Nanomedicina: nanoparticule în medicină

Nanomedicina: nanoparticule în medicină

Ce este nanomedicina? Nanos înseamnă pitic în greacă. Deci medicină pitică? Ceea ce se înțelege este o tehnică care tratează cele mai mici structuri din corp și folosește cele mai mici materiale pentru tratarea bolilor.

Definiție

Este vorba despre structuri care sunt de 10.000 de ori mai mici decât media unui păr uman, un nanometru este o milionime de milimetru. Diferite nanoproduse produse artificial există deja astăzi - există, de exemplu, nanoparticule fabricate din dioxid de titan în protecție solară, nanoparticule de argint în îmbrăcăminte și ambalaje alimentare.

Comisia UE definește: „Nanomaterialul este un material natural, generat de proces sau fabricat, care conține particule în stare nelimitată, ca agregat sau ca aglomerat și în care cel puțin 50 la sută dintre particule au una sau mai multe dimensiuni externe în distribuția mărimii numărului în intervalul 1 Au nanometri până la 100 nanometri. (...) Deviatoarele (...), fullerenele, fulgii de grafen și nanotuburile de carbon cu un singur perete cu una sau mai multe dimensiuni exterioare sub 1 nanometru trebuie considerate nanomateriale. "

În primul rând, nanotehnologia ar trebui să producă lucruri din ce în ce mai mici și, prin urmare, mai precise. În al doilea rând, oferă acces la atomi și molecule și poate crea astfel materiale noi și sisteme materiale întregi.

Există nanoparticule naturale, cum ar fi particulele de funingine, proteine ​​din sânge sau particule de grăsime din lapte. Cercetătorii fie creează nanoparticule sintetice în mod intenționat, fie ca efect secundar, de exemplu atunci când ard combustibilul diesel.

Ce este special în nano?

Nano-structurile dezvoltă funcții speciale la nivelul atomilor și moleculelor, atât în ​​materie animată, cât și în materie neînsuflețită. Ultimele decenii au fost modelate de cercetări asupra acesteia: primul lucru a fost captarea nanosistemelor.

Astăzi, oamenii de știință aplică aceste cunoștințe în sistemele vii - aceasta este baza medicamentului Naon. Ca orice tehnică nouă care interferează cu organismul, aceasta implică și riscuri: de exemplu, nanocapsulele ar trebui să utilizeze medicamente în organism exact acolo unde se află bolile, iar acest lucru promite progrese uriașe în medicina cancerului, de exemplu. Cu toate acestea, aceste nanoparticule ar putea pătrunde în pereții celulelor, se pot colecta în corp sau pot aprinde tractul respirator.

Nanomateriale comune

Nanosilver: argintul ucide germenii, iar știința folosește acest lucru în nanoparticule, de exemplu, ca strat de suprafață pe mânerele ușilor, în pansamentele cu plăgi sau în materiale textile - nanosilverul ajută împotriva mirosului de transpirație.

Particulele tulbure pot fi produse artificial pentru a servi ca un pigment negru în culori, dar și ca aditiv antistatic în materiale plastice.

Nanotuburile de carbon sunt construite din carbon, sunt foarte stabile și asigură astfel materiale plastice. Astăzi le puteți găsi în biciclete de primă clasă.

Dioxidul de titan rafinează suprafețele pentru a respinge murdăria. Promovează descompunerea materialelor organice prin lumina solară și păstrează culoarea fațadelor clădirii, de exemplu.

Nanoparticulele din oxid de zinc absorb radiațiile UV de la soare și, prin urmare, se găsesc în protecția solară. Industria îl folosește și în afișaje cu cristale lichide sau LED-uri. Acoperirile cu oxid de zinc promovează, de asemenea, efectul celulelor solare.

Nanomedicina

Vizionarul american Robert Freitas vede nanomedicina ca pe o epocă de aur: nanorobotii se presupune că vor repara deteriorarea genelor, globulele roșii produse artificial împiedică atacurile cardiace - nanomacinele apoi ucid viruși, reparează celulele sau încarcă sângele cu oxigen.

Medicina promite multe din nanotehnologie. Peste 100 de medicamente conțin deja nanoparticule, precum și metode și dispozitive de diagnostic care funcționează cu nanoparticule. Medicamentele se referă mai puțin la noile ingrediente active decât la eficacitatea nouă: nanocapsulele, care eliberează substanțele doar în mediul anumitor molecule, se presupune că transportă ingredientele active direct la destinație.

