Nanosensors: budućnost dijagnostičke medicine?

To je od vitalne važnosti cilj dijagnostička medicina je sposobnost za dijagnosticiranje zdravstvenih problema što je prije moguće, što liječnici za liječenje bolesnika prije će se bilo koji dugoročni ili nepopravljive štete.

Nanosensors nanotrubochek izrađene od ugljika, od kojih je svaki 100, 000 puta tanji kose.

Ubrzavanje procesa dijagnostike - jedan od glavnih područja istraživanja. Jedno nedavno istraživanje pokazalo je da novi test krvi može predvidjeti rizik od recidiva raka dojke u žena za gotovo osam mjeseci prije početka vidljivih simptoma.

Drugo istraživanje je pokazalo da je prirodni spoj detektirati u izdahnutom zraku, je rani stadij biomarker ciroze jetre. To biomarkera u jednom danu može postati temelj izdisajni test za dijagnozu ove bolesti.

Jedan od problema koji se javlja u dijagnostici medicinskih stanja je da su simptomi određenih bolesti očituju tek nakon određenog vremenskog razdoblja. Do vremena kada je temeljni bolest, ovi simptomi su već stigli do faze kada njeno liječenje je puno teže nego li je problem otkriven je prije.

Najupečatljiviji primjer tog problema može biti maligne neoplazme, kao što su rak gušterače, koji se često ne uzrokuje simptome ili znakove u svojim ranim stadii- ovi simptomi i znakovi manifestiraju kad se rak širi na druge dijelove tijela.

No, ovaj problem je čest.

Drugi primjer je da kada se implantat - npr, hip proteza - postati zaražene ili upaljene, što je dovelo do stvaranja prekomjerne ožiljak tkiva. Do trenutka kada postane jasno da je hip proteza zaraženo, jedino rješenje je njegova demontaža i zamjena s novim.

Profesor Thomas Webster, voditelj Odjela za kemijsko inženjerstvo na Sveučilištu Northeastern u Bostonu, i njegovi kolege razvijaju nanosensors - novi oblik tehnologije, koja je u stanju kontrolirati nakupljanje bakterija na implantatu i upozoravaju liječnici o potrebi za liječenje prije nego se problem eskalira.

Nanotehnologija: mali veličina, veliki potencijal

Reći da nanotehnologije - mali bi understatement. Nanometar je jedna milijarda metara. List papira ima debljinu od oko 100 000 nm. Jedan stijenki ugljika nanocjevčice promjera 1 nm do 100 000 puta tanje od kose. Za usporedbu, kosa je 100 000 puta manji od kuće sa širinom od 10 metara.

To je vrlo teško zamisliti kako to male veličine, ali prednosti koje dolaze s uporabom nanotehnologije u medicini, uzeti u obzir puno lakše. Istraživači su uspjeli poboljšati korištenje nanotehnologije biološke slike, tako da liječnici mogu detektirati nakupljanje sitnih čestica ili molekularnih signala povezanih sa zdravstvenim problemima.

Profesor Webster govorio o dosadašnjim projektima, u kojima su on i njegovi kolege su proučavali potencijalnu uporabu nanočestica u liječenju bakterijskih i virusnih infekcija.

Neke kronične bakterijske infekcije uzrokovane bakterijama koje rastu u biofilma - da T. Byarnsholt Sveučilišta u Kopenhagenu u Danskoj, opisuje kao „agregati zatvoren u sluzi.” Biofilmovi su uzrok bolesti, kao što su upala pluća u slučajevima cistične fibroze i povezane implantata infekcije.

„Lijekovi i antibiotici ne prodiru u biofilm, - objašnjava profesor Webster - tako da je jedina stvar koju možete učiniti je - da rade i uklanjanje biofilma iz tkiva rukom.”

Nanočestice mogu promijeniti to stanje. Prolfessor Webster kaže: „Mi smo bili u mogućnosti razviti te nanočestice koje zapravo mogu prodrijeti u biofilm, a zatim uništiti ih regenerirati zdravo tkivo, tako da više neće trebati operaciju.”

Osim toga, profesor Webster i njegovi kolege radili su na razvoju nanočestice dizajniran da ubije neke viruse. Zlato nanočestice su napravili da se pridruže virusa, kao što ebole ili gripe. Kada se zagrijava čestice pomoću infracrvenog svjetla određene valne dužine, nano-čestice mogu uništiti strukturu virusa.

Profesor Webster jezgrovito sažeo ono nanotehnologija prednosti on vidi: „Mi vjerujemo da postoji veliki potencijal za korištenje nanotehnologije u medicini, jer je mala veličina omogućuje da prodru u stanice da se unutar stanica i manipulirati njima u takav način funkcija, koja nije bila dostupna kada konvencionalni materijal ".

Postoje ogromne prednosti koje se mogu postići u medicini koristi nanotehnologiju. Trenutno je profesor Webster i njegovi kolege usredotočili na proučavanje kako ova tehnologija može se koristiti za poboljšanje konvencionalne oblike liječenja. U ovoj industriji dolaze u igru ​​nanosensors.

Liječnik u organizmu

„U idealnom slučaju, želimo stvoriti senzore koji su vrlo slični prirodnih stanica ubojica tijela - objašnjava profesor Webster. - Mnogi od nas ne može reći da je ljudsko tijelo je najbolji senzor. Možemo osjetiti stvari puno bolje nego što smo stvorili dosad je umjetno. "

Jednog dana možda biti moguće stvoriti senzore za nanotehnologiju da oponašaju ljudske stanice imunološkog sustava cirkulira kroz tijelo, što će prepoznati i odgovoriti na bilo kakve probleme. Ali, to je tek dolazi.

