Πώς η νανοτεχνολογία αλλάζει το μέλλον της ιατρικής

Διαφήμιση

Ακούμε για νανοτεχνολογία εδώ και πολύ καιρό τόσο στην επιστημονική φαντασία όσο και στα μέσα μαζικής ενημέρωσης, αλλά μέχρι τώρα δεν έχουν φτάσει πολλά. Ωστόσο, ένα νέο κύμα θεραπειών με βάση τη νανοτεχνολογία βρίσκεται στον ορίζοντα και είναι έτοιμοι να αλλάξουν τον κόσμο της ιατρικής.

Η νανοτεχνολογία, μια τεχνολογική ιδέα που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Richard Feynman στη διάλεξή του το 1959, "Υπάρχει άφθονο δωμάτιο στο κάτω μέρος", διαδόθηκε από τον Erik Drexler το 1986 μέσω του βιβλίου του "Οι Μηχανές της Δημιουργίας" Το βιβλίο σκιαγράφησε τη δυνατότητα αυτόματων αντιγράφων, μοριακής κλίμακας μηχανών ικανών να κάνουν… σχεδόν οτιδήποτε.

Η υπόθεση έχει εμπνεύσει πολλά έργα επιστημονικής φαντασίας, όπως το "Prey" του Michael Crichton και το εξαιρετικό "The Diamond Age" του Neil Stephenson. Το δυναμικό της νανοτεχνολογίας χρειάστηκε πολύς χρόνος ήρθε η ώρα να δείξουμε το πρόσωπό του, αλλά τελικά αρχίζει να φτάνει με τη μορφή εξελιγμένων ιατρικών παρεμβάσεων που θα αλλάξουν βαθιά τη φύση της υγειονομικής περίθαλψης στο εγγύς μέλλον.

Νανοτεχνολογία και ιατρική

Το δυναμικό της νανοτεχνολογίας, με την πλήρη Drexlerian έννοια, είναι άνευ προηγουμένου. Οι αληθινοί καθολικοί συναρμολογητές, εάν μπορούμε να καταλάβουμε πώς να τα κατασκευάσουμε, θα οδηγήσουν σε μια βαθιά αλλαγή στην ανθρώπινη κατάσταση. Φυσικά, υπάρχει πολύς δρόμος. Με πολλούς τρόπους, δεν είμαστε καν κοντά. Με άλλους τρόπους, η πρόοδος συνεχίζεται με μερικούς εκπληκτικούς τρόπους - και χρήσιμους.

Ο Νόμος του Μουρ Τι είναι ο νόμος του Μουρ και τι έχει να κάνει με εσάς; [MakeUseOf Εξηγεί]Η κακή τύχη δεν έχει καμία σχέση με το Νόμο του Μουρ. Εάν αυτός είναι ο συσχετισμός που είχατε, το συγχέετε με τον Νόμο του Murphy. Ωστόσο, δεν ήσασταν μακριά γιατί ο Νόμος του Μουρ και ο Νόμος του Μέρφι ... Διαβάστε περισσότερα συνεχώς αυξάνει τις εξελίξεις στη νανοτεχνολογία - μπορούμε πλέον να κατασκευάσουμε τρανζίστορ που κυριολεκτικά υπάρχουν στη νανο-κλίμακα, με διάμετρο εκατοντάδων ατόμων.

Ομοίως στην ιατρική, ένα από τα μεγαλύτερα ζητήματα είναι η αδυναμία μας να στοχεύσουμε σωστά τις παρεμβάσεις. Στην ψυχοδραστική ιατρική και κλινική ψυχολογία 6 συνομιλίες μυαλού TED για την ψυχολογία και την ανθρώπινη συμπεριφοράΟ ανθρώπινος εγκέφαλος είναι περίπλοκος και μπερδεμένος, γεγονός που εξηγεί γιατί η ανθρώπινη συμπεριφορά είναι τόσο περίπλοκη και μπερδεμένη. Οι άνθρωποι έχουν την τάση να ενεργούν με έναν τρόπο όταν αισθάνονται κάτι εντελώς διαφορετικό. Εδώ είναι μερικά ... Διαβάστε περισσότερα Για παράδειγμα, αυτό που οι γιατροί θέλουν πραγματικά να κάνουν είναι να διεγείρουν ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου και να καταστέλλουν άλλες για να επιλύσουν επιλεκτικά οποιοδήποτε πρόβλημα έχει ο ασθενής. Είναι ένα απλό ατύχημα της ιστορίας που ο καλύτερος τρόπος να το κάνουμε τώρα είναι να χορηγείς φάρμακα που παρεμπιπτόντως, με όλους τους μυριάδες τρόπους που αλλάζουν τον εγκέφαλο και το σώμα, τυχαίνει να έχουν κάποια από αυτά που επιθυμούν υπάρχοντα.

