Hoe nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde verandert

We horen al lang over nanotechnologie in zowel sciencefiction als in de media, maar tot nu toe is er nog niet veel van over gekomen. Er is echter een nieuwe golf van op nanotech gebaseerde therapieën aan de horizon en klaar om de wereld van de geneeskunde te veranderen.

Nanotechnologie, een technologisch concept dat voor het eerst werd voorgesteld door Richard Feynman in zijn lezing uit 1959, “Er is genoeg ruimte aan de onderkant”, werd gepopulariseerd door Erik Drexler in 1986 via zijn boek “De motoren van de schepping.” Het boek schetste de mogelijkheid van zelfreplicerende machines op moleculaire schaal die in staat zijn om ... vrijwel alles te doen.

Het uitgangspunt heeft veel science fiction-werken geïnspireerd, waaronder die van Michael Crichton “Prooi” en Neil Stephenson is uitstekend “Het diamanten tijdperk.” Het potentieel van nanotechnologie duurde lang om het gezicht te laten zien, maar het begint eindelijk te komen in de vorm van geavanceerde medische interventies die de aard van de gezondheidszorg in de nabije toekomst ingrijpend zullen veranderen..

Nanotechnologie en medicijnen

Het potentieel voor nanotechnologie, in de volledige Drexleriaanse betekenis, is ongekend. Echte universele monteurs, als we kunnen achterhalen hoe we ze moeten bouwen, zullen een diepe verschuiving in de menselijke conditie inluiden. Natuurlijk is er nog een lange weg te gaan. Op veel verschillende manieren zijn we niet eens in de buurt. Op andere manieren is de vooruitgang op een aantal verrassende manieren voortgezet - en ook nog eens nuttig.

De wet van Moore Wat is de wet van Moore en wat heeft het met jou te maken? [MakeUseOf Explains] Wat is de wet van Moore en wat heeft het met jou te maken? [MakeUseOf Explains] Pech heeft niets te maken met de wet van Moore. Als dat de associatie is die u had, verwart u het met de wet van Murphy. Je was echter niet ver weg, want de wet van Moore en de wet van Murphy ... Read More stimuleert continu de vooruitgang in nanotechnologie - we kunnen nu transistors maken die letterlijk bestaan ​​op nanoschaal, met diameters van honderden atomen.

Ook in de geneeskunde is een van de grootste problemen ons onvermogen om interventies correct te richten. In psychoactieve geneeskunde en klinische psychologie 6 Mind-Blowing TED Talks over psychologie en menselijk gedrag 6 Mind-Blowing TED-talks over psychologie en menselijk gedrag Het menselijk brein is complex en verwarrend, wat verklaart waarom menselijk gedrag zo complex en verwarrend is. Mensen hebben de neiging om op een bepaalde manier te handelen wanneer ze iets heel anders voelen. Hier zijn een paar ... Lees meer, bijvoorbeeld, wat dokters echt willen doen is sommige hersengebieden stimuleren en anderen onderdrukken om selectief elk probleem van de patiënt op te lossen. Het is slechts een toeval in de geschiedenis dat de beste manier om dat nu te doen is om medicijnen toe te dienen die incidenteel, op alle ontelbare manieren waarop ze de hersenen en het lichaam veranderen, toevallig enkele van die gewenste effecten hebben.

Als chirurgen draden in de hersenen van mensen kunnen steken en selectief specifieke regio's op een veilige manier kunnen stimuleren, kan het gebied voor geestelijke gezondheid de bijwerkingen van traditionele psychoactieve geneesmiddelen vermijden. De basistechniek is al aangetoond te werken bij depressie, volgens een artikel in Neuron dat een aantal verschillende klinische onderzoeken samenvat.

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

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

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

Nanotechnologie en kanker

Aangepaste DNA-strengen zijn zo geconstrueerd dat ze zich in willekeurige vormen vouwen en eiwitten en enzymen daaraan gebonden kunnen hebben, waardoor ze zich op een intelligente manier kunnen gedragen en kunnen reageren op veranderende situaties in het menselijk lichaam. Daniel Levner, een bio-ingenieur aan Harvard, is van mening dat dit gedrag zeer krachtig is.

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

Deze machines kunnen worden gebruikt om kooien te bouwen die kunnen worden geopend of gesloten als reactie op chemische signalen - bijvoorbeeld, het vrijgeven van chemotherapie alleen wanneer ze botsen met eiwitmarkers die specifiek geassocieerd zijn met tumorweefsel.

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

Een vergelijkbare maar andere benadering is om kleine nanodeeltjes gemaakt van silica en goud te gebruiken die binden aan tumorweefsel en de tumor verzadigen. Dan kunnen nabij-infrarode lasers worden toegepast, die niet veel met het menselijke weefsel in wisselwerking staan, maar die ervoor zorgen dat de gouden nanodeeltjes opwarmen.

Met dit proces kunnen specifieke weefselgebieden (die met nanodeeltjes en in het pad van de laser zijn gevuld) worden verbrand. Door zowel de lasers als de deeltjesverdeling te tunen, kunnen artsen zeer selectief kankerweefsel vernietigen. Het dode weefsel kan operatief verwijderd of opgeruimd worden door het immuunsysteem zelf, afhankelijk van de schaal van de ziekte. Een variatie op de procedure is om holle gouden schalen te gebruiken die een hoeveelheid chemotherapie afgeven wanneer ze worden verwarmd, waardoor het gebruik van lasers mogelijk is om verder te verfijnen waar geneesmiddelen worden ingezet (als tumor-markereiwitten niet voldoende specifiek zijn).

