Perubatan holistik

Nanomedicine: nanopartikel dalam perubatan


Apa itu nanomedicine? Nanos bermaksud kerdil dalam bahasa Yunani. Jadi ubat kerdil? Yang dimaksudkan adalah teknik yang merawat struktur terkecil dalam tubuh dan menggunakan bahan terkecil untuk merawat penyakit.

Takrif

Ini mengenai struktur yang 10.000 kali lebih kecil daripada rata-rata rambut manusia, nanometer adalah sepersejuta milimeter. Pelbagai nanoproduk yang dihasilkan secara artifisial sudah ada hari ini - ada, misalnya, nanopartikel yang terbuat dari titanium dioksida pada pelindung matahari, nanopartikel perak pada pakaian, dan dalam pembungkusan makanan.

Suruhanjaya EU mentakrifkan: "Nanomaterial adalah bahan semula jadi, proses yang dihasilkan atau dihasilkan yang mengandungi zarah dalam keadaan tidak terikat, sebagai agregat atau sebagai aglomerat dan di mana sekurang-kurangnya 50 peratus zarah mempunyai satu atau lebih dimensi luaran dalam taburan ukuran nombor dalam julat 1 Mempunyai nanometer hingga 100 nanometer. (…) Penyimpangan (…), fullerenes, serpihan graphene dan nanotube karbon dinding tunggal dengan satu atau lebih dimensi luaran kurang dari 1 nanometer hendaklah dianggap sebagai nanomaterials. ”

Pertama, nanoteknologi harus menghasilkan sesuatu yang lebih kecil dan lebih kecil dan oleh itu lebih tepat. Kedua, ia menyediakan akses kepada atom dan molekul dan dengan itu dapat membuat bahan baru dan keseluruhan sistem bahan.

Terdapat nanopartikel semula jadi seperti zarah jelaga, protein dalam darah atau zarah lemak dalam susu. Para penyelidik sama ada membuat nanopartikel sintetik dengan sengaja atau sebagai kesan sampingan, misalnya ketika diesel terbakar.

Apa yang istimewa mengenai nano?

Struktur nano mengembangkan fungsi khas pada tahap atom dan molekul, baik dalam benda bernyawa dan tidak bernyawa. Dekad-dekad yang lalu dibentuk oleh penyelidikan tentangnya: perkara pertama adalah menangkap nanosistem.

Hari ini, saintis menerapkan pengetahuan ini dalam sistem hidup - ini adalah asas perubatan Naon. Seperti teknik baru yang mengganggu tubuh, ia juga melibatkan risiko: sebagai contoh, nanokapsul seharusnya menggunakan ubat di dalam badan tepat di mana penyakitnya, dan ini menjanjikan kemajuan besar dalam perubatan barah, misalnya. Walau bagaimanapun, nanopartikel ini dapat menembusi dinding sel, mengumpulkan di dalam badan atau menyalakan saluran pernafasan.

Bahan nano biasa

Nanosilver: Perak membunuh kuman, dan sains menggunakannya dalam nanopartikel, sebagai contoh sebagai lapisan permukaan pada pemegang pintu, pada pembalut luka atau dalam tekstil - nanosilver membantu melawan bau peluh.

Zarah jelaga dapat dihasilkan secara artifisial untuk berfungsi sebagai pigmen hitam dalam warna, tetapi juga sebagai aditif antistatik dalam plastik.

Nanotube karbon dibina dari karbon, sangat stabil dan plastik yang selamat. Hari ini anda boleh mendapatkannya di basikal kelas atas.

Titanium dioksida menyempurnakan permukaan untuk mengusir kotoran. Ini mempromosikan penguraian bahan organik oleh cahaya matahari dan menjaga warna fasad bangunan tetap bersih, misalnya.

Nanopartikel dalam zink oksida menyerap sinaran UV dari matahari dan oleh itu terdapat di pelindung matahari. Industri ini juga menggunakannya dalam paparan kristal cecair atau LED. Lapisan zink oksida juga mempromosikan kesan sel suria.

Nanomedicine

Robert Freitas yang berwawasan Amerika melihat nanomedicine sebagai zaman kegemilangan: nanorobots dalam masa terdekat seharusnya dapat memperbaiki kerosakan gen, sel darah merah yang dihasilkan secara artifisial mencegah serangan jantung - nanomachines kemudian membunuh virus, memperbaiki sel atau mengisi darah dengan oksigen.