Εάν οι χειρουργοί μπορούσαν να βάλουν καλώδια στον εγκέφαλο των ανθρώπων και να διεγείρουν επιλεκτικά συγκεκριμένες περιοχές με ασφαλή τρόπο, ο τομέας της ψυχικής υγείας θα μπορούσε να αποφύγει τις παρενέργειες των παραδοσιακών ψυχοδραστικών φαρμάκων. Η βασική τεχνική έχει έχει ήδη εμφανιστεί να εργαστεί στην κατάθλιψη, σύμφωνα με ένα άρθρο στο Νευρώνας συνοψίζοντας έναν αριθμό διαφορετικών κλινικών δοκιμών.

Σκεφτείτε επίσης τον καρκίνο - αυτό που πραγματικά θέλουν οι γιατροί, στην ογκολογία, είναι να σκοτώσουν τα καρκινικά κύτταρα. Είναι ατυχές ότι ένα από τα καλύτερα εργαλεία για τη θανάτωση των καρκινικών κυττάρων είναι η χημειοθεραπεία, η οποία έχει την ατυχής παρενέργεια της θανάτωσης των κανονικών κυττάρων. Αυτό κάνει επίσης τους ασθενείς πολύ άρρωστους.

Η νανοτεχνολογία προσφέρει έναν τρόπο να κατευθύνει τις παρεμβάσεις στο ανθρώπινο σώμα, ενδεχομένως σε επίπεδο ατόμου κελιά, χρησιμοποιώντας έξυπνα λειτουργικά στοιχεία που είναι τόσο μικρά που δεν παρεμβαίνουν φυσικά στο φυσιολογικό σώμα λειτουργία. Τα λεπτά δάχτυλα προκαλούν λιγότερη ζημιά και οι μηχανές που είναι μικρότερες από το καλύτερο τριχοειδές σώμα μπορούν να πάνε οπουδήποτε πηγαίνει το αίμα.

Εάν μπορούν να γίνουν αρκετά έξυπνοι, τέτοιες νανοϊατρικές συσκευές μπορούν να επιλέξουν με σύνεση πού και πώς να παρέμβουν. Προφανώς, περισσότερα θα είναι δυνατά όταν οι μηχανικοί μπορούν να δημιουργήσουν ρομπότ που έχουν πιο εξελιγμένες συμπεριφορές (όπως την ικανότητα να κινούνται με τη δική τους δύναμη), αλλά ακόμη και σχετικά πρωτόγονα νανομηχανές σήμερα έχουν πολλά αξία.

Νανοτεχνολογία και καρκίνος

Οι προσαρμοσμένοι κλώνοι του DNA κατασκευάζονται έτσι ώστε να αναδιπλώνονται σε αυθαίρετα σχήματα και να έχουν πρωτεΐνες και Τα ένζυμα συνδέονται πάνω τους, επιτρέποντάς τους να συμπεριφέρονται με έξυπνους τρόπους και να ανταποκρίνονται στις μεταβαλλόμενες καταστάσεις στον άνθρωπο σώμα. Ο Daniel Levner, βιομηχανικός στο Χάρβαρντ, πιστεύει ότι αυτή η συμπεριφορά είναι πολύ ισχυρή.

Τα nanorobots DNA θα μπορούσαν ενδεχομένως να εκτελέσουν πολύπλοκα προγράμματα που θα μπορούσαν μια μέρα να χρησιμοποιηθούν για τη διάγνωση ή τη θεραπεία ασθενειών με πρωτοφανή πολυπλοκότητα.

Αυτά τα μηχανήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή κλουβιών που μπορούν να ανοίξουν ή να κλείσουν ως απόκριση σε χημικά στοιχεία - για Για παράδειγμα, απελευθέρωση χημειοθεραπείας μόνο όταν προσκρούουν σε δείκτες πρωτεΐνης που σχετίζονται ειδικά με όγκο ιστός.