Nanotechnologie en diagnostiek

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

Buiten het lichaam kan nanotechnologie ook worden gebruikt om gensequencing en chemische analyse te versnellen door kwantumdots te gebruiken die zijn verbonden aan gedeeltelijke DNA-sequenties of aan eiwitten die binden aan andere materialen waarin artsen geïnteresseerd zijn. Dan kunt u alleen kijken naar de distributie 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 testen buiten het lichaam te doen - je zou tests kunnen maken die een klein weefselmonster nemen en het in stukken plaatsen voor stukjes van het HIV-genoom, infecties eerder en betrouwbaar detecteren. Onderzoekers van Stanford hebben deze techniek gebruikt om te zoeken naar beschadigde genen die vaak voorkomen in bepaalde vormen van kanker, als een manier om tumorweefsel sneller te screenen:

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

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

Al die gegevens, samen gesynthetiseerd, kunnen een complete kaart van het grootste deel van het weefsel in het menselijk lichaam opleveren, vanuit het oogpunt van de haarvaten, waarbij een heel menselijk lichaam wordt getoond in een detailniveau dat onmogelijk is met röntgenfoto's of MRI's. Een voorstel om zoiets te bouwen is de zogenaamde “Vascular Cartographic Scanning Nanodevice”, wordt ontwikkeld door Frank Boehm, de auteur van 'Nanomedical Device and System Design.' Boehm gelooft:

Nano-medische diagnostiek en therapeutica werken op cellulair en moleculair niveau, precies waar veel ziekteprocessen hun genese vinden [...] [N] anomedicine het potentieel heeft om preventief een diagnose te stellen en vele aandoeningen te behandelen, voordat ze de kans krijgen om te prolifereren [...] [I] t is denkbaar dat ze doordrongen zullen zijn van capaciteiten voor de uiterst nauwkeurige diagnoses en een zorgvuldige en grondige uitroeiing van vrijwel elke ziektetoestand, pathogene of toxische dreiging.

Nanotechnologie en neurowetenschap

Nanotechnologie heeft ook het potentieel om te veranderen hoe artsen hersenaandoeningen behandelen. Aan de kant van de gegevensverzameling kan het mogelijk zijn om diamantdeeltjes op nanoschaal te gebruiken, die oplichten als reactie op de elektrische activiteit van de hersenen, om hersenactiviteit om te zetten in frequenties van licht die aan de schedel kunnen ontsnappen en die door externe sensors.

Dit zou onderzoekers in staat stellen om de hersenen in veel meer detail te bestuderen. In staat zijn om exacte patronen van hersenactiviteit te zien, zou nuttig zijn om de dynamiek van aanvallen en geestesziekten in individuele hersenen te analyseren, waardoor gerichte interventies het probleem kunnen oplossen.

Aan de andere kant kan het mogelijk zijn om koolstofnanobuisjes te gebruiken om signalen naar en van individuele neuronen te dragen. Op dit moment wordt de technologie door Italiaanse onderzoekers toegepast om elektrische activiteit over dood hersenweefsel over te dragen, achtergelaten door beroertes of infecties, maar het kan ook worden gebruikt om elektrodenroosters te maken die veel fijner en meer bio-compatibel zijn dan de bestaande technologie, waardoor meer geavanceerde implantaten terwijl het oorspronkelijke weefsel minder schade aanricht.

Dit zou in principe kunnen werken met een veel hogere resolutie en over een breder bereik dan traditionele geïmplanteerde elektroden, waardoor nieuwe soorten hersenimplantaten mogelijk worden. Pluggen in je hersenen en lichaam - De toekomst van geïmplanteerde computers Aansluiten op je hersenen en lichaam - De toekomst van Geïmplanteerde computers Met de huidige trend van technische innovatie en vooruitgang is het nu een goed moment om de stand van zaken op het gebied van computer-menselijke technologieën te verkennen. Lees meer en apparaten die de hersenen stimuleren. Zelfs met de relatief ruwe elektrode-implantatie die tegenwoordig beschikbaar is, zijn de effecten van hersenstimulatie aanzienlijk:

Als alternatief is het mogelijk om dezelfde technieken te gebruiken die worden gebruikt voor nano-leverende chemotherapie om andere chemicaliën, zoals neurotransmitters en psychiatrische geneesmiddelen, met veel meer precisie naar specifieke hersenregio's te brengen (waaronder het toedienen van medicijnen in individuele 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 strakkere interfaces met prothetische apparaten te creëren en meer communicatie-opties te bieden aan 'ingesloten' patiënten.

Dit soort precies gerichte technologie kan de manier waarop neurologische geneeskunde wordt toegepast radicaal veranderen. Het zou kunnen leiden tot psychiatrische geneeskunde die gebaseerd is op gegevens en die steunt op directe interventie die veel effectiever is en veel existentieel verontrustender (beeld je het eerste computervirus in dat stemmingsregulerende hersenimplantaten kan infecteren).

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

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

Afbeelding credits: 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, “levenswijzer 2“, door Università Campus Bio-Medico di Roma

Ontdek meer over: Bionic Technology, Geeky Science.