Perubatan menjanjikan banyak dari nanoteknologi. Lebih daripada 100 ubat sudah mengandungi nanopartikel, serta kaedah diagnostik dan peranti yang berfungsi dengan nanopartikel. Dadah lebih kurang mengenai bahan aktif baru daripada keberkesanan baru: nanokapsul, yang hanya membebaskan zat di persekitaran molekul tertentu, seharusnya mengangkut bahan aktif terus ke tempat tujuan.

Ramai doktor mengharapkan kejayaan dalam terapi penyakit neurologi yang berkaitan dengan darah dan otak. Kerana nanopartikel dapat menerobos "penghalang darah-otak" ini. Ini membuka perspektif baru, misalnya untuk Alzheimer dan Parkinson, dan mungkin juga untuk sklerosis berganda.

Peranti, lantai, dinding dan perabot di klinik dengan nano dapat mendorong kemandulan. Bakteria tahan mungkin dapat dikawal dengan lebih baik dengan cara ini. Pembalut luka sudah mengandungi perak nano, misalnya sekiranya berlaku kebakaran.

Nanoteknologi juga harus meningkatkan diagnostik: Nanopartikel disediakan supaya ia melekat pada organ atau sel. Sebagai contoh, tisu tumor dapat dikenal pasti dengan zarah nano-besi oksida.

Ini membawa kepada kemungkinan nanoterapi dalam masa terdekat: dalam perubatan barah, nanoteknologi akan segera digunakan untuk mengenal pasti dan melawan tumor. Hari ini, doktor sudah bereksperimen dengan rawatan barah di mana zarah nano-besi oksida magnetik secara elektromagnet memanaskan tumor dan dengan itu memusnahkan sel-sel barah.

Sebagai contoh, nanocapsules boleh mengandungi sel pankreas, melepaskan insulin dalam darah, dan dengan itu dapat merawat diabetes.

Sudah ada ubat gigi, Theramed S.O.S. Sensitif berdasarkan nanopartikel. Dia membina lapisan bahan gigi tiruan dengan nanopartikel; jadi gigi mesti terasa kurang sakit.

Hydroxyapatite serupa dengan mineral di tulang dan implan gigi tumbuh separuh lebih baik, nanomaterial memendekkan proses hingga dua minggu, berbeza dengan 2-4 bulan konvensional.

Silikon nanopori atau titanium dioksida dicirikan oleh struktur lubang. Ini merangsang pertumbuhan tulang pada implan, menghentikan keradangan dengan melepaskan bahan aktif seperti span.

Nanoteknologi pasti akan menjadi sangat penting untuk implantasi lain, kerana permukaan yang terbuat dari nanopartikel dapat dihubungkan dengan lebih baik dengan organ biologi dan alat buatan daripada dengan kaedah konvensional. Sama ada alat pacu jantung atau endoprostheses seperti sendi lutut, pinggul atau bahu buatan: lapisan nano cenderung mengurangkan pertahanan badan terhadap badan asing.

Hydroxyapatite sudah boleh disuntik sebagai pes untuk membina tulang. Nanomaterial seperti itu boleh diterima dengan baik kerana menyerupai komponen mineral di dalam tulang. Langkah seterusnya adalah menjadi hidroksiapatit, yang digabungkan dengan nanotube karbon dalam matriks komposit dan berfungsi sebagai simen tulang.

Mangsa kecelakaan tidak lama lagi dapat memanfaatkan tisu pengganti dalam bentuk komposit kaca-kolagen dalam format nano yang menyokong kulit tiruan dan tulang tiruan. Di samping itu, implan dengan nanoteknologi dikatakan lebih stabil daripada yang konvensional.

Sudah pada tahun 1998, syarikat Abraxis BioScience LLC di AS telah melakukan ujian klinikal dengan nanomedicine untuk melawan barah. Ejen Abaxane akhirnya diluluskan. Ia terdiri daripada paclitaxel dan albumin yang tidak larut, albumin ini mengikat protein SPARC, yang dipengaruhi oleh barah pankreas - tidak seperti ubat lain.

Tekmira Pharmaceuticals dari Kanada mengembangkan nanos untuk liopsomes, yang dianggap bertindak melawan hiperkolesterolemia di hati. Namun, salah seorang pesakit ujian menunjukkan gejala yang serupa dengan selesema, dan percubaan kemudian dihentikan.

French Bioalliance Pharma menggunakan nanopartikel untuk melawan barah hati dengan ubat dexorubicin. Walau bagaimanapun, tiga subjek mati kerana masalah paru-paru.

Nanoterapi tumor otak - hipertermia - diluluskan di EU. Zarah besi oksida disuntik ke otak dan teruja di sana dengan gelombang magnet. Mereka memanaskan tumor dan dengan demikian membunuhnya. Pencitraan zarah magnetik (MPI) juga dapat digunakan untuk memfilmkan jantung dan saluran darah.

