Hvordan Nanoteknologi Endrer Fremtidens Medisin

Vi har lenge hørt om nanoteknologi både i science fiction og i media, men det har ikke kommet mye om det så langt. Imidlertid er en ny bølge av nanoteknologiske terapier i horisonten, og er klar til å forandre medisinens verden.

Nanoteknologi, et teknologisk konsept først foreslått av Richard Feynman i hans 1959 forelesning, “Det er rikelig med rom på bunnen”, ble popularisert av Erik Drexler i 1986 via sin bok “Skapelsens motorer.” Boken skisserte muligheten for selvrepliserende, molekylære maskiner som kunne gjøre ... stort sett alt.

Forutsetningen har inspirert mange science fiction-verk, inkludert Michael Crichton “Bytte” og Neil Stephenson er utmerket “The Diamond Age.” Potensialet i nanoteknologi tok lang tid å vise det ansiktet, men det begynner endelig å komme fram i form av sofistikerte medisinske inngrep som i stor grad vil forandre naturen til helsevesenet i nær fremtid.

Nanoteknologi og medisin

Potensialet for nanoteknologi, i full Drexlerian følelse, er uten sidestykke. Sanne universelle montører, hvis vi kan finne ut hvordan de skal bygges, vil innlede et dypt skift i den menneskelige tilstanden. Selvfølgelig er det en lang vei å gå. På mange måter er vi ikke engang nær. På andre måter har fremdriften fortsatt på noen overraskende måter - og nyttige.

Moores lov Hva er Moores lov, og hva skal det gjøre med deg? [MakeUseOf Forklarer] Hva er Moores lov, og hva skal det gjøre med deg? [MakeUseOf Forklarer] Uflaks har ingenting å gjøre med Moores lov. Hvis det er foreningen du hadde, forvirrer du det med Murphys lov. Men du var ikke langt unna fordi Moores lov og Murphy's lov ... Les mer kontinuerlig driver fremskritt i nanoteknologi - vi kan nå produsere transistorer som bokstavelig talt eksisterer på nanoskalaen, med diametre på hundrevis av atomer.

På samme måte i medisin er et av de største problemene vår manglende evne til å rette målrettede tiltak. I psykoaktiv medisin og klinisk psykologi 6 Mind-Blowing TED-snakk om psykologi og menneskelig adferd 6 Mind-Blowing TED-snakk om psykologi og menneskelig oppførsel Den menneskelige hjernen er kompleks og forvirrende, noe som forklarer hvorfor menneskelig atferd er så komplisert og forvirrende. Folk har en tendens til å handle på en måte når de føler noe helt annet. Her er noen få ... Les mer for eksempel hva leger virkelig ønsker å gjøre er å stimulere noen hjernegrupper og undertrykke andre for å selektivt løse hvilket problem pasienten har. Det er bare en ulykke med historien at den beste måten å gjøre det akkurat nå, er å administrere medisiner som for øvrig, i alle de mange måter de forandrer hjernen og kroppen, tilfeldigvis har noen av de ønskede effektene.

Hvis kirurger kunne sette ledninger i folks hjerner og selektivt stimulere bestemte regioner på en trygg måte, kunne psykisk helsefelt unngå bivirkningene av tradisjonelle psykoaktive stoffer. Den grunnleggende teknikken har allerede vist seg å virke i depresjon, ifølge en artikkel i Neuron som oppsummerer en rekke forskjellige kliniske forsøk.

Tenk på kreft også - hva leger virkelig vil, i onkologi, er å drepe tumorceller. Det er uheldig at et av de beste verktøyene for å drepe svulstceller er kjemoterapi, som har den uheldige bivirkningen ved å drepe vanlige celler. Dette gjør også pasientene svært syke.

Nanoteknologi gir en måte å styre tiltak i menneskekroppen, potensielt på et nivå av individuelle celler, ved hjelp av smarte betjeningselementer som er så små at de ikke fysisk forstyrrer normal kroppsfunksjon. Fine fingre gjør mindre skade, og maskiner som er mindre enn de fineste kapillærene i kroppen, kan gå overalt hvor blodet går.

Hvis de kan gjøres klare nok, kan slike nanomedisinske enheter på en meningsfull måte velge hvor og hvordan å gripe inn. Det er åpenbart at flere vil være mulige når ingeniører kan bygge roboter som har mer sofistikert atferd (som evnen til å bevege seg under egen kraft), men til og med relativt primitive nanomaskiner i dag har mye verdi.

