כיצד ננוטכנולוגיה משנה את עתיד הרפואה

פרסומת

שמענו כבר הרבה זמן על ננו-טכנולוגיה הן במדע הבדיוני והן בתקשורת, אך לא הרבה יצא מזה עד כה. עם זאת, גל חדש של טיפולים מבוססי ננוטק נמצא באופק, והם מוכנים לשנות את עולם הרפואה.

ננוטכנולוגיה, מושג טכנולוגי שהציע לראשונה ריצ'רד פיינמן בהרצאתו מ -1959, "יש הרבה מקום בתחתית", פופולרי על ידי אריק דרקסלר בשנת 1986 באמצעות ספרו "מנועי הבריאה. " הספר תיאר את האפשרות של מכונות משוכפלות, בקנה מידה מולקולרי, המסוגלות לעשות... כמעט כל דבר.

הנחת היסוד עוררה השראה ביצירות מדע בדיוני רבות, כולל "טרף" של מייקל קריכטון ו"עידן היהלומים "המצוין של ניל סטפנסון. הפוטנציאל של הננוטכנולוגיה ארך זמן רב הגיע הזמן להראות את פניו, אבל סוף סוף זה מתחיל להגיע בצורה של התערבויות רפואיות מתוחכמות שישנו באופן עמוק את אופי הבריאות בעתיד הקרוב.

ננו-טכנולוגיה ורפואה

הפוטנציאל לננו-טכנולוגיה, במובן הדרקסלרי, הוא חסר תקדים. מתאספים אוניברסליים אמיתיים, אם נוכל להבין כיצד לבנות אותם, יובילו שינוי עמוק במצב האנושי. כמובן שיש עוד דרך ארוכה. בהרבה מובנים, אנחנו אפילו לא קרובים. במובנים אחרים, ההתקדמות נמשכה בכמה דרכים מפתיעות - ושימושיות.

חוק מור מה החוק של מור, ומה זה קשור אליך? [MakeUseOf מסביר]מזל רע לא קשור לחוק של מור. אם זו העמותה שהייתה לך, אתה מבלבל אותה עם החוק של מרפי. עם זאת, לא היית רחוק מכיוון שחוק מור וחוק מרפי ... קרא עוד ממריץ ללא הרף את ההתקדמות בתחום הננו-טכנולוגיה - כעת אנו יכולים לייצר טרנזיסטורים שקיימים ממש בקנה מידה ננו, בקטרים ​​של מאות אטומים.

כמו כן בתחום הרפואה, אחד הנושאים הגדולים ביותר הוא חוסר היכולת שלנו למקד נכון להתערבויות. ברפואה פסיכואקטיבית ו פסיכולוגיה קלינית 6 שיחות TED בעלות נפש על פסיכולוגיה והתנהגות אנושיתהמוח האנושי מורכב ומבלבל, מה שמסביר מדוע ההתנהגות האנושית כה מורכבת ומבלבלת. לאנשים יש נטייה לפעול בדרך אחת כשהם מרגישים משהו אחר לגמרי. הנה כמה... קרא עוד לדוגמה, מה שהרופאים באמת רוצים לעשות זה לעורר איזורים מסוימים במוח ולדכא אחרים לפתור באופן סלקטיבי כל בעיה שיש למטופל. זו פשוט תאונה של ההיסטוריה שהדרך הטובה ביותר לעשות זאת כרגע היא לנהל תרופות כאלה אגב, בכל שלל הדרכים בהן הם משנים את המוח והגוף, יש במקרה חלק מאותם מבוקשים השפעות.

אם מנתחים יכניסו חוטים למוחם של אנשים ויעירו באופן סלקטיבי אזורים ספציפיים בצורה בטוחה, תחום בריאות הנפש יכול להימנע מתופעות הלוואי של תרופות פסיכואקטיביות מסורתיות. הטכניקה הבסיסית כוללת כבר הוצג לעבוד בדיכאון, על פי מאמר ב נוירון לסיכום מספר מחקרים קליניים שונים.