Αυτό θα επιτρέψει την εφαρμογή κατευθυνόμενης χημειοθεραπείας, ενώ ελαχιστοποιεί ή εξαλείφει τις παρενέργειες. Αυτό θα επιτρέψει επίσης την ανάπτυξη χημειοθεραπειών που είναι πιο αποτελεσματικές από τις υπάρχουσες θεραπείες, αλλά προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν λόγω της σοβαρότητας των παρενεργειών.

Μια παρόμοια αλλά διαφορετική προσέγγιση είναι χρησιμοποιήστε μικροσκοπικά νανοσωματίδια από πυρίτιο και χρυσό που συνδέονται με τον καρκινικό ιστό και κορεσμό του όγκου. Στη συνέχεια, μπορούν να εφαρμοστούν λέιζερ σχεδόν υπέρυθρων, τα οποία δεν αλληλεπιδρούν πολύ με τον ανθρώπινο ιστό, αλλά προκαλούν τη θέρμανση των νανοσωματιδίων χρυσού.

Αυτή η διαδικασία επιτρέπει την αποτέφρωση συγκεκριμένων περιοχών ιστού (εκείνων που είναι γεμάτες με νανοσωματίδια και στη διαδρομή του λέιζερ). Ρυθμίζοντας τόσο τα λέιζερ όσο και την κατανομή σωματιδίων, οι γιατροί μπορούν να καταστρέψουν τον καρκινικό ιστό πολύ επιλεκτικά. Ο νεκρός ιστός μπορεί να αφαιρεθεί χειρουργικά ή να καθαριστεί από το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημα, ανάλογα με την κλίμακα της νόσου. Μια παραλλαγή της διαδικασίας είναι η χρήση κοίλων κελυφών χρυσού που απελευθερώνουν ωφέλιμο φορτίο χημειοθεραπείας όταν θερμαίνεται, επιτρέποντας τη χρήση των λέιζερ για να βελτιώσουμε περαιτέρω τα φάρμακα που χρησιμοποιούνται (εάν οι πρωτεΐνες δείκτες όγκου δεν είναι επαρκώς ειδικός).

Νανοτεχνολογία και διαγνωστικά

Ένας άλλος τομέας στον οποίο η νανοτεχνολογία έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στον ιατρικό τομέα είναι στη συλλογή ιατρικών δεδομένων. Με τη νανοτεχνολογία, είναι δυνατή η διανομή διαγνωστικών συσκευών νανο-κλίμακας σε όλο το σώμα ανίχνευση χημικών αλλαγών καθώς συμβαίνουν. Αυτό μπορεί να επιτρέψει στενότερη παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της υγείας και της κατάστασης ενός ασθενούς με τρόπους που δεν είναι διαφορετικά δυνατοί.

Εκτός του σώματος, η νανοτεχνολογία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να επιταχύνει την αλληλουχία γονιδίων και τη χημική ανάλυση χρησιμοποιώντας κβαντικές κουκκίδες που συνδέονται είτε με μερικές αλληλουχίες DNA, είτε με πρωτεΐνες που συνδέονται με άλλα υλικά που ενδιαφέρονται οι γιατροί. Στη συνέχεια, μπορείτε απλώς να δείτε την κατανομή των λαμπερών στοιχείων για να δείτε τι υπήρχε στο δείγμα.

Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να το κάνει γρηγορότερο, φθηνότερο και πιο αξιόπιστο να κάνετε συγκεκριμένα είδη δοκιμών έξω από το σώμα - θα μπορούσατε δημιουργήστε δοκιμές που λαμβάνουν ένα μικρό δείγμα ιστού και ακολουθήστε το για κομμάτια του γονιδιώματος HIV, εντοπίζοντας λοιμώξεις νωρίτερα και πολλά άλλα αξιοπίστως. Ερευνητές στο Στάνφορντ έχουν χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνική για να αναζητήσουν τα γονίδια που έχουν υποστεί βλάβη που είναι κοινά σε ορισμένους καρκίνους, ως τρόπος ταχύτερης ανίχνευσης ιστού όγκου:

Επειδή τα qdots μπορούν να παρακολουθούν την παρουσία πολλαπλών μορίων για μεγάλο χρονικό διάστημα, Οι ερευνητές στοχεύουν να τα χρησιμοποιήσουν για να δημιουργήσουν ένα είδος οπτικού γραμμικού κώδικα που αντικατοπτρίζει τα επίπεδα διαφόρων δείκτες όγκου. Ο γραμμικός κώδικας μπορεί να υποδεικνύει τον τύπο και το στάδιο του όγκου.