Nanoteknologi og kreft

Egendefinerte tråder av DNA er konstruert slik at de brettes i vilkårlig form og kan ha proteiner og enzymer bundet til dem, slik at de kan oppføre seg på intelligente måter og reagere på endrede situasjoner i menneskekroppen. Daniel Levner, biotekniker ved Harvard, mener at denne oppførselen er veldig kraftig.

DNA nanoroboter kan potensielt utføre komplekse programmer som en dag kunne brukes til å diagnostisere eller behandle sykdommer med enestående sofistikasjon.

Disse maskinene kan brukes til å bygge bur som kan åpne eller stenge som svar på kjemiske tegn - for eksempel frigjøre kjemoterapi bare når de støter på proteinmarkører som er spesielt forbundet med tumorvev.

Dette vil tillate bruk av rettet kjemoterapi, samtidig som bivirkninger minimeres eller elimineres. Dette vil også tillate distribusjon av kjemoterapier som er mer effektive enn eksisterende terapier, men kan for tiden ikke brukes på grunn av alvorlighetsgraden av bivirkningene.

En lignende men annen tilnærming er å bruke små nanopartikler laget av silisiumdioksyd og gull som binder seg til svulstvev, og metter svulsten. Deretter kan nær-infrarøde lasere påføres, som ikke samhandler mye med det menneskelige vevet, men forårsaker at gull nanopartikler blir varme opp.

Denne prosessen tillater spesifikke områder av vev (de som er fylt med nanopartikler og i banen til laseren) å bli forbrent. Ved å avstemme både lasere og partikkelfordeling kan leger ødelegge kreftvev veldig selektivt. Det døde vevet kan kirurgisk fjernes eller renses opp av selve immunsystemet, avhengig av sykdomsskalaen. En variant av prosedyren er å bruke hule gullskjell som frigjør en nyttelast av kjemoterapi ved oppvarming, slik at bruk av lasere for ytterligere å avgrense hvor legemidler utsettes (hvis tumormarkørproteiner ikke er tilstrekkelig spesifikke).

Nanoteknologi og diagnostikk

Et annet område der nanoteknologi har potensial til å revolusjonere det medisinske feltet, er i medisinsk datainnsamling. Med nanoteknologi er det mulig å distribuere nanoskala diagnostiske enheter gjennom hele kroppen som oppdager kjemiske endringer som de skjer. Dette kan muliggjøre nærmere sanntidssporing av pasientens helse og status på måter som ellers ikke er mulig.

Utenfor kroppen kan nanoteknologi også brukes til å fremskynde gensekvensering og kjemisk analyse ved å bruke kvantepunkter knyttet til enten delvise DNA-sekvenser eller proteiner som binder til andre materialer som legene er interessert i. Deretter kan du bare se på fordelingen av glødende elementer for å se hva som var tilstede i prøven.

Dette kan potensielt gjøre det raskere, billigere og mer pålitelig å gjøre visse typer test utenfor kroppen - du kan bygge tester som tar et lite vevsprøve og sekvensere det for deler av HIV-genomet, oppdage infeksjoner tidligere og mer pålitelig. Forskere ved Stanford har brukt denne teknikken til å lete etter skadede gener som er vanlige hos enkelte kreftformer, som en måte å skjerme tumorvev raskere:

Fordi qdots kan spore tilstedeværelsen av flere molekyler over en lengre periode, forsøker forskerne å bruke dem til å generere en slags optisk strekkode som reflekterer nivåene av ulike tumormarkører. Strekkoden kan indikere svulstype og stadium.

I det lange løp, hvis nanoteknologilevelutviklere kan fortsette å miniatyrere delene (eller låne teknikker fra mikrochipfabrikker), kan de bygge enkle mikroskopiske kameraer, mindre enn diameteren på en kapillær (10 mikrometer eller ca. 100.000 atomer over). Disse kameraene kan kartlegge hele kroppen, ringe hjem resultatene.