Mulți medici se așteaptă la o etapă importantă în medicină pentru terapia bolilor neurologice care sunt legate de sânge și creier. Deoarece nanoparticulele pot trece prin această „barieră sânge-creier”. Aceasta deschide noi perspective, de exemplu pentru Alzheimer și Parkinson, și, de asemenea, pentru scleroza multiplă.

Dispozitivele, podelele, pereții și mobilierul din clinicile cu nano pot promova sterilitatea. Bacteriile rezistente pot fi probabil mai bine controlate în acest fel. Pansamentele cu răni conțin deja nano-argint, de exemplu în cazul rănilor la foc.

Nanotehnologia ar trebui, de asemenea, să îmbunătățească diagnosticul: Nanoparticulele sunt pregătite astfel încât să adere la organe sau celule. De exemplu, țesutul tumoral poate fi identificat cu particule de nano-fier.

Acest lucru duce la probabilitatea nanoterapiilor în viitorul apropiat: în medicina cancerului, nanotehnologia va fi curând folosită pentru identificarea și combaterea tumorilor. Astăzi, medicii experimentează deja tratamentul cancerului, în care particulele magnetice de oxid de nano-fier încălzesc electromagnetic tumora și distrug astfel celulele canceroase.

De exemplu, nanocapsulele pot conține celule pancreatice, pot elibera insulina în sânge și, astfel, trata tratamentul diabetului.

Există deja o pastă de dinți, Theramed S.O.S. Sensibil bazat pe nanoparticule. Construiește un strat de material artificial pentru dinți cu nanoparticule; deci dintii trebuie sa simta mai putina durere.

Hidroxiapatita este similară cu mineralele din oase, iar implanturile dentare cresc în jumătate mai bine, nanomaterialul scurtează procesul până la două săptămâni, spre deosebire de 2-4 luni convenționale.

Siliciul Nanoporos sau dioxidul de titan se caracterizează prin structuri de găuri. Acestea stimulează creșterea oaselor pe implanturi, opresc inflamația prin eliberarea de substanțe active precum un burete.

Nanotehnologia va deveni, fără îndoială, deosebit de importantă pentru alte implantări, deoarece suprafețele din nanoparticule pot fi mai bine legate de organele biologice și dispozitivele artificiale decât cu metodele convenționale. Indiferent dacă stimulatoarele cardiace sau endoprotezele, cum ar fi articulațiile artificiale ale genunchiului, șoldului sau umerilor: nano-straturile pot reduce apărarea organismului împotriva corpurilor străine.

Hidroxiapatita poate fi deja injectată sub formă de pastă pentru a acumula oase. Un astfel de nanomaterial este bine tolerat, deoarece seamănă cu componentele minerale din os. Următorul pas este să fie hidroxiapiitele, care sunt combinate cu nanotuburile de carbon într-o matrice compozită și servesc ca ciment osos.

Victimele accidentelor pot beneficia în curând de țesut de înlocuire sub formă de compozite de colagen de sticlă în format nano care sprijină pielea artificială și oasele artificiale. În plus, se spune că implanturile cu nanotehnologie sunt mai stabile decât cele convenționale.

Deja în 1998, compania Abraxis BioScience LLC din SUA a efectuat teste clinice cu nanomedicină împotriva cancerului. Agentul Abaxane a fost în cele din urmă aprobat. Este format din paclitaxel insolubil și albumină, această albumină se leagă de proteina SPARC, care este afectată de cancerul pancreatic - spre deosebire de alte medicamente.

Farmaceutice Tekmira din Canada au dezvoltat nanos pentru liopsomi, despre care se crede că acționează împotriva hipercolesterolemiei la ficat. Cu toate acestea, unul dintre pacienții test au prezentat simptome similare cu cele ale gripei, iar experimentul a fost apoi oprit.

Bioalianța franceză a folosit nanoparticulele împotriva cancerului de ficat cu medicamentul dexorubicină. Cu toate acestea, trei subiecți au murit din cauza problemelor pulmonare.