חשבו גם על סרטן - מה שרופאים באמת רוצים, באונקולוגיה, זה להרוג תאים סרטניים. זה מצער שאחד הכלים הטובים ביותר להריגת תאי גידול הוא כימותרפיה, שיש לה תופעת לוואי מצערת גם של הרג תאים רגילים. זה גם גורם לחולים להיות מאוד חולים.

ננו-טכנולוגיה מציעה דרך לכוון התערבויות בגוף האדם, פוטנציאלית ברמה של אינדיבידואל תאים, בעזרת אלמנטים הפעלה חכמים שהם כה קטנים עד שהם לא מפריעים פיזית לגוף הרגיל פונקציה. אצבעות עדינות גורמות נזק פחות, ומכונות קטנות יותר מהנימה המשובחת ביותר בגוף יכולות ללכת לכל מקום שדם הולך.

אם ניתן להפוך אותם לחכמים מספיק, מכשירים ננו-רפואיים כאלה יכולים לבחור בשיקול דעת היכן וכיצד להתערב. ברור שיותר יתאפשר כאשר מהנדסים יוכלו לבנות רובוטים שיש להם התנהגויות מתוחכמות יותר (כמו היכולת לנוע בכוח שלהם), אך גם לננו-מכאניות יחסית פרימיטיביות של ימינו יש המון ערך.

ננו-טכנולוגיה וסרטן

גדילי DNA מותאמים אישית בנויים כך שהם יתקפלו לצורות שרירותיות ויכולים להכיל חלבונים אנזימים נקשרים אליהם, ומאפשרים להם להתנהג בדרכים נבונות ולהגיב לסיטואציות המשתנות אצל האדם גוף. דניאל לבנר, מהנדס ביולוגיה בהרווארד, מאמין שהתנהגות זו היא מאוד עוצמתית.

ננו-רובוטים ב- DNA יכולים פוטנציאליים לבצע תוכניות מורכבות שניתן להשתמש בהן יום אחד כדי לאבחן או לטפל במחלות בתחכום חסר תקדים.

ניתן להשתמש במכונות אלה לבניית כלובים שיכולים להיפתח או לסגור בתגובה לרמזים כימיים דוגמא, שחרור כימותרפיה רק ​​כאשר הם נתקלים בסמני חלבון הקשורים ספציפית לגידול רקמה.

זה יאפשר יישום של כימותרפיה מכוונת, תוך צמצום או ביטול תופעות לוואי. זה יאפשר גם פריסה של כימותרפיות יעילות יותר מטיפולים קיימים, אך כרגע לא ניתן להשתמש בהן בגלל חומרת תופעות הלוואי.

גישה דומה אך שונה היא השתמש בחלקיקים חלקיקים עשויים סיליקה וזהב הנקשרים לרקמת הגידול, ומרווים את הגידול. לאחר מכן ניתן ליישם לייזרים כמעט-אינפרא אדום, שאינם מקיימים אינטראקציה רבה עם הרקמה האנושית, אך גורמים לחימום חלקיקי הזהב.

תהליך זה מאפשר לשרוף אזורים ספציפיים ברקמה (אלה הממולאים בננו-חלקיקים ובנתיב הלייזר). על ידי כוונון הן של הלייזרים והן של חלוקת החלקיקים, הרופאים יכולים להרוס רקמות סרטן באופן סלקטיבי מאוד. ניתן להסיר או לנקות את הרקמה המתה בניתוח על ידי מערכת החיסון עצמה, תלוי בהיקף המחלה. וריאציה של הנוהל היא שימוש בקליפות זהב חלולות שמשחררות עומס של כימותרפיה בעת החימום, מה שמאפשר שימוש בלייזרים לשכלל את מקום הימצאותם של תרופות (אם חלבוני סמן הגידול אינם מספיקים) ספציפי).

