашего мозга и тела - будущее имплантированных компьютеровС нынешней тенденцией технических инноваций и прогресса, сейчас хорошее время, чтобы изучить современное состояние в области компьютерных технологий. Прочитайте больше и устройства, стимулирующие мозг. Даже при относительно грубой имплантации электродов, доступной сегодня, эффекты стимуляции мозга значительны:

Кроме того, можно использовать те же методы используется для нано-доставки химиотерапии для доставки других химических веществ, таких как нейротрансмиттеры и психиатрические лекарства с определенными областями мозга с гораздо большей точностью (включая доставку лекарств внутри индивидуума клетки). 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 тесных интерфейсов с протезными устройствами и предоставления большего количества возможностей для общения «запертым» пациентам.

Этот вид точно нацеленной технологии может радикально изменить способ, которым практикуется неврологическая медицина. Это может привести к психиатрической медицине, которая основана на данных и опирается на прямое вмешательство, которое гораздо эффективный и гораздо более экзистенциально огорчающий (представьте себе первый компьютерный вирус, который может заразить мозг, регулирующий настроение имплантаты).

Нанотехнология, по мере ее развития, окажет глубокое влияние на состояние человека, что позволит нам восстанавливать клеточные повреждения и лечить различные человеческие недуги в новых и лучшие способы, но это также приносит с собой потребность в большем понимании систем организма, с которыми мы вмешиваемся, а также в понимании этики, которая сопровождает это.

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.

Кредиты изображений: Nanobots Via Shutterstock, «ДНК может действовать как липучка для наночастицАргоннской Национальной ЛабораториейB0006421 Рак молочной железы«Эми Дам»Квантовые точки«Аргоннской национальной лабораторией»исследование аутизма«Яном Руотсала»спасательный круг 2«Университетским кампусом Био-Медико ди Рома