Hoe nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde verandert

Advertentie

We horen al heel lang over nanotechnologie in zowel sciencefiction als in de media, maar tot nu toe is er niet veel van terechtgekomen. Er is echter een nieuwe golf van op nanotechnologie gebaseerde therapieën aan de horizon die klaar staat om de medische wereld te veranderen.

Nanotechnologie, een technologisch concept dat voor het eerst werd voorgesteld door Richard Feynman in zijn lezing uit 1959, "There’s Plenty of Room at the Bottom", werd in 1986 gepopulariseerd door Erik Drexler via zijn boek "De motoren van de schepping. ' Het boek schetste de mogelijkheid van zelfreplicerende machines op moleculaire schaal die vrijwel alles kunnen.

Het uitgangspunt heeft veel sciencefictionwerken geïnspireerd, waaronder Michael Crichtons 'Prey' en Neil Stephensons uitstekende 'The Diamond Age'. Het potentieel van nanotechnologie duurde lang tijd om zijn gezicht te laten zien, maar het begint eindelijk te arriveren in de vorm van geavanceerde medische interventies die de aard van de gezondheidszorg in de nabije toekomst ingrijpend zullen veranderen.

Nanotechnologie en geneeskunde

Het potentieel voor nanotechnologie, in de volledige Drexleriaanse zin, is ongekend. Echte universele assembleurs zullen, als we erachter kunnen komen hoe we ze kunnen bouwen, een diepgaande verschuiving in de menselijke toestand inluiden. Er is natuurlijk nog een lange weg te gaan. In veel opzichten zijn we niet eens dichtbij. Op andere manieren ging de vooruitgang door op een aantal verrassende manieren - en nuttige.

De wet van Moore Wat is de wet van Moore en wat heeft deze met jou te maken? [MakeUseOf Explains]Pech heeft niets te maken met de wet van Moore. Als dat de associatie was die je had, verwar je die met de wet van Murphy. Je was echter niet ver weg omdat de wet van Moore en de wet van Murphy ... Lees verder stimuleert continu de vooruitgang in nanotechnologie - we kunnen nu transistors produceren die letterlijk op nanoschaal bestaan, met diameters van honderden atomen.

Evenzo in de geneeskunde is een van de grootste problemen ons onvermogen om interventies correct te richten. In de psychoactieve geneeskunde en klinische psychologie 6 Geestverruimende TED-gesprekken over psychologie en menselijk gedragHet menselijk brein is complex en verwarrend, wat verklaart waarom menselijk gedrag zo complex en verwarrend is. Mensen hebben de neiging om op één manier te handelen wanneer ze iets heel anders voelen. Hier zijn een paar... Lees verder Wat artsen bijvoorbeeld echt willen doen, is sommige hersengebieden stimuleren en andere onderdrukken om selectief elk probleem van de patiënt op te lossen. Het is slechts een ongeluk in de geschiedenis dat de beste manier om dat nu te doen is om medicijnen toe te dienen Overigens, op alle talloze manieren waarop ze de hersenen en het lichaam veranderen, hebben ze er toevallig een paar Effecten.

Als chirurgen draden in de hersenen van mensen zouden kunnen steken en selectief bepaalde gebieden op een veilige manier zouden kunnen stimuleren, zou het gebied van de geestelijke gezondheid de bijwerkingen van traditionele psychoactieve drugs kunnen vermijden. De basistechniek heeft al getoond om te werken bij depressie, volgens een artikel in Neuron een samenvatting van een aantal verschillende klinische onderzoeken.

Denk ook aan kanker - wat artsen in de oncologie echt willen, is het doden van tumorcellen. Het is jammer dat chemotherapie een van de beste hulpmiddelen is voor het doden van tumorcellen, wat het ongelukkige neveneffect heeft dat het ook gewone cellen doodt. Dit maakt patiënten ook erg ziek.

Nanotechnologie biedt een manier om interventies in het menselijk lichaam te sturen, mogelijk op individueel niveau cellen, met slimme bedieningselementen die zo klein zijn dat ze het normale lichaam niet fysiek verstoren functie. Fijne vingers doen minder schade en machines die kleiner zijn dan het fijnste capillair in het lichaam kunnen overal heen gaan waar bloed naartoe gaat.

Als ze slim genoeg kunnen worden gemaakt, kunnen dergelijke nanomedische apparaten oordeelkundig kiezen waar en hoe ze moeten ingrijpen. Het is duidelijk dat er meer mogelijk zal zijn wanneer ingenieurs robots kunnen bouwen met meer geavanceerd gedrag (zoals het vermogen om op eigen kracht te bewegen), maar zelfs relatief primitieve nanomachines van vandaag hebben er veel van waarde.