Alle de dataene som ble syntetisert sammen, kunne gi et komplett kart over det meste av vevet i menneskekroppen, fra perspektivet av kapillærene, og viser en hel menneskekropp i detaljnivå som er umulig med røntgen eller MR. Et forslag til å bygge noe som dette er den såkalte “Vaskulær kartografisk skanning nanodevice”, blir utviklet av Frank Boehm, forfatteren av "Nanomedical Device and System Design." Boehm mener:

Nano-medisinsk diagnostikk og terapeutikk opererer på cellulær og molekylær nivå, nøyaktig hvor mange sykdomsprosesser finner sin genese [...] [N] anomedicin har potensial til å diagnostisere og behandle mange forhold preemptively, før de har mulighet til å spre seg. [...] Jeg er tenkelig at de vil bli gjennomsyret av kapasiteter for de svært nøyaktige diagnosene og grundig og grundig utryddelse av nesten enhver sykdomstilstand, patogen eller giftig trussel.

Nanoteknologi og nevrovitenskap

Nanoteknologi har også potensial til å forandre hvordan legene behandler hjernesykdommer. På datainnsamlingssiden av ting kan det være mulig å bruke diamantpartikler i nanoskala som lyser opp som følge av hjernens elektriske aktivitet, for å konvertere hjerneaktivitet til lysfrekvenser som kan unnslippe skallen og bli registrert av eksternt sensorer.

Dette vil tillate forskere å studere hjernen i mye større detalj. Å kunne se nøyaktige mønstre av hjernevirksomhet, ville være nyttig for å frigjøre dynamikken i anfall og psykisk lidelse i individuelle hjerner, slik at målrettede tiltak kan løse problemet.

På forsiden kan det være mulig å bruke karbonnanorør for å bære signaler til og fra individuelle nevroner. Akkurat nå brukes teknologien av italienske forskere til å bære elektrisk aktivitet på tvers av døde hjernevev igjen av slag eller infeksjoner, men det kan også brukes til å lage elektroderegister som er mye finere og mer biokompatible enn eksisterende teknologi, slik at mer sofistikerte implantater mens det gjør mindre skade på det opprinnelige vevet.

Dette kan i prinsippet operere med en mye høyere oppløsning og over et bredere omfang enn tradisjonelle implanterte elektroder, slik at nye typer hjerneimplantater kan plugge seg i hjernen og kroppen din. Fremtiden for implanterte datamaskiner som plugger seg i hjernen og kroppen din - Fremtiden for Implanterte datamaskiner Med den nåværende utviklingen av teknisk innovasjon og fremskritt, er det nå en god tid å utforske toppmoderne teknologi innen datamaskiner. Les mer og hjernestimulerende enheter. Selv med den relativt urene elektrodeimplantasjonen som er tilgjengelig i dag, er effektene av hjernestimulering signifikant:

Alternativt er det mulig å bruke de samme teknikkene som brukes til nano-levere kjemoterapi for å levere andre kjemikalier, som nevrotransmittere og psykiatriske legemidler til bestemte hjernegrupper med mye mer presisjon (inkludert å levere medikamenter i individuelle celler). Sammen med bedre nevrale pacemakere kan dette også strekke seg til et mye bredere spekter av behandlinger, inkludert behandling for depresjon, angst og jevne personlighetsforstyrrelser.

Denne typen terapi kan også brukes til å skape tettere grensesnitt med protese enheter og gi flere kommunikasjonsalternativer til "låste" pasienter.

Denne typen nøyaktig målrettet teknologi kan radikalt endre måten nevrologisk medisin praktiseres på. Det kan føre til psykiatrisk medisin som er data-drevet og avhenger av direkte intervensjon som er langt mer effektiv, og langt mer eksistentielt opprørende (tenk det første dataviruset som kan infisere humørregulerende hjerneimplantater).

Nanoteknologi, som den fremskrider, vil ha en dyp innvirkning på den menneskelige tilstanden, slik at vi kan reparere cellulær skade og behandle en rekke menneskelige lidelser på nye og bedre måter, men det bringer også med seg et behov for større forståelse av kroppssystemene at vi tukler med, så vel som en forståelse av den etikken som går sammen med det.

Hva tar du på nanoteknologi i medisin? Føler du det er den nye grensen for medisinsk vitenskap, eller er det dømt til å mislykkes fra starten? Del dine tanker i kommentarfeltet nedenfor.

Bildekreditter: Nanoboter Via Shutterstock, “DNA kan fungere som velcro for nanopartikler,”, av Argonne National Labs, “B0006421 Brystkreftceller“, av Amy Dame, “Quantum dots“, av Argonne National Labs, “autisme neuro-imaging studie“, av Ian Ruotsala, “livs hånd 2“, ved Università Campus Bio-Medico di Roma

Utforsk mer om: Bionic Technology, Geeky Science.