Wie die Nanotechnologie die Zukunft der Medizin verändert

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Wir haben sowohl in der Science-Fiction als auch in den Medien schon lange von Nanotechnologie gehört, aber bisher ist nicht viel daraus geworden. Eine neue Welle nanotechbasierter Therapien zeichnet sich jedoch ab und ist bereit, die Welt der Medizin zu verändern.

Die Nanotechnologie, ein technologisches Konzept, das Richard Feynman 1959 in seinem Vortrag "Es gibt viel Platz am Boden" erstmals vorschlug, wurde 1986 von Erik Drexler über sein Buch "Die Motoren der Schöpfung. ” Das Buch skizzierte die Möglichkeit selbstreplizierender Maschinen im molekularen Maßstab, die in der Lage sind, so ziemlich alles zu tun.

Die Prämisse hat viele Science-Fiction-Werke inspiriert, darunter Michael Crichtons "Prey" und Neil Stephensons ausgezeichnetes "The Diamond Age". Das Potenzial der Nanotechnologie hat lange gedauert Es ist an der Zeit, sein Gesicht zu zeigen, aber es kommt endlich in Form hoch entwickelter medizinischer Interventionen, die die Natur der Gesundheitsversorgung in naher Zukunft grundlegend verändern werden.

Nanotechnologie und Medizin

Das Potenzial für Nanotechnologie im vollen Drexlerschen Sinne ist beispiellos. Echte universelle Assembler werden, wenn wir herausfinden können, wie man sie baut, eine tiefgreifende Veränderung der menschlichen Verfassung einleiten. Natürlich ist es noch ein langer Weg. In vielerlei Hinsicht sind wir uns nicht einmal nahe. Auf andere Weise wurden die Fortschritte auf überraschende und nützliche Weise fortgesetzt.

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Ebenso in der Medizin ist eines der größten Probleme unsere Unfähigkeit, Interventionen richtig auszurichten. In der psychoaktiven Medizin und klinische Psychologie 6 Umwerfende TED-Gespräche über Psychologie und menschliches VerhaltenDas menschliche Gehirn ist komplex und verwirrend, was erklärt, warum menschliches Verhalten so komplex und verwirrend ist. Menschen neigen dazu, sich in eine Richtung zu verhalten, wenn sie etwas völlig anderes fühlen. Hier sind ein paar... Weiterlesen Zum Beispiel wollen Ärzte wirklich einige Gehirnregionen stimulieren und andere unterdrücken, um das Problem des Patienten selektiv zu lösen. Es ist nur ein Zufall der Geschichte, dass der beste Weg, dies jetzt zu tun, darin besteht, Medikamente zu verabreichen, die Übrigens haben sie auf all die unzähligen Arten, wie sie Gehirn und Körper verändern, einige der gewünschten Auswirkungen.

Wenn Chirurgen Drähte in das Gehirn der Menschen einführen und bestimmte Regionen auf sichere Weise selektiv stimulieren könnten, könnte das Feld der psychischen Gesundheit die Nebenwirkungen traditioneller Psychopharmaka vermeiden. Die Grundtechnik hat wurde bereits gezeigt in Depressionen zu arbeiten, nach einem Artikel in Neuron Zusammenfassung einer Reihe verschiedener klinischer Studien.

Denken Sie auch an Krebs - was Ärzte in der Onkologie wirklich wollen, ist, Tumorzellen abzutöten. Es ist bedauerlich, dass eines der besten Instrumente zum Abtöten von Tumorzellen die Chemotherapie ist, die den unglücklichen Nebeneffekt hat, auch normale Zellen abzutöten. Dies macht auch Patienten sehr krank.

Die Nanotechnologie bietet eine Möglichkeit, Eingriffe in den menschlichen Körper zu lenken, möglicherweise auf individueller Ebene Zellen, die intelligente Bedienelemente verwenden, die so klein sind, dass sie den normalen Körper nicht physisch stören Funktion. Feine Finger richten weniger Schaden an, 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 entscheiden, wo und wie sie eingreifen möchten. Offensichtlich wird mehr möglich sein, wenn Ingenieure Roboter bauen können, die ein ausgefeilteres Verhalten haben (wie z die Fähigkeit, sich aus eigener Kraft zu bewegen), aber auch relativ primitive Nanomaschinen von heute haben eine Menge Wert.

Nanotechnologie und Krebs

Benutzerdefinierte DNA-Stränge sind so konstruiert, dass sie sich in beliebige Formen falten und Proteine ​​und enthalten können An sie gebundene Enzyme ermöglichen es ihnen, sich intelligent zu verhalten und auf sich ändernde Situationen im Menschen zu reagieren Körper. 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 Raffinesse diagnostiziert oder behandelt werden könnten.

