Wie die Nanotechnologie die Zukunft der Medizin verändert

Wir haben in der Science Fiction und in den Medien schon lange von Nanotechnologie gehört, aber davon ist bisher nicht viel gekommen. Eine neue Welle von Therapien auf Nanotechnologie-Basis ist jedoch am Horizont und bereit, die Welt der Medizin zu verändern.

Nanotechnologie, ein technologisches Konzept, das Richard Feynman 1959 in seinem Vortrag vorstellte, “Unten ist mehr als genug Platz”, wurde 1986 von Erik Drexler durch sein Buch bekannt gemacht “Die Motoren der Schöpfung.” Das Buch skizzierte die Möglichkeit selbstreplizierender, molekularer Maschinen, die in der Lage sind, so ziemlich alles zu tun.

Die Prämisse hat viele Science-Fiction-Werke inspiriert, darunter auch Michael Crichton “Beute” und Neil Stephenson ist ausgezeichnet “Das Diamantzeitalter.” Das Potenzial der Nanotechnologie hat lange gedauert, um ihr Gesicht zu zeigen, aber es beginnt sich endlich in Form ausgefeilter medizinischer Interventionen zu entwickeln, die die Natur der Gesundheitsversorgung in naher Zukunft grundlegend verändern werden.

Nanotechnologie und Medizin

Das Potenzial für Nanotechnologie im vollen drexlerianischen Sinne ist beispiellos. Wenn wir wirklich herausfinden, wie man sie bauen kann, werden echte Universalmonteure eine tiefgreifende Veränderung der menschlichen Situation einleiten. Natürlich ist es ein weiter Weg. In vielerlei Hinsicht sind wir nicht einmal in der Nähe. Auf andere Weise wurde der Fortschritt auf überraschende und nützliche Weise fortgesetzt.

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In der Medizin ist eines der größten Probleme auch die Unfähigkeit, Interventionen richtig auszurichten. In psychoaktiver Medizin und klinischer Psychologie 6 TED-Gespräche über Psychologie und menschliches Verhalten 6 TED-Gespräche über Psychologie & menschliches Verhalten Das menschliche Gehirn ist komplex und verwirrend. Dies erklärt, warum menschliches Verhalten so komplex und verwirrend ist. Menschen neigen dazu, in eine Richtung zu handeln, wenn sie etwas völlig anderes fühlen. Hier sind ein paar… Lesen Sie mehr zum Beispiel: Was Ärzte wirklich tun wollen, ist die Stimulierung einiger Hirnregionen und die Unterdrückung anderer, um selektiv das Problem des Patienten zu lösen. Es ist ein reiner Zufall der Geschichte, dass der beste Weg, dies jetzt zu tun, darin besteht, Medikamente zu verabreichen, die zufällig in all den unzähligen Arten, auf die sie das Gehirn und den Körper verändern, einige dieser gewünschten Wirkungen haben.

Wenn Chirurgen Drähte in das Gehirn der Menschen einführen und gezielt bestimmte Regionen auf sichere Weise stimulieren könnten, könnte der Bereich der psychischen Gesundheit die Nebenwirkungen herkömmlicher psychoaktiver Medikamente vermeiden. In einem Artikel in Neuron, der eine Reihe verschiedener klinischer Studien zusammenfasst, wurde bereits gezeigt, dass die grundlegende Technik bei Depressionen funktioniert.

Denken Sie auch an Krebs - was die Ärzte in der Onkologie wirklich wollen, ist das Töten von Tumorzellen. Es ist bedauerlich, dass eines der besten Mittel zum Töten von Tumorzellen die Chemotherapie ist, die den ungünstigen Nebeneffekt hat, dass sie auch normale Zellen tötet. Dies macht Patienten auch sehr krank.

Die Nanotechnologie bietet die Möglichkeit, Eingriffe in den menschlichen Körper, möglicherweise auf Ebene einzelner Zellen, mit intelligenten Bedienelementen durchzuführen, die so klein sind, dass sie die normale Körperfunktion nicht physisch beeinträchtigen. Feine Finger verursachen weniger Schaden, und Maschinen, die kleiner als die feinste Kapillare im Körper sind, können überall hingehen, wo Blut fließt.

Wenn sie intelligent genug gemacht werden können, können solche nanomedizinischen Geräte mit Bedacht wählen, wo und wie eingegriffen wird. Offensichtlich wird mehr möglich sein, wenn Ingenieure Roboter mit ausgefeilterem Verhalten (z. B. die Fähigkeit, sich aus eigener Kraft zu bewegen) herstellen können, aber selbst relativ primitive Nanomaschinen von heute sind sehr wertvoll.

Nanotechnologie und Krebs

Kundenspezifische DNA-Stränge sind so konstruiert, dass sie sich in beliebige Formen falten und mit Proteinen und Enzymen verbunden werden können, die es ihnen ermöglichen, sich intelligent zu verhalten und auf sich ändernde Situationen im menschlichen Körper zu reagieren. Daniel Levner, Bioingenieur bei Harvard, glaubt, dass dieses Verhalten sehr mächtig ist.