Michael Bamberg dari Persatuan Kanser Jerman mengatakan: "Hyperthermia akan menjadi tonggak terapi barah keempat - di samping pembedahan, terapi radiasi dan kemoterapi. Ideanya berdasarkan kejayaan penyembuhan yang terbukti untuk barah payudara, barah kulit, tumor, barah usus dan rahim.

Ujian pantas dengan nanosensor untuk mengesan barah, ujian nanohormone, nanobots untuk memperbaiki sel dan nanopartikel untuk menyembuhkan kecederaan saraf tunjang dari orang yang lumpuh dirancang. Sebilangan penyelidik percaya bahawa mereka dapat memberi paraplegik kehidupan yang normal. Tetapi ia masih merupakan penyelidikan asas.

Pengimejan zarah magnetik

Teknik pengimejan baru, Magnetic Particle Imaging, dilancarkan pada tahun 2005 oleh penyelidik Philips Healthcare. Mereka memaparkan filem tiga dimensi hati, kapal, dan tumor, dan tidak ada kaedah lain yang dapat melakukannya.

Teknik ini memungkinkan untuk mengesan masalah jantung lebih cepat daripada sebelumnya. Doktor hanya perlu memfilmkan jantung dan persekitarannya dari luar dan dapat segera mengenal pasti kerosakan pada dinding jantung atau kelemahan otot jantung. Yang harus dia lakukan ialah menyuntikkan nanopartikel magnetik ke dalam pesakit. Diagnosis jantung konvensional, sebaliknya, kadang-kadang memerlukan masa berbulan-bulan.

Organ buatan

Nanoteknologi membuat anda berfikir tentang fiksyen sains sehingga baru-baru ini, iaitu untuk membuat organ dan organisma secara buatan. Penyelidik antara disiplin ingin menggabungkan nanoteknologi dengan bioteknologi, maklumat dan sains kognitif dan dengan itu mencipta kecerdasan buatan atau meningkatkan kemampuan manusia di luar batas semula jadi.

Ini bukan idea tetap, tetapi sudah menjadi kenyataan. Ini adalah bagaimana kulit dan tulang rawan kini dapat dihasilkan secara buatan. Dengan organ yang lebih besar, nanosains sejauh ini gagal membekalkan sel oksigen dan nutrien. Ia belum berfungsi, jadi sel mati.

Walau bagaimanapun, Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, Amerika Syarikat sedang mengembangkan kaedah untuk menyelesaikan masalah ini dengan tepat. Komputer merancang corak rangkaian sel dan memahatnya ke permukaan silikon. Corak ini kemudian dipindahkan ke bahan biologi, dua lapisan diletakkan di atas satu sama lain dan ditutup. Sel boleh mematuhi struktur ini. Sel-sel itu sendiri ditanam dalam piring petri. Sel hati dan ginjal tetap utuh selama dua minggu.

Para penyelidik menanam "nano-liver" dengan lapisan sel pada tikus. Hati memerlukan sekitar 30-50 lapisan sedemikian untuk berfungsi. Kain nano bertahan selama seminggu.

Nanoteknologi dan fiksyen sains

Greg Bear mewujudkan nanoteknologi dalam fiksyen sains sebagai tema utama pada tahun 1985 dengan "Muzik Darah". Seorang penyelidik menanam molekul dan mengajarnya beberapa bentuk kecerdasan. Dia menyuntik salah satu budaya ini sendiri.

Nanobots kini berlipat ganda dan bertindak secara bebas di dalam badan: ketajaman penglihatannya meningkat, dia tidak lagi menderita selesema. Nanos sentiasa berkembang dan mewujudkan persekitaran yang ideal: dari hamba hingga penguasa di atas badan tuan rumah mereka. Mereka memprogram semula dan mengawal penyelidik.

Ini mempunyai kelebihan bagi penciptanya: Kelangsungan hidup nano bergantung pada kesihatan badan tuan rumah, dan mereka terus meningkatkan kemampuannya.

Tetapi mereka tidak mengubah tuan rumah kerana ini adalah yang terbaik untuknya, melainkan bagaimana nanoorganisme itu sendiri mempunyai keadaan hidup yang ideal. Kini kemajuan saintifik menjadi ngeri.