Nanotechnologie en kanker

Aangepaste DNA-strengen zijn zo geconstrueerd dat ze in willekeurige vormen kunnen worden gevouwen en eiwitten en kunnen bevatten enzymen die zich daaraan hechten, waardoor ze zich intelligent kunnen gedragen en kunnen reageren op veranderende situaties bij de mens lichaam. Daniel Levner, bio-ingenieur bij Harvard, is van mening dat dit gedrag zeer krachtig is.

DNA-nanorobots zouden mogelijk complexe programma's kunnen uitvoeren die ooit zouden kunnen worden gebruikt om ziekten met ongekende verfijning te diagnosticeren of te behandelen.

Deze machines kunnen worden gebruikt om kooien te bouwen die kunnen openen of sluiten als reactie op chemische signalen bijvoorbeeld chemotherapie alleen vrijgeven wanneer ze botsen tegen eiwitmarkers die specifiek zijn geassocieerd met tumor zakdoek.

Dit zal de toepassing van gerichte chemotherapie mogelijk maken, terwijl bijwerkingen worden geminimaliseerd of geëlimineerd. Hierdoor kunnen ook chemotherapieën worden ingezet die effectiever zijn dan bestaande therapieën, maar die momenteel niet kunnen worden gebruikt vanwege de ernst van de bijwerkingen.

Een vergelijkbare maar andere aanpak is gebruik kleine nanodeeltjes gemaakt van silica en goud die binden aan tumorweefsel en de tumor verzadigen. Vervolgens kunnen nabij-infrarode lasers worden toegepast, die niet veel interageren met het menselijk weefsel, maar de gouden nanodeeltjes opwarmen.

Dit proces maakt het mogelijk om specifieke weefselgebieden (die gevuld met nanodeeltjes en in het pad van de laser) te verbranden. Door zowel de lasers als de deeltjesverdeling af te stemmen, kunnen artsen heel selectief kankerweefsel vernietigen. Het dode weefsel kan, afhankelijk van de omvang van de ziekte, operatief worden verwijderd of door het immuunsysteem zelf worden opgeruimd. Een variatie op de procedure is het gebruik van holle gouden schalen die bij verwarming een lading chemotherapie afgeven, waardoor het gebruik van lasers kan worden verfijnd waar geneesmiddelen worden ingezet (als tumormarker-eiwitten niet voldoende zijn specifiek).

Nanotechnologie en diagnostiek

Een ander gebied waarop nanotechnologie het potentieel heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de medische sector is bij het verzamelen van medische gegevens. Met nanotechnologie is het mogelijk om diagnostische apparaten op nanoschaal door het hele lichaam te verspreiden chemische veranderingen detecteren als ze gebeuren. Hierdoor kan de gezondheid en status van een patiënt in realtime beter worden gevolgd op manieren die anders niet mogelijk zijn.

Buiten het lichaam kan nanotechnologie ook worden gebruikt om het gebruik van gensequencing en chemische analyse te versnellen quantum dots gehecht aan ofwel partiële DNA-sequenties, ofwel eiwitten die hechten aan andere materialen waar artsen in geïnteresseerd zijn. Vervolgens kunt u gewoon kijken naar de verdeling van gloeiende elementen om te zien wat er in het monster aanwezig was.

Dit zou het mogelijk sneller, goedkoper en betrouwbaarder kunnen maken om bepaalde soorten tests buiten het lichaam uit te voeren - dat zou kunnen bouw tests die een klein weefselmonster nemen en het sequencen voor stukjes van het HIV-genoom, waarbij infecties eerder en meer worden opgespoord betrouwbaar. Onderzoekers van Stanford hebben deze techniek gebruikt om te zoeken naar beschadigde genen die veel voorkomen bij bepaalde kankers, als een manier om tumorweefsel sneller te screenen:

Omdat qdots de aanwezigheid van meerdere moleculen over een langere periode kan volgen, onderzoekers willen ze gebruiken om een ​​soort optische barcode te genereren die de niveaus van verschillende weerspiegelt tumormarkers. De streepjescode kan het tumortype en -stadium aangeven.

Op de lange termijn, als ontwikkelaars van nanotechnologie de onderdelen kunnen blijven miniaturiseren (of technieken kunnen lenen van microchip) fabricage), konden ze eenvoudige microscopische camera's bouwen, kleiner dan de diameter van een capillair (10 micron, of ongeveer 100.000 atomen over). Deze camera's konden het hele lichaam in kaart brengen en de resultaten naar huis bellen.