Nanoterapia tumorilor cerebrale - hipertermie - este aprobată în UE. Particulele de oxid de fier sunt injectate în creier și excitate acolo cu unde magnetice. Încălzesc tumora și astfel o ucid. Imagistica cu particule magnetice (MPI) poate fi de asemenea folosită pentru a filma inima și vasele de sânge.

Michael Bamberg de la Societatea Germană de Cancer a spus: „Hipertermia va deveni al patrulea pilon al terapiei cancerului - alături de chirurgie, radioterapie și chimioterapie. Ideea lui se bazează pe succesele dovedite de vindecare pentru cancerul de sân, cancerul de piele, tumorile, cancerul intestinal și uterin.

Sunt planificate teste rapide cu nanosenzori pentru detectarea cancerului, teste cu nanohormone, nanoboturi pentru repararea celulelor și nanoparticule pentru a vindeca leziunile măduvei spinării de la persoane paralizate. Unii cercetători cred că pot oferi paraplegicilor o viață normală. Dar este încă cercetare de bază.

Imagistica cu particule magnetice

O nouă tehnică imagistică, Magnetic Particle Imaging, a fost lansată în 2005 de cercetătorii Philips Healthcare. Au prezentat filme tridimensionale cu inimi, vase și tumori și nicio altă metodă nu a putut face acest lucru.

Această tehnică ar face posibilă detectarea problemelor cardiace mult mai repede decât înainte. Medicul ar trebui doar să filmeze inima și împrejurimile sale din exterior și ar putea identifica imediat deteriorarea peretelui cardiac sau a slăbiciunii musculare cardiace. Tot ce trebuie să facă este să injecteze nanoparticule magnetice pacientului. Pe de altă parte, un diagnostic cardiac convențional durează uneori luni.

Organe artificiale

Nanotehnologia te face să te gândești la ce a fost science fiction până de curând, și anume să creezi artificial organe și chiar organisme. Cercetătorii interdisciplinari doresc să combine nanotehnologia cu biotehnologia, informația și știința cognitivă și astfel să creeze inteligență artificială sau să crească capacitățile umane dincolo de granițele naturale.

Aceasta nu este o idee fixă, ci deja o realitate. Astfel, pielea și cartilajul pot fi acum produse artificial. Cu organe mai mari, nanoștiința nu a reușit până acum să furnizeze oxigen și celule nutritive. Încă nu funcționează, deci celulele mor.

Cu toate acestea, Institutul de Tehnologie din Massachusetts, SUA, dezvoltă o metodă de rezolvare a acestei probleme. Un computer proiectează un model de rețea de celule și îl gravă pe o suprafață de siliciu. Acest model este apoi transferat pe material biologic, două straturi sunt așezate unul peste altul și sigilate. Celulele pot adera la această structură. Celulele în sine sunt cultivate în preparate petri. Ficatul și celulele renale au rămas intacte timp de două săptămâni.

Cercetătorii au plantat un „nano-ficat” cu un strat de celule la șobolani. Un ficat are nevoie de aproximativ 30-50 de astfel de straturi pentru a funcționa. Țesătura nano a supraviețuit timp de o săptămână.

Nanotehnologie și știință-ficțiune

Greg Bear a pus bazele nanotehnologiei în science-fiction ca temă centrală în 1985 cu „Blood Music”. Un cercetător crește molecule și le învață o anumită formă de inteligență. El injectează singur una dintre aceste culturi.

Nanobotii se înmulțesc și acționează independent în organism: acuitatea lui vizuală crește, nu mai suferă de răceli. Nanosul evoluează constant și creează un mediu ideal: de la servitori la conducători asupra corpurilor gazdă. Ei reprogramează și controlează cercetătorul.

Acest lucru are avantaje pentru inventatorul său: Supraviețuirea nano-urilor depinde de sănătatea corpului gazdă, astfel încât acestea își îmbunătățesc constant abilitățile.

Dar nu schimbă gazda așa cum ar fi cel mai bine pentru el, ci mai degrabă modul în care nanoorganismele în sine au condiții ideale de viață. Acum progresul științific devine o groază.