ננו-טכנולוגיה ואבחון

תחום נוסף שבו ננו-טכנולוגיה פוטנציאלית לחולל מהפכה בתחום הרפואי הוא באיסוף נתונים רפואיים. בעזרת ננו-טכנולוגיה ניתן להפיץ מכשירי אבחון בקנה מידה ננו בכל הגוף לאתר שינויים כימיים כפי שהם קורים. זה עשוי לאפשר מעקב צמוד בזמן אמת אחר מצבו הבריאותי של החולה ומצבים בדרכים שאינן אפשריות אחרת.

מחוץ לגוף ניתן להשתמש בננו-טכנולוגיה כדי להאיץ את רצף הגנים וניתוח כימי באמצעות נקודות קוונטיות מחובר לרצפי DNA חלקיים, או חלבונים שקשורים לחומרים אחרים שרופאים מעוניינים בהם. לאחר מכן, אתה יכול פשוט להסתכל על התפלגות האלמנטים הזוהרים כדי לראות מה היה במדגם.

זה עלול להפוך את מהיר יותר, זול יותר, ואמין יותר לבצע סוגים מסוימים של בדיקות מחוץ לגוף - אתה יכול לבנות בדיקות שלוקחות דגימת רקמה קטנה ורצף אותה עבור חלקים מגנום ה- HIV, מגלים זיהומים מוקדם יותר ועוד באופן אמין. חוקרים בסטנפורד השתמשו בטכניקה זו כדי לחפש גנים פגועים הנפוצים בסוגי סרטן מסוימים, כדרך להקרנת רקמת גידול מהר יותר:

מכיוון ש- qdots יכולים לעקוב אחר נוכחותן של מולקולות מרובות לאורך פרק זמן ממושך, החוקרים שואפים להשתמש בהם כדי לייצר מעין ברקוד אופטי המשקף את רמות שונות סמני גידולים. הברקוד יכול להצביע על סוג הגידול ושלב הגידול.

בטווח הרחוק, אם מפתחי ננו-טכנולוגיה יכולים להמשיך למזער את החלקים (או לשאול טכניקות ממיקרו-צ'יפ ייצור), הם יכולים לבנות מצלמות מיקרוסקופיות פשוטות, הקטנות יותר מקוטר הנימים (10 מיקרון, או בערך 100,000 אטומים לרוחב). מצלמות אלה יכלו למפות את כל הגוף ולהזמין את התוצאות הביתה.

כל אותם נתונים, המסונתזים יחד, יכולים לספק מפה שלמה של מרבית הרקמות בגוף האדם, החל מ- נקודת מבט של נימי הדם, מראה גוף אנושי שלם ברמת פירוט שאי אפשר עם רנטגן או MRI. הצעה אחת לבניית משהו כזה היא מה שמכונה "Nanodevice Scanning Cartascular Scanning", שפותח על ידי פרנק בוהם, מחבר הספר "מכשירים ננו-רפואיים ועיצוב מערכות. 'בוהם מאמין:

אבחון וטיפול רפואי ננו-רפואי פועלים ברמת התאית והמולקולרית, בדיוק במקום בו תהליכי מחלות רבים מוצאים את הנסיון שלהם […] [N] אנומדיקסין יש פוטנציאל לאבחון וטיפול במצבים רבים באופן מקדם, לפני שיש להם אפשרות להתפשט. [...] [I] לא ניתן להעלות על הדעת שהם יהיו חדורים ביכולות לאבחנות מדויקות ביותר ולמיגור מוקפד ויסודי של כמעט כל מצב מחלה, פתוגני או רעיל איום.

ננו-טכנולוגיה ומדעי העצב

לננוטכנולוגיה יש גם פוטנציאל לשנות את אופן הטיפול ברופאים בהפרעות מוח. בצד איסוף הנתונים של הדברים יתכן ואפשר להשתמש חלקיקי יהלומים בקנה מידה ננו, שנדלקים בתגובה לפעילות החשמלית של המוח, כדי להמיר את פעילות המוח לתדרי אור שעלולים להימלט מהגולגולת ולהירשם על ידי חיישנים חיצוניים.

