Come la nanotecnologia sta cambiando il futuro della medicina

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Abbiamo sentito parlare della nanotecnologia per molto tempo sia nella fantascienza che nei media, ma finora non ne è uscito molto. Tuttavia, una nuova ondata di terapie basate sulla nanotecnologia è all'orizzonte e sono pronte a cambiare il mondo della medicina.

La nanotecnologia, un concetto tecnologico proposto per la prima volta da Richard Feynman nella sua lezione del 1959, "C'è molto spazio in basso", è stato reso popolare da Erik Drexler nel 1986 attraverso il suo libro "I motori della creazione“. Il libro delineava la possibilità di macchine autoreplicanti su scala molecolare in grado di fare... praticamente qualsiasi cosa.

La premessa ha ispirato molte opere di fantascienza, tra cui "Prey" di Michael Crichton e "The Diamond Age" di Neil Stephenson. Il potenziale della nanotecnologia ha richiesto molto tempo è ora di mostrare il suo volto, ma sta finalmente iniziando ad arrivare sotto forma di sofisticati interventi medici che cambieranno profondamente la natura dell'assistenza sanitaria nel prossimo futuro.

Nanotecnologia e medicina

Il potenziale della nanotecnologia, in pieno senso drexleriano, è senza precedenti. I veri assemblatori universali, se riusciamo a capire come costruirli, introdurranno un profondo cambiamento nella condizione umana. Certo, c'è ancora molta strada da fare. In molti modi, non siamo nemmeno vicini. In altri modi, i progressi sono proseguiti in modo sorprendente e utile.

La legge di Moore Qual è la legge di Moore e cosa ha a che fare con te? [MakeUseOf Explains]La sfortuna non ha nulla a che fare con la Legge di Moore. Se questa è l'associazione che hai avuto, la stai confondendo con la Legge di Murphy. Tuttavia, non eri lontano perché la Legge di Moore e la Legge di Murphy ... Leggi di più guida continuamente i progressi nella nanotecnologia: ora possiamo fabbricare transistor che esistono letteralmente su nanoscala, con diametri di centinaia di atomi.

Allo stesso modo in medicina, uno dei maggiori problemi è la nostra incapacità di indirizzare correttamente gli interventi. In medicina psicoattiva e psicologia clinica 6 TED strabiliante parla di psicologia e comportamento umanoIl cervello umano è complesso e confuso, il che spiega perché il comportamento umano è così complesso e confuso. Le persone hanno la tendenza ad agire in un modo quando sentono qualcosa di completamente diverso. Eccone alcuni ... Leggi di più ad esempio, ciò che i medici vogliono davvero fare è stimolare alcune regioni del cervello e sopprimerne altre per risolvere selettivamente qualsiasi problema abbia il paziente. È un semplice incidente della storia che il modo migliore per farlo in questo momento sia quello di somministrare farmaci per inciso, in una miriade di modi in cui cambiano il cervello e il corpo, capita di avere alcuni di quelli desiderati effetti.

Se i chirurghi potessero mettere i fili nel cervello delle persone e stimolare selettivamente regioni specifiche in modo sicuro, il campo della salute mentale potrebbe evitare gli effetti collaterali dei tradizionali farmaci psicoattivi. La tecnica di base ha già mostrato lavorare in depressione, secondo un articolo di Neurone riassumendo una serie di diversi studi clinici.

Pensa anche al cancro: quello che i medici vogliono davvero, in oncologia, è uccidere le cellule tumorali. È un peccato che uno dei migliori strumenti per uccidere le cellule tumorali sia la chemioterapia, che ha lo sfortunato effetto collaterale di uccidere anche le cellule normali. Questo rende anche i pazienti molto malati.

La nanotecnologia offre un modo per dirigere gli interventi nel corpo umano, potenzialmente a livello di individuo cellule, utilizzando elementi operativi intelligenti che sono così piccoli che non interferiscono fisicamente con il corpo normale funzione. Le dita sottili fanno meno danni e le macchine più piccole del capillare più sottile del corpo possono andare ovunque vada il sangue.

Se possono essere resi abbastanza intelligenti, tali dispositivi nanomedicali possono scegliere con giudizio dove e come intervenire. Ovviamente, sarà possibile fare di più quando gli ingegneri possono costruire robot che hanno comportamenti più sofisticati (come la capacità di muoversi sotto il proprio potere), ma anche le nanomacchine relativamente primitive di oggi ne hanno molte valore.