În „Domnul tuturor lucrurilor”, Andreas Eschbach a inventat nanorobotii autosuficienți care ucid celulele canceroase: „nano-celule de dimensiuni de virus care recunosc celulele canceroase prin semnăturile lor. În scopuri de control, acestea sunt conectate la medic prin radio, astfel încât să nu poată efectua acțiuni incorecte; conexiunea wireless merge direct la creierul medicului, care este traversat de cabluri nano-groase pentru a ghida celulele de vindecare. Ele funcționează astfel: Mașinile nu dizolvă pur și simplu celulele canceroase; asta ar fi prea periculos, deoarece îți va inunda corpul cu mai multe deșeuri decât poate scurge. În schimb, acestea pătrund în celulă și declanșează apoptoza, mecanismul propriu al celulei de autodistrugere controlată. Majoritatea rămășițelor sunt consumate de leucocitele tale. Tot ceea ce a rămas este transportat de submarinele în sine, depuse în vezica sau intestinul tău ".

Nanotehnologia joacă un rol în multe romane: ca complot central, ca eveniment secundar sau ca fundal.

Bruce Sterling, un inventator al literaturii cyperpunk, s-a concentrat pe nanotehnologie în viziunea sa asupra viitorului de la sfârșitul anilor 90. Se vede ca un futurist și a spus că, odată cu descoperirea internetului, s-au întâmplat multe despre care a scris despre ficțiune - de aceea se ocupă acum de o tehnologie care abia începea.

În 2002, Michael Crichton, autorul Jurassic Park, a publicat „Prada”. Cercetătorii din Nevada dezvoltă nanocamere pentru militari. Dar devin angajați pe cont propriu și ucid tot ceea ce întâlnesc. Ele se înmulțesc și manipulează gândurile și abilitățile motorii ale inventatorilor lor. Nanosul se dezvoltă într-un super organism care copiază forma oamenilor.

Nanosii se comportă apoi ca oamenii, distrug planeta pentru a obține materii prime pentru înmulțirea lor. Ficțiunea științifică, care se gândește mai departe la ceea ce ar fi posibil din punct de vedere tehnic și proiectează un scenariu realist ficțional, nu a fost „Prada”, ci o poveste de modă veche despre „fantomele pe care le-am numit” de către bărbatul Faustian care nu mai are monștrii săi tehnici.

În schimb, Angelika Fehrenbach a scris „Efectul Lotus”, un thriller care rămâne aproape de realitate. Un om de știință de la Spitalul Universitar Marburg observă că o nanotehnologie recent cercetată este riscantă atunci când șobolanii de laborator mor în rânduri. Ea își dă seama că cei responsabili ascund ceva, face unele cercetări și în curând se luptă pentru viața ei.

Jeff Carlsson a publicat „Anul ciumei” în 2007, lucrarea a apărut în germană un an mai târziu ca „Nano”. Nanoparticulele oferă fundalul pentru o postare clasică de finalizare. Complotul este tradițional: inteligența artificială devine independentă și își ucide inventatorii.

Aceste creaturi Frankenstein sunt nano roboți aici. Se înmulțesc și ucid toate animalele cu sânge cald. Oamenii fug în munții înalți pentru că nanosii nu funcționează acolo. Între timp, supraviețuitorii din iarna alpină se luptă cu frigul și foamea. Ei încearcă să se alăture unui grup pe un alt summit care are mai multe mâncare și cazare.

Carlson este bine versat în nanotehnologie; Cu toate acestea, acest lucru nu oferă decât cadrul pentru întrebarea: Cum se comportă oamenii în situații extreme?

Nanoboturile cu auto-acțiune sunt o idee preferată a science fiction. Acestea cutreieră corpul și elimină orice otravă, fiecare tenă, remediează malformațiile celulelor, vindecă rănile interne, regenerează celulele și opresc astfel îmbătrânirea - în fiecare zi timp de 24 de ore.

Dacă ar exista astfel de nanomacine, am putea trăi chiar nesănătos, deoarece acestea ar elimina imediat orice daune.

Riscuri de nanomedicină

Studiile americane din 2002 au arătat economii potențiale în cancerul ovarian din nanomateriale, mai ales pentru că cei tratați au avut mai puține efecte secundare din nanoparticule. Cu toate acestea, efectele secundare nedorite au fost o problemă masivă, cu 100.000 de oameni care au murit în urma acestuia într-un an în Statele Unite.