Mit diesen Maschinen können Käfige gebaut werden, die sich aufgrund chemischer Hinweise öffnen oder schließen können - z B. die Chemotherapie nur dann freizugeben, wenn sie auf Proteinmarker stoßen, die spezifisch mit dem Tumor assoziiert sind Gewebe.

Dies ermöglicht die Anwendung einer gerichteten Chemotherapie, während Nebenwirkungen minimiert oder beseitigt werden. Dies ermöglicht auch den Einsatz von Chemotherapien, die wirksamer sind als bestehende Therapien, aber derzeit aufgrund der Schwere der Nebenwirkungen nicht angewendet werden können.

Ein ähnlicher, aber anderer Ansatz ist zu Verwenden Sie winzige Nanopartikel aus Kieselsäure und Gold die an Tumorgewebe binden und den Tumor sättigen. Dann können Laser im nahen Infrarot eingesetzt werden, die nicht viel mit dem menschlichen Gewebe interagieren, aber die Goldnanopartikel erwärmen.

Durch diesen Prozess können bestimmte Gewebebereiche (solche, die mit Nanopartikeln gefüllt sind und sich auf dem Weg des Lasers befinden) verbrannt werden. Durch die Abstimmung sowohl der Laser als auch der Partikelverteilung können Ärzte Krebsgewebe sehr selektiv zerstören. Das tote Gewebe kann je nach Ausmaß der Erkrankung vom Immunsystem selbst chirurgisch entfernt oder gereinigt werden. Eine Variation des Verfahrens besteht darin, hohle Goldschalen zu verwenden, die beim Erhitzen eine Menge Chemotherapie freisetzen. Dies ermöglicht die Verwendung von Lasern, um den Einsatz von Medikamenten weiter zu verfeinern (wenn Tumormarkerproteine ​​nicht ausreichend sind Spezifisch).

Nanotechnologie und Diagnostik

Ein weiterer Bereich, in dem die Nanotechnologie das Potenzial hat, den medizinischen Bereich zu revolutionieren, ist in der medizinischen Datenerfassung. Mit der Nanotechnologie ist es möglich, diagnostische Geräte im Nanomaßstab im ganzen Körper zu verteilen chemische Veränderungen erkennen wie sie passieren. Dies kann eine genauere Echtzeitverfolgung des Gesundheitszustands und des Status eines Patienten auf eine Weise ermöglichen, die sonst nicht möglich wäre.

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

Dies könnte es möglicherweise schneller, billiger und zuverlässiger machen, bestimmte Arten von Tests außerhalb des Körpers durchzuführen - Sie könnten Erstellen Sie Tests, bei denen eine kleine Gewebeprobe entnommen und auf Teile des HIV-Genoms sequenziert wird, um Infektionen früher und häufiger zu erkennen zuverlässig. Forscher von Stanford haben diese Technik verwendet, um nach beschädigten Genen zu suchen, die bei bestimmten Krebsarten häufig sind, um Tumorgewebe schneller zu screenen:

Da qdots das Vorhandensein mehrerer Moleküle über einen längeren Zeitraum verfolgen können, Die Forscher wollen damit eine Art optischen Barcode erzeugen, der die verschiedenen Niveaus widerspiegelt Tumormarker. Der Barcode könnte Tumortyp und -stadium anzeigen.

Auf lange Sicht, wenn Nanotechnologie-Entwickler die Teile weiterhin miniaturisieren können (oder Techniken von Mikrochips ausleihen können Herstellung) könnten sie einfache mikroskopische Kameras bauen, die kleiner als der Durchmesser einer Kapillare (10 Mikrometer oder etwa 100.000) sind Atome quer). Diese Kameras könnten den gesamten Körper abbilden und die Ergebnisse nach Hause telefonieren.

Alle diese Daten, die zusammen synthetisiert wurden, könnten eine vollständige Karte des größten Teils des Gewebes im menschlichen Körper liefern Perspektive seiner Kapillaren, die einen gesamten menschlichen Körper in einer Detailstufe zeigt, die mit Röntgen oder Röntgen nicht möglich ist MRT. Ein Vorschlag für den Bau eines solchen Geräts ist das sogenannte „Vascular Cartographic Scanning Nanodevice“, das von Frank Boehm, dem Autor von „Design nanomedizinischer Geräte und Systeme. “Böhm glaubt:

Nanomedizinische Diagnostik und Therapeutika wirken auf zellulärer und molekularer Ebene, genau dort, wo viele Krankheitsprozesse ihre Entstehung finden […] [N] Anomedizin hat das Potenzial, viele Erkrankungen präventiv zu diagnostizieren und zu behandeln, bevor sie sich vermehren können. […] [I] Es ist nicht vorstellbar, dass sie auftreten wird mit Kapazitäten für hochpräzise Diagnosen und die sorgfältige und gründliche Beseitigung praktisch aller Krankheitszustände, pathogen oder toxisch, ausgestattet sein Bedrohung.