Dalam "Lord of all things", Andreas Eschbach mencipta nanorobots mandiri yang membunuh sel barah. "Sel nano bersaiz virus yang mengenali sel barah dengan tanda tangan mereka. Untuk tujuan kawalan, mereka dihubungkan dengan doktor melalui radio sehingga mereka tidak dapat melakukan tindakan yang salah; sambungan tanpa wayar terus ke otak doktor, yang dilalui oleh kabel tebal nano untuk memandu sel-sel penyembuhan. Mereka berfungsi seperti berikut: Mesin tidak hanya melarutkan sel barah; itu akan terlalu berbahaya kerana akan membanjiri badan anda dengan lebih banyak sisa daripada yang dapat disalirkan. Sebagai gantinya, mereka menembusi sel dan mencetuskan apoptosis, mekanisme sel itu sendiri untuk memusnahkan diri sendiri. Sebilangan besar mayat dimakan oleh leukosit anda. Semua yang tersisa diangkut oleh kapal selam sendiri, disimpan di pundi kencing atau usus anda. "

Nanoteknologi berperanan dalam banyak novel: sebagai plot utama, sebagai acara sampingan atau sebagai latar belakang.

Bruce Sterling, penemu sastera cyperpunk, telah memfokuskan pada nanoteknologi dalam visi masa depannya sejak akhir 1990-an. Dia melihat dirinya sebagai futuris dan mengatakan bahawa dengan terobosan internet banyak yang telah dia tulis dalam fiksyen - itulah sebabnya dia sekarang berhadapan dengan teknologi yang baru bermula.

Pada tahun 2002, Michael Crichton, pengarang Jurassic Park, menerbitkan "Prey". Penyelidik di Nevada mengembangkan nanocameras untuk tentera. Tetapi mereka menjadi pekerja sendiri dan membunuh semua yang mereka temui. Mereka melipatgandakan dan memanipulasi pemikiran dan kemahiran motor pencipta mereka. Nanos berkembang menjadi organisma super yang menyalin bentuk orang.

Nanos kemudian berkelakuan seperti manusia, mereka memusnahkan planet ini untuk mendapatkan bahan mentah untuk pendaraban mereka. Fiksyen sains, yang memikirkan lebih jauh tentang apa yang mungkin secara teknis dan merancang senario realistik fiksyen, bukan "Prey", tetapi cerita kuno tentang "hantu yang saya panggil" oleh lelaki Faustian yang tidak lagi mengendalikan raksasa teknikalnya.

Sebaliknya, Angelika Fehrenbach menulis "The Lotus Effect", sebuah thriller yang tetap dekat dengan kenyataan. Seorang saintis di University University Marburg menyedari bahawa nanoteknologi yang baru diteliti berisiko apabila tikus makmal mati dalam barisan. Dia menyedari bahawa mereka yang bertanggungjawab menyembunyikan sesuatu, melakukan penyelidikan dan segera memperjuangkan hidupnya.

Jeff Carlsson menerbitkan "Plague Year" pada tahun 2007, karya tersebut muncul dalam bahasa Jerman setahun kemudian sebagai "Nano". Nanopartikel memberikan latar belakang untuk catatan waktu akhir klasik. Plotnya tradisional: kecerdasan buatan menjadi pekerja sendiri dan membunuh penciptanya.

Makhluk Frankenstein ini adalah robot nano di sini. Mereka membiak dan membunuh semua haiwan berdarah panas. Orang melarikan diri ke gunung tinggi kerana nano tidak berfungsi di sana. Sementara itu, mangsa yang selamat di musim sejuk alpine melawan keseimbangan dan kelaparan. Mereka berusaha untuk menyertai kumpulan di puncak lain yang mempunyai lebih banyak makanan dan tempat tinggal.

Carlson mahir dalam bidang nanoteknologi; namun, ini hanya menyediakan kerangka untuk persoalan: Bagaimana tingkah laku orang dalam situasi yang melampau?

Nanobot bertindak sendiri adalah idea kegemaran fiksyen sains. Ini berkeliaran di tubuh dan menghilangkan setiap racun, setiap cacing pita, mereka memperbaiki kerosakan sel, menyembuhkan luka dalaman, mereka menjana semula sel dan dengan itu menghentikan penuaan - dan setiap hari selama 24 jam.

Sekiranya terdapat nanomachines seperti itu, kita bahkan dapat hidup dengan tidak sihat kerana mereka akan segera menghilangkan kerosakan.

Risiko Nanomedicine

Kajian Amerika dari tahun 2002 menunjukkan kemungkinan penjimatan kanser ovari dari bahan nano, terutamanya kerana mereka yang dirawat mempunyai kesan sampingan yang lebih sedikit daripada nanopartikel. Walau bagaimanapun, kesan sampingan yang tidak diingini adalah masalah besar, dengan 100,000 orang mati akibatnya dalam satu tahun di Amerika Syarikat.