S-a cercetat puțin riscurile nanotehnologiei și nu se știe ce companii folosesc ce nanosubstanțe. O problemă este probabil să implice nanoparticule care sunt eliberate în mediu; sunt mai mici decât praful fin și rămân în aer mult timp.

Prin urmare, experții solicită un registru central de înregistrare, în care sunt raportate nanosubstanțele și investigații asupra fiecărei substanțe individuale.

Nanoparticulele din sistemele de filtrare, probabil, nu prezintă niciun risc pentru sănătate în funcționare, deoarece sunt sigilate strâns în material plastic. Cu toate acestea, eliminarea va deveni problematică în viitor, deoarece există riscul unui efort similar cu cel al azbestului.

Trebuie evitate toate produsele cu care nanoparticulele sunt eliberate în mediu. De exemplu, particulele nano-argintii din anumite șosete se dizolvă prima dată când sunt spălate, intră în apa uzată acolo și se pot deteriora bacteriile din stațiile de epurare.

Până acum, nimeni nu știe cu adevărat cum ar trebui clasificate riscurile nano-materialului: este vorba despre mărime sau sunt importante proprietățile substanțelor? Este vorba despre cantitatea de substanțe din mediu ca în cazul altor valori prag, sau numărul și structura particulelor sunt de asemenea decisive pentru pericol?

Majoritatea europenilor sunt cu greu conștienți de nanotehnologie și fiecare a treia persoană din Germania nu știe despre ce este vorba. Cei cărora nanotehnologia spune ceva sunt de obicei pozitivi în acest sens.

Devine clar că oamenii care sunt familiarizați cu termenul nanotehnologie și-au dobândit, de obicei, propriile cunoștințe despre acesta și de aceea rareori o devalorizează sau o susțin fără critici.

Asociațiile de protecție a consumatorilor solicită eliminarea nanoparticulelor din produse cosmetice și alimentare până când pot fi clasificate ca inofensive. În Naturland, de exemplu, nanoparticulele sunt interzise.

În Germania, nanomaterialele pot fi considerate atât substanțe active, cât și auxiliare, în funcție de modul de utilizare. Legea germană privind medicamentele arată cum arată controalele de siguranță, adică atât procedurile consultative, cât și testele clinice înainte de aprobare, procedurile de aprobare în sine și monitorizarea și raportarea după aprobare.

Comitetele de etică trebuie să aprobe studiile clinice. Institutul Federal German pentru Droguri și Aparate Medicale monitorizează aprobarea.

Trecerea barierei sânge-creier este deosebit de controversată. Deși face posibilă îmbunătățirea performanței cerebrale a pacienților cu Alzheimer, ea poate fi de asemenea folosită pentru a îmbunătăți performanța la persoanele care nu sunt induse terapeutic - cu efecte secundare neprevăzute.

UE interzice cercetarea metodelor de elaborare a materialelor pentru îmbunătățirea oamenilor sănătoși. Comitetele de etică acordă o atenție deosebită utilizării militare: medicamentele Nanotech ar trebui să crească concentrația dintre soldați sau să le permită să lucreze continuu fără somn. Nu în ultimul rând, nanotehnologia deschide nenumărate oportunități de dezvoltare a agenților de război sintetico-biologici.

Cu toate acestea, comitetele de etică realizează puțin, deoarece proiectele care folosesc nanotehnologia în acest sens au loc în secret.

În timp ce cercetările medicale de astăzi promovează masiv înlocuirea funcțională a părților deteriorate ale corpului cu nanomedicină, eticienii discută problema organelor și protezelor despre care se spune că depășește originalul uman.

Această discuție nu este simplă: Îmbunătățirile organismului care sunt necesare din punct de vedere medical, acceptabile sau inacceptabile sunt definite foarte diferit în societăți.

Dezbaterea despre ceea ce este posibil din punct de vedere medical și tehnic cu nanomedicina și ceea ce este justificat din punct de vedere etic, se desfășoară în prezent separat în Germania. (Dr. Utz Anhalt)

Umfla:

http://www.ingenieur.de/Fachgebiete/Mikro-Nanotechnik

http://www.nano.fraunhofer.de/de/nanotech.html

http://library.fes.de/pdf-files/stabsabteilung/05709.pdf

http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemischen/nanotechnik

Informații despre autor și sursă


Video: What the US health care system assumes about you. Mitchell Katz