זה יאפשר לחוקרים ללמוד את המוח בפירוט רב הרבה יותר. היכולת לראות דפוסים מדויקים של פעילות מוחית תועיל לחסות את הדינמיקה של פרכוסים ומחלות נפש במוחם האישי, ומאפשרת לבצע זאת התערבויות ממוקדות לפתור את הבעיה.

בצד ההפוך יתכן שניתן להשתמש בצינורות צינורות פחמן כדי לשאת אותות לנוירונים בודדים וממנה. כרגע, הטכנולוגיה היא מוחלים על ידי חוקרים איטלקיים על נשיאת פעילות חשמלית על פני רקמות מוח מתות הושארו על ידי משיכות או זיהומים, אך ניתן להשתמש בהם גם ליצירת רשתות אלקטרודה שהן הרבה יותר עדינות ותואמות ביולוגית מהטכנולוגיה הקיימת, ומאפשרת שתלים מתוחכמים יותר תוך פחות נזק לרקמה המקורית.

זה יכול, באופן עקרוני, לפעול ברזולוציה גבוהה בהרבה ובמגוון רחב יותר מאשר אלקטרודות מושתלות מסורתיות, מה שמאפשר סוגים חדשים של השתלת מוח חיבור למוח וגופך - עתיד מחשבים מושתליםעם המגמה הנוכחית של חדשנות וקידום טכני, זהו זמן טוב לחקור את מצב האמנות בטכנולוגיות מחשב אנושיות. קרא עוד ומכשירים לגירוי מוח. אפילו עם השתלת האלקטרודה הגסה יחסית הקיימת כיום, ההשפעות של גירוי מוחי הן משמעותיות:

לחלופין, ניתן להשתמש ב- אותן טכניקות משמש לטיפול ננו-כימותרפי למסירת כימיקלים אחרים, כמו מעבירים עצביים ופסיכיאטרים תרופות לאזורי מוח ספציפיים עם הרבה יותר דיוק (כולל העברת תרופות בתוך אדם תאים). יחד עם קוצבי לב טובים יותר של עצבים, הדבר יכול גם להתרחב למגוון רחב יותר של טיפולים, כולל טיפול בדיכאון, חרדה ואפילו הפרעות אישיות.

סוג זה של טיפול יכול לשמש גם ליצירת ממשקים הדוקים יותר עם מכשירים תותבים ולספק אפשרויות תקשורת נוספות לחולים 'כלואים'.

טכנולוגיה ממוקדת מסוג זה עשויה לשנות באופן קיצוני את אופן השימוש ברפואה הנוירולוגית. זה יכול להוביל לרפואה פסיכיאטרית שמונעת נתונים ונשענת על התערבות ישירה שהיא הרבה יותר יעיל ומעורר הרבה יותר קיום (דמיין את נגיף המחשבים הראשון שיכול להדביק מוח של ויסות מצב הרוח שתלים).

לננוטכנולוגיה ככל שתתקדם, תהיה השפעה עמוקה על המצב האנושי, ותאפשר לנו לתקן נזקים סלולריים ולטפל במגוון של נגעים אנושיים חדשים ו דרכים טובות יותר, אבל זה גם מביא איתו צורך להבנה רבה יותר של מערכות הגוף שאנו מתמודדים איתן, כמו גם הערכה של האתיקה שנלווית אליהם זה.

מה הצורך שלך בננוטכנולוגיה ברפואה? האם אתה מרגיש שזו הגבול החדש למדע הרפואה, או שמא נידון להיכשל מלכתחילה? שתף את מחשבותיך בקטע התגובות למטה.

נקודות זכות: Nanobots דרך Shutterstock, "ה- DNA יכול לשמש סקוטש עבור חלקיקים חלקיקים, "על ידי מעבדות ארגונה הלאומיות,"B0006421 תאים לסרטן השד", מאת איימי דאם,"נקודות קוונטיות", על ידי המעבדות הלאומיות של ארגון,"מחקר הדמיה עצבית של אוטיזם", מאת איאן רוטסלה,"יד-חיים 2“, מאת קמפוס אוניברסיטה ביו-מדיקו די רומא