Tidak banyak yang diteliti mengenai risiko nanoteknologi, dan tidak diketahui syarikat mana yang menggunakan bahan nano. Satu masalah kemungkinan melibatkan nanopartikel yang dilepaskan ke persekitaran; mereka lebih kecil daripada habuk halus dan tinggal di udara untuk jangka masa yang panjang.

Oleh itu para pakar meminta daftar pendaftaran pusat, di mana bahan-bahan nano dilaporkan, dan penyiasatan ke atas setiap bahan.

Nanopartikel dalam sistem penapis mungkin tidak menimbulkan risiko kesihatan semasa beroperasi kerana tertutup rapat dengan plastik. Akan tetapi, pembuangan akan menjadi bermasalah di masa depan, kerana ada risiko usaha serupa dengan asbes.

Semua produk dengan nanopartikel dilepaskan ke persekitaran harus dielakkan. Sebagai contoh, zarah nano-perak pada kaus kaki tertentu larut pada kali pertama mereka dibasuh, masuk ke air sisa di sana dan mungkin membahayakan bakteria di loji rawatan kumbahan.

Setakat ini, tidak ada yang benar-benar tahu bagaimana risiko bahan nano harus diklasifikasikan: adakah ukuran atau sifat zat itu penting? Apakah mengenai jumlah zat di lingkungan seperti nilai ambang batas lainnya, atau apakah bilangan dan struktur zarah juga menentukan bahaya?

Sebilangan besar orang Eropah hampir tidak menyedari nanoteknologi, dan setiap orang ketiga di Jerman tidak tahu apa itu. Mereka yang nanoteknologi mengatakan sesuatu biasanya positif mengenainya.

Menjadi jelas bahawa orang yang biasa dengan istilah nanoteknologi biasanya memperoleh pengetahuan mereka sendiri tentangnya dan itulah sebabnya mereka jarang menilai atau menyokongnya tanpa kritikan.

Persatuan perlindungan pengguna meminta nanopartikel dikeluarkan dari kosmetik dan makanan sehingga boleh diklasifikasikan sebagai tidak berbahaya. Di Naturland, misalnya, nanopartikel dilarang.

Di Jerman, bahan nano boleh dianggap sebagai bahan aktif dan tambahan, bergantung pada bagaimana ia digunakan. Akta Ubat-ubatan Jerman menentukan bagaimana pemeriksaan keselamatan, seperti prosedur penasihat dan ujian klinikal sebelum diluluskan, prosedur kelulusan itu sendiri dan pemantauan dan pelaporan setelah diluluskan.

Jawatankuasa etika mesti meluluskan ujian klinikal. Institut Persekutuan Dadah dan Perubatan Persekutuan Jerman memantau kelulusan.

Penyeberangan penghalang darah-otak sangat kontroversial. Walaupun memungkinkan untuk meningkatkan prestasi otak pesakit Alzheimer, ia juga dapat digunakan untuk meningkatkan prestasi pada orang yang tidak disebabkan terapi - dengan kesan sampingan yang tidak dapat diramalkan.

EU melarang penyelidikan mengenai kaedah untuk mengembangkan bahan untuk meningkatkan orang yang sihat. Jawatankuasa etika memberi perhatian khusus kepada penggunaan ketenteraan: Ubat Nanotech harus meningkatkan kepekatan di kalangan tentera atau membolehkan mereka bekerja secara berterusan tanpa tidur. Akhir sekali, nanoteknologi membuka banyak peluang untuk mengembangkan agen perang sintetik-biologi.

Walau bagaimanapun, jawatankuasa etika mencapai sedikit kerana projek yang menggunakan nanoteknologi dalam pengertian ini berlaku secara rahsia.

Walaupun penyelidikan perubatan sebenar kini secara besar-besaran mempromosikan penggantian fungsi bahagian tubuh yang rosak dengan nanomedicine, ahli etika membincangkan masalah organ dan prostesis yang dikatakan melebihi asal manusia.

Perbincangan ini tidak mudah: Penambahbaikan dalam badan yang diperlukan secara perubatan, boleh diterima atau tidak dapat diterima didefinisikan dengan sangat berbeza dalam masyarakat.

Perbahasan mengenai apa yang mungkin dari segi perubatan dan teknikal dengan nanomedicine dan apa yang dibenarkan secara etika sedang berlangsung secara berasingan di Jerman. (Dr. Utz Anhalt)

Membengkak:

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

Maklumat pengarang dan sumber


Video: Nanomedicine for drug delivery - Srinivas Sridhar (Disember 2020).