DNA-Nanoroboter könnten möglicherweise komplexe Programme ausführen, mit denen eines Tages Krankheiten mit beispielloser Komplexität diagnostiziert oder behandelt werden könnten.

Diese Maschinen können verwendet werden, um Käfige zu bauen, die sich als Reaktion auf chemische Anzeichen öffnen oder schließen lassen. Beispielsweise wird die Chemotherapie nur dann ausgelöst, wenn sie auf Proteinmarker stoßen, die speziell mit Tumorgewebe assoziiert sind.

Dies ermöglicht die Anwendung einer gerichteten Chemotherapie bei gleichzeitiger Minimierung oder Beseitigung von Nebenwirkungen. Dies wird auch den Einsatz von Chemotherapien ermöglichen, die wirksamer sind als bestehende Therapien, jedoch aufgrund der Schwere der Nebenwirkungen derzeit nicht eingesetzt werden können.

Ein ähnlicher, aber anderer Ansatz besteht darin, winzige Nanopartikel aus Siliciumdioxid und Gold zu verwenden, die an Tumorgewebe binden und den Tumor sättigen. Dann können Nahinfrarot-Laser eingesetzt werden, die nicht viel mit dem menschlichen Gewebe interagieren, jedoch die Goldnanopartikel erwärmen.

Dieses Verfahren ermöglicht die Verbrennung bestimmter Gewebebereiche (mit Nanopartikeln und im Weg des Lasers gefüllte Gewebe). Durch die Abstimmung der Laser und der Partikelverteilung können Ärzte Krebsgewebe sehr selektiv zerstören. Je nach Ausmaß der Erkrankung kann das abgestorbene Gewebe vom Immunsystem selbst operativ entfernt oder aufgeräumt werden. Eine Variation des Verfahrens ist die Verwendung von hohlen Goldschalen, die bei Erwärmung eine Last der Chemotherapie freisetzen, sodass Laser weiter verfeinert werden können, wo Medikamente eingesetzt werden (wenn Tumormarkerproteine ​​nicht ausreichend spezifisch sind).

Nanotechnologie und Diagnostik

Ein weiterer Bereich, in dem die Nanotechnologie das Potenzial hat, den medizinischen Bereich zu revolutionieren, ist die medizinische Datenerfassung. Mit der Nanotechnologie ist es möglich, Diagnosegeräte im Nanomaßstab im ganzen Körper zu verteilen, die chemische Veränderungen sofort erkennen. Dies kann eine genauere Verfolgung der Gesundheit und des Status eines Patienten in Echtzeit ermöglichen, die sonst nicht möglich ist.

Außerhalb des Körpers kann Nanotechnologie auch verwendet werden, um die Gensequenzierung und chemische Analyse zu beschleunigen, indem Quantenpunkte, die entweder an partielle DNA-Sequenzen gebunden sind, oder Proteine, die an andere Materialien gebunden sind, für die Ärzte interessiert sind. Dann können Sie nur die Verteilung von untersuchen glühende Elemente, um zu sehen, was in der Probe vorhanden war.

Dadurch könnten bestimmte Arten von Tests außerhalb des Körpers schneller, billiger und zuverlässiger durchgeführt werden. Sie könnten Tests erstellen, bei denen eine kleine Gewebeprobe entnommen und nach Teilen des HIV-Genoms sequenziert wird, um Infektionen früher und zuverlässiger zu erkennen. Forscher in Stanford haben diese Technik verwendet, um nach geschädigten Genen zu suchen, die bei bestimmten Krebsarten häufig vorkommen, um Tumorgewebe schneller zu screenen:

Da qdots das Vorhandensein mehrerer Moleküle über einen längeren Zeitraum nachverfolgen kann, möchten die Forscher mit ihnen eine Art optischer Barcode generieren, der die Konzentrationen verschiedener Tumormarker widerspiegelt. Der Barcode kann den Tumortyp und das Stadium anzeigen.

Auf lange Sicht könnten Nanotechnologie-Entwickler, wenn sie die Teile weiter miniaturisieren können (oder sich Techniken aus der Mikrochipherstellung leihen), einfache mikroskopische Kameras bauen, die kleiner sind als der Durchmesser einer Kapillare (10 Mikrometer oder etwa 100.000 Atome). Diese Kameras könnten den gesamten Körper abbilden und die Ergebnisse nach Hause rufen.

Alle diese zusammengesetzten Daten könnten aus der Perspektive ihrer Kapillaren eine vollständige Karte des größten Teils des Gewebes im menschlichen Körper liefern und den gesamten menschlichen Körper in einem Detail darstellen, das mit Röntgen oder MRI unmöglich ist. Ein Vorschlag, um so etwas zu bauen, ist der sogenannte “Gefäßkartographisches Scanning-Nanodevice”, entwickelt von Frank Boehm, dem Autor von "Nanomedical Device and System Design". Boehm glaubt:

Nanomedizinische Diagnostika und Therapeutika arbeiten auf zellulärer und molekularer Ebene, genau dort, wo viele Krankheitsprozesse ihre Genese finden. […] [N] Anomedizin hat das Potenzial, viele Erkrankungen präventiv zu diagnostizieren und zu behandeln, bevor sie die Möglichkeit zur Proliferation haben. […] Es ist denkbar, dass sie über Kapazitäten für hochpräzise Diagnosen und eine sorgfältige und gründliche Auslöschung praktisch aller Krankheitszustände, pathogener oder toxischer Bedrohungen verfügen.