Nanotechnologie und Neurowissenschaften

Die Nanotechnologie hat auch das Potenzial, die Behandlung von Hirnstörungen durch Ärzte zu verändern. Auf der Seite der Datenerfassung kann es möglich sein, zu verwenden Diamantpartikel im Nanomaßstab, die als Reaktion auf die elektrische Aktivität des Gehirns aufleuchten, um die Gehirnaktivität in Lichtfrequenzen umzuwandeln, die aus dem Schädel entweichen und von externen Sensoren registriert werden können.

Dies würde es Forschern ermöglichen, das Gehirn viel detaillierter zu untersuchen. In der Lage zu sein, genaue Muster der Gehirnaktivität zu erkennen, wäre hilfreich, um die Dynamik von Anfällen und psychischen Erkrankungen im einzelnen Gehirn herauszufinden gezielte Interventionen um das Problem zu lösen.

Auf der anderen Seite kann es möglich sein, Kohlenstoffnanoröhren zu verwenden, um Signale zu und von einzelnen Neuronen zu übertragen. Im Moment ist die Technologie wird von italienischen Forschern angewendet, um elektrische Aktivität durch totes Gehirngewebe zu transportieren Dies kann auch dazu verwendet werden, Elektrodengitter herzustellen, die viel feiner und biokompatibler sind als die vorhandene Technologie anspruchsvollere Implantate während das ursprüngliche Gewebe weniger beschädigt wird.

Dies könnte im Prinzip mit einer viel höheren Auflösung und einem breiteren Anwendungsbereich als herkömmliche implantierte Elektroden arbeiten und neue Arten von Elektroden ermöglichen Gehirnimplantate Einstecken von Gehirn und Körper - Die Zukunft implantierter ComputerAngesichts des aktuellen Trends technischer Innovation und Weiterentwicklung ist jetzt ein guter Zeitpunkt, um den Stand der Technik in Bezug auf Computer-Mensch-Technologien zu erkunden. Weiterlesen und gehirnstimulierende Geräte. Selbst mit der heute verfügbaren relativ groben Elektrodenimplantation sind die Auswirkungen der Hirnstimulation signifikant:

Alternativ ist es möglich, die gleiche Techniken Wird für die Nano-Chemotherapie verwendet, um andere Chemikalien wie Neurotransmitter und Psychiatrie abzugeben Medikamente in bestimmte Hirnregionen mit viel größerer Präzision (einschließlich der Abgabe von Medikamenten innerhalb des Einzelnen Zellen). Zusammen mit besseren Nervenschrittmachern könnte sich dies auch auf ein viel breiteres Spektrum von Therapien erstrecken, einschließlich der Behandlung von Depressionen, Angstzuständen und sogar Persönlichkeitsstörungen.

Diese Art der Therapie könnte auch verwendet werden, um engere Schnittstellen zu Prothesen zu schaffen und um „eingeschlossenen“ Patienten mehr Kommunikationsoptionen zu bieten.

Diese Art von präziser Technologie könnte die Art und Weise, wie neurologische Medizin praktiziert wird, radikal verändern. Dies könnte zu einer datengesteuerten Psychiatrie führen, die auf einer weitaus stärkeren direkten Intervention beruht effektiv und weitaus existenzieller störend (stellen Sie sich den ersten Computervirus vor, der das Gehirn zur Regulierung der Stimmung infizieren kann Implantate).

Die fortschreitende Nanotechnologie wird einen tiefgreifenden Einfluss auf den menschlichen Zustand haben und es uns ermöglichen, Zellschäden zu reparieren und eine Vielzahl menschlicher Leiden in neuen und neuen zu behandeln bessere Wege, aber es bringt auch die Notwendigkeit mit sich, die Körpersysteme, an denen wir manipulieren, besser zu verstehen und die Ethik zu verstehen, die damit einhergeht Das.

Wie sehen Sie die Nanotechnologie in der Medizin? Glauben Sie, dass dies die neue Grenze für die Medizin ist, oder ist es von Anfang an zum Scheitern verurteilt? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten.

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