Μακροπρόθεσμα, εάν οι προγραμματιστές νανοτεχνολογίας μπορούν να συνεχίσουν να μειώνουν τη μικρογραφία των τμημάτων (ή να δανειστούν τεχνικές από το μικροτσίπ κατασκευή), θα μπορούσαν να δημιουργήσουν απλές μικροσκοπικές κάμερες, μικρότερες από τη διάμετρο ενός τριχοειδούς (10 μικρά, ή περίπου 100.000 άτομα απέναντι). Αυτές οι κάμερες θα μπορούσαν να χαρτογραφήσουν ολόκληρο το σώμα, τηλεφωνώντας στο σπίτι τα αποτελέσματα.

Όλα αυτά τα δεδομένα, που συντίθενται μαζί, θα μπορούσαν να παρέχουν έναν πλήρη χάρτη του περισσότερου ιστού στο ανθρώπινο σώμα, από το προοπτική των τριχοειδών αγγείων του, δείχνοντας ένα ολόκληρο ανθρώπινο σώμα σε επίπεδο λεπτομέρειας που είναι αδύνατο με ακτίνες Χ ή Μαγνητική τομογραφία. Μία πρόταση για την οικοδόμηση κάτι τέτοιο είναι η λεγόμενη «αγγειακή χαρτογραφική σάρωση Nanodevice», που αναπτύχθηκε από τον Frank Boehm, τον συγγραφέα του «Νανοϊατρική συσκευή και σχεδιασμός συστήματος"Μποέμ πιστεύει:

Οι νανο-ιατρικές διαγνωστικές και θεραπευτικές λειτουργούν σε κυτταρικά και μοριακά επίπεδα, ακριβώς όπου πολλές ασθένειες βρίσκουν τη γένεσή τους […] [N] έχει τη δυνατότητα διάγνωσης και αντιμετώπισης πολλών καταστάσεων προληπτικά, προτού έχουν την ευκαιρία να πολλαπλασιαστούν. […] [Δεν] είναι πιθανό ότι θα διαποτιστεί με ικανότητες για πολύ ακριβείς διαγνώσεις και σχολαστική και ενδελεχή εξάλειψη σχεδόν κάθε ασθένειας, παθογόνου ή τοξικού απειλή.

Νανοτεχνολογία και Νευροεπιστήμη

Η νανοτεχνολογία έχει επίσης τη δυνατότητα να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι γιατροί αντιμετωπίζουν εγκεφαλικές διαταραχές. Από την πλευρά της συλλογής δεδομένων, μπορεί να είναι δυνατή η χρήση σωματίδια διαμαντιών νανο-κλίμακας, που ανάβει ως απόκριση στην ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου, για να μετατρέψει την εγκεφαλική δραστηριότητα σε συχνότητες φωτός που θα μπορούσαν να διαφύγουν από το κρανίο και να καταγραφούν από εξωτερικούς αισθητήρες.

Αυτό θα επέτρεπε στους ερευνητές να μελετήσουν τον εγκέφαλο με πολύ μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Το να είσαι σε θέση να δούμε ακριβή μοτίβα της εγκεφαλικής δραστηριότητας θα ήταν χρήσιμο για την ενίσχυση της δυναμικής των επιληπτικών κρίσεων και της ψυχικής ασθένειας σε μεμονωμένους εγκεφάλους, επιτρέποντας στοχευμένες παρεμβάσεις για να λυθει το προβλημα.

Από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι δυνατή η χρήση νανοσωλήνων άνθρακα για τη μεταφορά σημάτων προς και από μεμονωμένους νευρώνες. Αυτή τη στιγμή, η τεχνολογία είναι εφαρμόζεται από Ιταλούς ερευνητές στη μεταφορά ηλεκτρικής δραστηριότητας σε νεκρό ιστό εγκεφάλου αφήνεται από εγκεφαλικά επεισόδια ή μολύνσεις, αλλά θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πλεγμάτων ηλεκτροδίων που είναι πολύ πιο λεπτά και πιο βιο-συμβατά από την υπάρχουσα τεχνολογία, επιτρέποντας πιο εξελιγμένα εμφυτεύματα ενώ προκαλεί λιγότερη ζημιά στον αρχικό ιστό.