Nanotecnologia e cancro

I filamenti personalizzati di DNA sono costruiti in modo tale da piegarsi in forme arbitrarie e possono avere proteine ​​e enzimi legati su di loro, permettendo loro di comportarsi in modo intelligente e rispondere a situazioni mutevoli nell'umano corpo. Daniel Levner, bioingegnere di Harvard, ritiene che questo comportamento sia molto potente.

I nanorobot del DNA potrebbero potenzialmente eseguire programmi complessi che un giorno potrebbero essere utilizzati per diagnosticare o trattare malattie con una sofisticazione senza precedenti.

Queste macchine possono essere utilizzate per costruire gabbie che possono aprirsi o chiudersi in risposta a segnali chimici esempio, rilasciando la chemioterapia solo quando si imbattono in marcatori proteici specificamente associati al tumore fazzoletto di carta.

Ciò consentirà l'applicazione della chemioterapia diretta, minimizzando o eliminando gli effetti collaterali. Ciò consentirà inoltre lo spiegamento di chemioterapie che sono più efficaci delle terapie esistenti, ma al momento non possono essere utilizzate a causa della gravità degli effetti collaterali.

Un approccio simile ma diverso è quello di usa minuscole nanoparticelle di silice e oro che si legano al tessuto tumorale e saturano il tumore. Quindi, è possibile applicare laser a infrarossi vicini, che non interagiscono molto con il tessuto umano, ma causano il riscaldamento delle nanoparticelle d'oro.

Questo processo consente di incenerire aree specifiche di tessuto (quelle piene di nanoparticelle e nel percorso del laser). Sintonizzando sia i laser che la distribuzione delle particelle, i medici possono distruggere i tessuti tumorali in modo molto selettivo. Il tessuto morto può essere rimosso chirurgicamente o ripulito dal sistema immunitario stesso, a seconda della scala della malattia. Una variante della procedura consiste nell'utilizzare gusci d'oro cavi che rilasciano un carico utile di chemioterapia quando riscaldati, consentendo l'uso di laser per perfezionare ulteriormente dove vengono distribuiti i farmaci (se le proteine ​​del marker tumorale non sono sufficientemente specifico).

Nanotecnologia e diagnostica

Un'altra area in cui la nanotecnologia ha il potenziale per rivoluzionare il campo medico è nella raccolta di dati medici. Con la nanotecnologia, è possibile distribuire dispositivi diagnostici su nanoscala in tutto il corpo rilevare i cambiamenti chimici mentre accadono. Ciò può consentire un monitoraggio più ravvicinato in tempo reale della salute e dello stato di un paziente in modi altrimenti impossibili.

Al di fuori del corpo, la nanotecnologia può anche essere utilizzata per accelerare il sequenziamento genico e l'analisi chimica utilizzando punti quantici attaccato a sequenze di DNA parziali o proteine ​​che si legano ad altri materiali a cui i medici sono interessati. Quindi, puoi semplicemente guardare la distribuzione degli elementi luminosi per vedere cosa era presente nel campione.

Ciò potrebbe potenzialmente rendere più veloce, più economico e più affidabile eseguire determinati tipi di test al di fuori del corpo - è possibile costruire test che prelevano un piccolo campione di tessuto e lo sequenziano per frammenti del genoma dell'HIV, rilevando infezioni prima e altro in modo affidabile. I ricercatori di Stanford hanno usato questa tecnica per cercare geni danneggiati comuni in alcuni tumori, come un modo per schermare il tessuto tumorale più velocemente:

Poiché i qdot possono tracciare la presenza di più molecole per un lungo periodo di tempo, i ricercatori mirano a usarli per generare una sorta di codice a barre ottico che rifletta i livelli di vari marcatori tumorali. Il codice a barre potrebbe indicare il tipo e lo stadio del tumore.

A lungo termine, se gli sviluppatori di nanotecnologie possono continuare a miniaturizzare le parti (o prendere in prestito tecniche dal microchip fabbricazione), potevano costruire semplici telecamere microscopiche, più piccole del diametro di un capillare (10 micron, o circa 100.000 atomi attraverso). Queste telecamere potrebbero mappare l'intero corpo, telefonando a casa con i risultati.