Al die gegevens, samen gesynthetiseerd, zouden een volledige kaart kunnen opleveren van het meeste weefsel in het menselijk lichaam, van de perspectief van de haarvaten, waarbij een heel menselijk lichaam wordt weergegeven met een detailniveau dat onmogelijk is met röntgenfoto's of MRI. Een voorstel om zoiets te bouwen is het zogenaamde "Vascular Cartographic Scanning Nanodevice", ontwikkeld door Frank Boehm, de auteur van ‘Nanomedisch apparaat- en systeemontwerp’Boehm gelooft:

Nanomedische diagnostiek en therapeutica werken op cellulair en moleculair niveau, precies waar veel ziekteprocessen hun oorsprong vinden […] [N] anomedicine heeft het potentieel om veel aandoeningen preventief te diagnosticeren en te behandelen, voordat ze de kans krijgen om zich te vermenigvuldigen. […] [Het is niet denkbaar dat ze zal worden doordrenkt met capaciteiten voor de zeer nauwkeurige diagnoses en een nauwgezette en grondige uitroeiing van vrijwel elke ziektetoestand, pathogeen of giftig bedreiging.

Nanotechnologie en neurowetenschappen

Nanotechnologie kan ook de manier veranderen waarop artsen hersenaandoeningen behandelen. Aan de kant van de gegevensverzameling is het misschien mogelijk om te gebruiken diamantdeeltjes op nanoschaal, die oplichten als reactie op de elektrische activiteit van de hersenen, om hersenactiviteit om te zetten in lichtfrequenties die uit de schedel zouden kunnen ontsnappen en geregistreerd kunnen worden door externe sensoren.

Hierdoor zouden onderzoekers de hersenen veel gedetailleerder kunnen bestuderen. In staat zijn om exacte patronen van hersenactiviteit te zien, zou nuttig zijn om de dynamiek van aanvallen en psychische aandoeningen in individuele hersenen te doorgronden, waardoor gerichte interventies het probleem oplossen.

Aan de andere kant is het misschien mogelijk om koolstof nanobuisjes te gebruiken om signalen van en naar individuele neuronen te transporteren. Op dit moment is de technologie toegepast door Italiaanse onderzoekers om elektrische activiteit over dood hersenweefsel te transporteren veroorzaakt door beroertes of infecties, maar het kan ook worden gebruikt om elektroderoosters te maken die veel fijner en bio-compatibel zijn dan bestaande technologie, waardoor meer geavanceerde implantaten terwijl het minder originele weefsel beschadigt.

Dit zou in principe kunnen werken met een veel hogere resolutie en over een breder bereik dan traditionele geïmplanteerde elektroden, waardoor nieuwe soorten hersenimplantaten Uw hersenen en lichaam aansluiten - de toekomst van geïmplanteerde computersMet de huidige trend van technische innovatie en vooruitgang, is het nu een goed moment om de stand van de techniek op het gebied van computer-menselijke technologieën te verkennen. Lees verder en hersenstimulerende apparaten. Zelfs met de tegenwoordig relatief ruwe implantatie van elektroden zijn de effecten van hersenstimulatie aanzienlijk:

Als alternatief is het mogelijk om de dezelfde technieken gebruikt voor nano-afleverende chemotherapie om andere chemicaliën af te geven, zoals neurotransmitters en psychiatrische medicijnen naar specifieke hersengebieden met veel meer precisie (inclusief het toedienen van medicijnen binnen het individu) cellen). Samen met betere neurale pacemakers kan dit zich ook uitstrekken tot een veel breder scala aan therapieën, waaronder behandeling voor depressie, angst en zelfs persoonlijkheidsstoornissen.

Dit soort therapie kan ook worden gebruikt om nauwere interfaces met prothetische apparaten te creëren en meer communicatie-opties te bieden aan 'ingesloten' patiënten.

Dit soort nauwkeurig gerichte technologie kan de manier waarop neurologische geneeskunde wordt toegepast radicaal veranderen. Het zou kunnen leiden tot psychiatrische geneeskunde die datagestuurd is en afhankelijk is van directe interventie die veel meer is effectief en veel existentieeler van streek (stel je het eerste computervirus voor dat de stemmingsregulerende hersenen kan infecteren) implantaten).

Nanotechnologie zal, naarmate het vordert, een diepgaande impact hebben op de menselijke conditie, waardoor we cellulaire schade kunnen herstellen en een verscheidenheid aan menselijke aandoeningen kunnen behandelen in nieuwe en betere manieren, maar het brengt ook een behoefte met zich mee voor een beter begrip van de lichaamssystemen waarmee we knoeien, evenals een waardering voor de ethiek die daarbij hoort dat.

Wat is jouw mening over nanotechnologie in de geneeskunde? Voel je dat dit de nieuwe grens is voor de medische wetenschap, of is het gedoemd te mislukken vanaf het begin? Deel uw mening in de opmerkingen hieronder.

Afbeeldingscredits: Nanobots Via Shutterstock, 'DNA kan dienen als klittenband voor nanodeeltjes, ", Door Argonne National Labs,"B0006421 Borstkankercellen", Door Amy Dame,"Quantum dots", Door Argonne National Labs,"autisme neuro-imaging onderzoek", Door Ian Ruotsala,"life-hand 2“, Door Università Campus Bio-Medico di Roma