Αυτό θα μπορούσε, κατ 'αρχήν, να λειτουργεί σε πολύ υψηλότερη ανάλυση και σε ευρύτερο εύρος από τα παραδοσιακά εμφυτευμένα ηλεκτρόδια, επιτρέποντας νέα είδη εμφυτεύματα εγκεφάλου Συνδέοντας τον εγκέφαλο και το σώμα σας - Το μέλλον των εμφυτευμένων υπολογιστώνΜε την τρέχουσα τάση της τεχνολογικής καινοτομίας και της προόδου, τώρα είναι η κατάλληλη στιγμή για να εξερευνήσετε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας σε ανθρώπινες τεχνολογίες υπολογιστών. Διαβάστε περισσότερα και συσκευές διέγερσης εγκεφάλου. Ακόμη και με τη σχετικά ακατέργαστη εμφύτευση ηλεκτροδίων που διατίθεται σήμερα, τα αποτελέσματα της διέγερσης του εγκεφάλου είναι σημαντικά:

Εναλλακτικά, είναι δυνατή η χρήση του ίδιες τεχνικές χρησιμοποιείται για χημειοθεραπεία νανο-παράδοσης για τη διανομή άλλων χημικών, όπως νευροδιαβιβαστών και ψυχιατρικών φάρμακα σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια (συμπεριλαμβανομένης της παράδοσης φαρμάκων εντός ατόμου κύτταρα). Μαζί με τους καλύτερους νευρικούς βηματοδότες, αυτό θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί σε ένα πολύ ευρύτερο φάσμα θεραπειών, συμπεριλαμβανομένης της θεραπείας για κατάθλιψη, άγχος, ακόμη και διαταραχές της προσωπικότητας.

Αυτό το είδος θεραπείας θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αυστηρότερων διεπαφών με προσθετικές συσκευές και για την παροχή περισσότερων επιλογών επικοινωνίας σε «κλειδωμένους» ασθενείς.

Αυτό το είδος της στοχευμένης τεχνολογίας μπορεί να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο ασκείται η νευρολογική ιατρική. Θα μπορούσε να οδηγήσει σε ψυχιατρική ιατρική που βασίζεται σε δεδομένα και βασίζεται σε άμεση παρέμβαση που είναι πολύ περισσότερο αποτελεσματικό και πολύ πιο υπαρξιακά ενοχλητικό (φανταστείτε τον πρώτο ιό του υπολογιστή που μπορεί να μολύνει τον εγκέφαλο που ρυθμίζει τη διάθεση εμφυτεύματα).

Η νανοτεχνολογία, καθώς προχωρά, θα έχει βαθύ αντίκτυπο στην ανθρώπινη κατάσταση, επιτρέποντάς μας να επιδιορθώσουμε τις κυτταρικές βλάβες και να αντιμετωπίσουμε μια ποικιλία ανθρώπινων παθήσεων σε νέα και καλύτερους τρόπους, αλλά φέρνει επίσης την ανάγκη για μεγαλύτερη κατανόηση των συστημάτων αμαξώματος με τα οποία παραβιάζουμε, καθώς και εκτίμηση της ηθικής που συνοδεύει ότι.

Ποια είναι η γνώμη σας για τη νανοτεχνολογία στην ιατρική; Πιστεύετε ότι είναι το νέο σύνορο της ιατρικής επιστήμης ή είναι καταδικασμένο να αποτύχει από την αρχή; Μοιραστείτε τις σκέψεις σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.

Πιστώσεις εικόνας: Nanobots Μέσω του Shutterstock, «Το DNA μπορεί να λειτουργήσει ως velcro για νανοσωματίδια, ", Από τα Argonne National Labs,"B0006421 Κύτταρα καρκίνου του μαστού", Από την Amy Dame,"Κβαντικές κουκκίδες", Από τα Argonne National Labs,"μελέτη νευρο-απεικόνισης αυτισμού", Από τον Ian Ruotsala,"ζωή-χέρι 2", Από το Università Campus Bio-Medico di Roma