Nanotechnologie und Neurowissenschaften

Die Nanotechnologie hat auch das Potenzial, die Art und Weise zu ändern, wie Ärzte Gehirnerkrankungen behandeln. Auf der Datenerfassungsseite kann es möglich sein, Diamantpartikel im Nanomaßstab zu verwenden, die als Reaktion auf die elektrische Aktivität des Gehirns aufleuchten, um die Gehirnaktivität in Lichtfrequenzen umzuwandeln, die aus dem Schädel austreten und von außen registriert werden können Sensoren.

Dies würde es den Forschern ermöglichen, das Gehirn viel detaillierter zu untersuchen. Die Möglichkeit, genaue Muster der Gehirnaktivität zu sehen, wäre hilfreich, um die Dynamik von Anfällen und psychischen Erkrankungen in den einzelnen Gehirnen herauszufinden und gezielte Interventionen zur Lösung des Problems zu ermöglichen.

Auf der anderen Seite können Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden, um Signale von und zu einzelnen Neuronen zu übertragen. Derzeit wird die Technologie von italienischen Forschern angewendet, um elektrische Aktivität durch durch Schlaganfälle oder Infektionen hinterlassenes totes Hirngewebe zu übertragen. Sie könnte jedoch auch dazu verwendet werden, Elektrodengitter herzustellen, die viel feiner und biokompatibler sind als die bestehende Technologie, was dies ermöglicht anspruchsvollere Implantate, während das ursprüngliche Gewebe weniger geschädigt wird.

Dies könnte im Prinzip mit einer viel höheren Auflösung und einem breiteren Anwendungsbereich als herkömmliche implantierte Elektroden erfolgen, wodurch neue Arten von Gehirnimplantaten möglich werden. Einstecken des Gehirns und des Körpers - Die Zukunft implantierter Computer Das Einstecken des Gehirns und des Körpers - Die Zukunft von Implantierte Computer Angesichts des aktuellen Trends der technischen Innovation und des technischen Fortschritts ist jetzt ein guter Zeitpunkt, um den Stand der Technik in Computer-Mensch-Technologien zu erkunden. Lesen Sie mehr und Geräte zur Hirnstimulation. Selbst bei der heute relativ groben Elektrodenimplantation sind die Auswirkungen der Hirnstimulation signifikant:

Alternativ ist es möglich, dieselben Techniken zu verwenden, die bei der Nano-Chemotherapie eingesetzt werden, um andere Chemikalien wie Neurotransmitter und psychiatrische Medikamente mit einer viel höheren Genauigkeit in bestimmte Hirnregionen zu transportieren (einschließlich der Verabreichung von Medikamenten in einzelnen Zellen). Zusammen mit besseren neuronalen Schrittmachern könnte sich dies auch auf ein viel breiteres Spektrum von Therapien erstrecken, einschließlich der Behandlung von Depressionen, Angstzuständen und sogar Persönlichkeitsstörungen.

Diese Art von Therapie könnte auch verwendet werden, um engere Schnittstellen mit prothetischen Vorrichtungen zu schaffen und mehr Kommunikationsoptionen für "eingeschlossene" Patienten bereitzustellen.

Diese Art der zielgerichteten Technologie könnte die Art und Weise, in der die neurologische Medizin praktiziert wird, radikal verändern. Dies könnte zu einer psychiatrischen Medizin führen, die datengesteuert ist und auf direkte Interventionen angewiesen ist, die weitaus wirksamer sind und eine weitaus existenziellere Störung darstellen (stellen Sie sich den ersten Computervirus vor, der Gehirnimplantate mit Stimmungsregulation infizieren kann)..

Die fortschreitende Nanotechnologie wird tief greifende Auswirkungen auf die menschliche Situation haben und es uns ermöglichen, zelluläre Schäden zu reparieren und eine Vielzahl menschlicher Leiden auf neue und bessere Weise zu behandeln, erfordert jedoch auch ein besseres Verständnis der Körpersysteme dass wir uns damit manipulieren, sowie eine Wertschätzung der Ethik, die damit einhergeht.

Was halten Sie von Nanotechnologie in der Medizin?? Haben Sie das Gefühl, dass dies die neue Grenze für die medizinische Wissenschaft ist, oder ist sie dazu verurteilt, von Anfang an zu versagen? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten mit.

Bildnachweis: Nanobots via Shutterstock, “DNA kann als Klettverschluss für Nanopartikel dienen,”, von Argonne National Labs, “B0006421 Brustkrebszellen“, von Amy Dame, “Quantenpunkte“, von Argonne National Labs, “Autismus-Neuro-Imaging-Studie“, von Ian Ruotsala, “Lebenshand 2“, von Università Campus Bio-Medico di Roma

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