Do sada, znanstvenici su pokušali svoje nanosensors, nakon što ih je povećan u titan bedreni proteza i katetera.

Umjesto toga, profesor Webster i njegovi kolege odlučili za pretvaranje tradicionalne medicinske uređaje ugrađuju u tijelo, opremanje im senzore - nanosensors - koji se može identificirati problem i odgovoriti na njega, ako se to dogodi.

„U prvoj fazi smo napravili titan protetski femura, a zatim uzgaja na površini materijala koji električki može odrediti koji tip stanica vezanih na površini,” - rekao je profesor Webster.

Senzori konstruirani od ugljikove nanocjevčice mogu identificirati stanice koje zaljepljene na implantat - kosti (kao što želimo), bakterijski ili upalne. Posljednje dvije vrste stanica može ukazivati ​​na infekciju ili ožiljak tkiva, koje može pružiti pacijentu s problemom.

radio frekvencije odašiljača ugrađena u senzor šalje signale na vanjski računalo od kojih liječnik može dobiti pristup svim informacijama preda. Uz ove informacije liječnik može vidjeti da je implantat je slobodan od bakterija, ima mali broj bakterija, koje organizam ručku, ili ima veliku količinu bakterija koje zahtijevaju antibiotike u punom razvoju procesa infekcije.

„Očito je da je potonji scenarij je puno bolje nego u scenariju, koji se trenutno održava - rekao je profesor Webster. - u stvari, danas ne znamo o infekcijom ili pretjeranog ožiljka prije nje sve dok ne bude prekasno, i koje je potrebno ukloniti protezu. "

Dodatno protetskog bedrene kosti, istraživači su testirali nanosensors na svojim katetera, koristeći isti pristup. Osobe s dugoročnim borave kateteri su osjetljivi na infekcije, što znači da su nanosensors, nadzire razine bakterija, može imati značajan utjecaj na skrb o katetera.

Često su problemi ljudi je činjenica da li nanotehnologija se koristi unutar tijela toksične. Profesor Webster i njegovi kolege proveli puno vremena kako bi bili sigurni da su materijali koji se koriste njima, - ugljikove nanocjevčice i neki dodatni polimeri - netoksični.

Štoviše, oni su pronašli u nekim ranijim studijama u životinjskim modelima koji su korišteni materijali su čak u stanju poboljšati rast kostiju kada se koristi s protetskim bedrene kosti. Dakle, čak i ako senzor ne otkrije nikakve probleme, još uvijek je u stanju promicati rast koštanog tkiva u većoj mjeri nego konvencionalna titan implantata.

„Ovo je prvi korak za poboljšanje implantat, - rekao je profesor Webster, - ali na kraju, cilj nam je stvoriti takve senzore, koji djeluju kao ljudsko tijelo.”

Problemi s proizvodnju energije i podataka

Iako su ti nanosensors imaju velike izglede, postoji nekoliko problema koje treba riješiti prije nego što je ova tehnologija može se koristiti i na ljudima. Znanstvenici žele probe imali isti životni vijek kao implantata na kojima su nadgrađen. Iako to nije problem za kateter, koji je uveden za tjedan ili dva, bedrene proteza može ostati u tijelu za 15 godina.

Trenutno, znanstvenici su generirani snage za senzore, koristeći sposobnost ugljikovih nanocjevčica to smanjiti. Kad su komprimirani po sili okolno tkivo, generira eletkrichesky struje. Međutim, iako je ova metoda može generirati snagu u kratkom roku, kada se sve više i više tkivo će rasti senzore, oni su, nakon svega, ne bi više mogli smanjiti.

Ova zagonetka - jedan od dva glavna pitanja koja su istraživači moraju prevladati prije nego što se senzori se mogu koristiti u bolesnika s implantatima. Još jedan veliki izazov za znanstvenike je generirati dovoljnu količinu testnih podataka, tako da je njihova tehnologija je odobren za uporabu od strane odgovarajućih regulatornih tijela.

Znanstvenici se nadaju da će jednog dana njihovo nanotehnologija će se koristiti ne samo za praćenje širenja zaraze, ali i za liječenje bolesti poput raka.

Rani stadiji ispitivanja također su bili uspješni. Znanstvenici trenutno provode drugu fazu studije u glodavaca, a zatim će se provjeriti tehnologije za veće životinje.

Profesor Webster priznaje da će klinička ispitivanja na ljudima biti 5-10 godina.

Ne samo identificirati probleme nego ih liječiti

Planovi Znanstvenici koriste nanosensors ići dalje od praćenja uloge s kojima su pružile informacije liječnicima. Profesor Webster je opisao kako su senzori također se mogu koristiti za liječenje problema prije nego što oni mogu uzrokovati štetu za organizam: „Ako senzori malo popravila, mogu se programirati tako mali uređaj koji otpušta lijek za ubijanje bakterija ili smanjenje rasta ožiljak tkiva, tako da je kost uz implantat može rasti zdravo.

Sa puštanje od droge i, u nekim slučajevima - kroz oslobađanje malog električnog naboja, to je moguće izbjeći toksičnost na zdrave stanice i učinkovitijeg tretmana ".

Čak i dalje u budućnosti, profesor Webster predviđa da nanotehnologija će se moći liječiti svoje stanice raka uvođenjem kemoterapijskih lijekova s ​​visokom točnošću blizu ili unutar opasnih stanica.

Još uvijek jako daleko za razvoj ove tehnologije. No, s vremenom, ovaj maleni tehnologija može dovesti do ogromnih revolucije u zdravstvu.