Tutti quei dati, sintetizzati insieme, potrebbero fornire una mappa completa della maggior parte dei tessuti del corpo umano, dal prospettiva dei suoi capillari, mostrando un intero corpo umano in un livello di dettaglio che è impossibile con i raggi X o MRI. Una proposta per costruire qualcosa del genere è il cosiddetto "Nanodevice di scansione cartografica vascolare", sviluppato da Frank Boehm, l'autore di "Progettazione di dispositivi e sistemi nanomedicali"Boehm crede:

La diagnostica e la terapia nano-medica operano a livello cellulare e molecolare, proprio dove molti processi patologici trovano la loro anomalia genetica […] [N] ha il potenziale per diagnosticare e trattare preventivamente molte condizioni, prima che abbiano l'opportunità di proliferare. […] [I] t è concepibile che essi sarà impregnato di capacità per le diagnosi altamente accurate e l'eradicazione meticolosa e completa praticamente di qualsiasi stato patologico, patogeno o tossico minaccia.

Nanotecnologia e neuroscienza

Le nanotecnologie possono anche cambiare il modo in cui i medici trattano i disturbi cerebrali. Per quanto riguarda la raccolta dei dati, potrebbe essere possibile utilizzarlo particelle di diamante su scala nanometrica, che si illuminano in risposta all'attività elettrica del cervello, per convertire l'attività cerebrale in frequenze di luce che potrebbero sfuggire al cranio e essere registrate da sensori esterni.

Ciò consentirebbe ai ricercatori di studiare il cervello in modo molto più dettagliato. Essere in grado di vedere i modelli esatti di attività cerebrale sarebbe utile per scovare la dinamica di convulsioni e malattie mentali nel cervello individuale, consentendo interventi mirati per risolvere il problema.

D'altro canto, potrebbe essere possibile utilizzare nanotubi di carbonio per trasportare segnali da e verso singoli neuroni. In questo momento, la tecnologia è essendo applicato da ricercatori italiani a svolgere attività elettrica attraverso il tessuto cerebrale morto lasciato da colpi o infezioni, ma potrebbe anche essere usato per rendere le griglie degli elettrodi molto più fini e biocompatibili rispetto alla tecnologia esistente, consentendo impianti più sofisticati mentre fa meno danni al tessuto originale.

Ciò potrebbe, in linea di principio, operare a una risoluzione molto più elevata e in un ambito più ampio rispetto agli elettrodi impiantati tradizionali, consentendo nuovi tipi di impianti cerebrali Collegare il cervello e il corpo: il futuro dei computer impiantatiCon l'attuale tendenza dell'innovazione e del progresso tecnico, ora è un buon momento per esplorare lo stato dell'arte delle tecnologie informatiche umane. Leggi di più e dispositivi di stimolazione cerebrale. Anche con l'impianto di elettrodi relativamente grezzo disponibile oggi, gli effetti della stimolazione cerebrale sono significativi:

In alternativa, è possibile utilizzare il stesse tecniche utilizzato per la chemioterapia nano-erogante per fornire altri prodotti chimici, come neurotrasmettitori e psichiatrici droghe a specifiche regioni del cervello con molta più precisione (inclusa la consegna di droghe all'interno dell'individuo celle). Insieme a migliori pacemaker neurali, questo potrebbe anche estendersi a una gamma molto più ampia di terapie, incluso il trattamento per la depressione, l'ansia e persino i disturbi della personalità.

Questo tipo di terapia potrebbe anche essere utilizzata per creare interfacce più strette con i dispositivi protesici e fornire più opzioni di comunicazione ai pazienti "bloccati".

Questo tipo di tecnologia mirata con precisione potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui viene praticata la medicina neurologica. Potrebbe portare alla medicina psichiatrica basata sui dati e si basa su un intervento diretto che è molto di più efficace e molto più esistenzialmente sconvolgente (immagina il primo virus informatico in grado di infettare il cervello che regola l'umore impianti).

La nanotecnologia, man mano che avanza, avrà un profondo impatto sulla condizione umana, permettendoci di riparare il danno cellulare e trattare una varietà di afflizioni umane in nuovi e modi migliori, ma comporta anche la necessità di una maggiore comprensione dei sistemi corporei che stiamo manomettendo, nonché di apprezzare l'etica che accompagna quello.

Qual è la tua opinione sulla nanotecnologia in medicina? Pensi che sia la nuova frontiera della scienza medica o è destinata a fallire dall'inizio? Condividi i tuoi pensieri nella sezione commenti qui sotto.

Crediti immagine: nanobot Via Shutterstock, "Il DNA può agire come velcro per le nanoparticelle, ", Di Argonne National Labs,"B0006421 Cellule tumorali al seno“, Di Amy Dame,“Punti quantici“, Di Argonne National Labs,“studio neuro-imaging autistico“, Di Ian Ruotsala,“mano-vita 2“, Dell'Università Campus Bio-Medico di Roma