Facebook Google+ Twitter

Pozycja materiału w rankingach:

1127 miejsce

Czy nanotechnologia dokona rewolucji w medycynie?

Nanotechnologia jest dziedziną nauki, która ostatnio bardzo prężnie się rozwija, a jej osiągnięcia znalazły zastosowanie również w medycynie, zwłaszcza w diagnostyce, ale także terapia zaczyna coraz częściej z niej korzystać.

File URL: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ad/CSIRO_ScienceImage_1341_Nanotechnology.jpg CSIRO [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons / Fot. CSIROCzym jest nanotechnologia?

Nanotechnologia to absolutnie nowa jakość w technologiach i jednocześnie coś tak bardzo innego, że tak naprawdę nie mamy do czego jej porównać. Jest to działanie w świecie małych obiektów, których rozmiary sięgają pojedynczych cząsteczek związków chemicznych. Najmniejsze obiekty jakimi człowiek dotychczas się zajmował, mieściły się w skali mikro, czyli były opisywane w milionowych częściach metra. Praktycznie wystarczało to do zajmowania się opisem anatomicznym komórek organizmów żywych oraz niektórych ich części strukturalnych. Ograniczenie badania mniejszych struktur wynikało z rozdzielczości mikroskopów optycznych. Zdolność rozdzielcza mikroskopu jest to najmniejsza odległość dzieląca dwa punkty, które w obrazie mikroskopowym są dostrzegalne oddzielnie.

Rozróżnianie dwóch oddzielnych punktów leżących jeszcze bliżej siebie stało się możliwe dopiero po wynalezieniu mikroskopu elektronowego (1931 rok).

Nanotechnologia to zestaw technik i sposobów tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych, czyli na poziomie pojedynczych atomów i cząsteczek. Można to zapisać w następujący sposób:
1 nm = 0,001 μm = 0,000 000 001 m = 10 - 9 m
Dla porównania: krwinka czerwona ma średnicę 6000-8000 nm.
Na odcinku jednego nanometra (1 nm) można „ustawić” w rzędzie obok siebie 3,3 cząsteczki wody lub 10 pojedynczych atomów wodoru.

Dzięki operacji na cząsteczkach w rozmiarze nano można myśleć o rewolucyjnych przedsięwzięciach, które były nierealne w skali mikro. Nanotechnologia zajmuje się obiektami, których choćby jeden wymiar mieści się poniżej 100 nm.

Dlaczego nanotechnologia poszerza możliwości diagnostyczne i lecznicze?

Podczas pracy na małych obiektach uzyskujemy bardzo ważną cechę - zwiększenie stosunku powierzchni do objętości, przez co cząsteczki są bardziej reaktywne chemicznie. Już tylko ta pojedyncza cecha sprawia, że można drastycznie zmniejszyć dawkę leku bez osłabienia jego działania terapeutycznego.

Nanotechnologia pozwoliła opracować nowe materiały (zwane nanomateriałami), które mają szereg pożądanych przez nas właściwości, takich jak: działanie bakteriobójcze, wzbudzenie magnetyzmu cząsteczek, zwiększenie przewodnictwa bądź oporności elektrycznej, zwiększona odporność na korozję i ścieranie, działanie zwiększenie plastyczności i szeregu innych. Nanomateriałami nazywa się polikrystaliczne ciała stałe, których jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm (chodzi o wielkość ziaren, bądź grubość warstw wytworzonych lub naniesionych na podłoże).

Ogromnym zainteresowaniem cieszą się również tzw. fulereny i nanorurki węglowe. Te pierwsze wykrył w 1985 roku Harold Kroto (nagroda Nobla 1996 rok). Jako ciekawostka – jego dziadkowie pochodzili z Polski, z Bojanowa. Natomiast nanorurki wykryto w latach 90. XX wieku.



Przykłady zastosowań nanotechnologii w medycynie

Doniesienia o nowych zastosowaniach tej techniki w medycynie mamy praktycznie na bieżąco, ponieważ konkretne rozwiązania przechodzą żmudne badania laboratoryjne i obecnie są już wdrażane w klinice.

Nanotechnologia pozwala np. na konstruowanie nanorobotów z zainstalowaną kamerą, które są w stanie dotrzeć do trudno dostępnych miejsc w organizmie. Skonstruowanie tychże robotów może przyczynić się do zastąpienia bardzo ingerencyjnych, bolesnych bądź nieprzyjemnych dla pacjenta metod badania, takich jak gastroskopia (obrazowe badanie żołądka) czy kolonoskopia (obrazowe badanie jelita grubego).

Nanomateriały są stosowane w obrazowaniu tkanek patologicznych, czyli prościej rzecz ujmując służą do wykrywania raka. Na przykład:

• Aby wykryć kolczystokomórkowego raka skóry głowy i szyi, stosuje się nanocząsteczki srebra, jako biosensory optyczne.

• Do wykrywania komórek nowotworowych wykorzystuje się również tzw. kropki kwantowe, czyli półprzewodnikowe nanokryształy, które są bardzo przydatne do diagnostyki z tego powodu, iż w zależności od ich rozmiaru emitują różną barwę. Możemy za ich pomocą, gdy oznakujemy interesujące nas obiekty śledzić ich zmiany jakie zachodzą w organizmie. Wykorzystuje się do tego celu mikroskop fluoroscencyjny. Specyficzne przeciwciała przyłączone do płaszcza kropek kwantowych wykrywają markery nowotworowe, czyli substancje znajdujące się we krwi i moczu, których stężenie może wskazać ryzyko wystąpienia nowotworu. Wstrzyknięcie takiego znacznika w okolice operowanego guza bardziej go uwidacznia i ułatwia pracę chirurgowi.

• Nanocząsteczki mogą również oddziaływać magnetycznie. Mają one zdolność do superparamagnetyzmu. Gdy wprowadzimy takie nanocząsteczki, które oddziaływają magnetycznie do organizmu to spowoduje to zaburzenie lokalnego pola magnetycznego, co z kolei spowoduje zmniejszenie czasu relaksacji (parametr układu określający szybkość powrotu układu do stanu równowagi), a to zjawisko wykorzystuje się w czasie przeprowadzania obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, Dzięki temu możemy o wiele sprawniej odróżniać tkanki chore od zdrowych.

• Również przy pomocy fulerenów obrazujemy nowotwory i węzły chłonne przy ogniskach nowotworowych, lokalizując w ten sposób tzw. węzeł wartowniczy, co pomaga chirurgowi usunąć tylko chore części układu limfatycznego, a nie tak jak dotychczas robiono – usuwano profilaktycznie rozległe obszary okaleczając niepotrzebnie pacjenta.
Gdy powleczemy wspomniane wyżej kropki kwantowe biomolekułami, to można wtedy wykrywać i śledzić za ich pomocą wędrówki pasożytów w organizmie żywiciela, obserwować wirusy i inne drobnoustroje.

Niesamowitą przydatność w medycynie daje złoto. W postaci nano może np. pomóc w domowych warunkach przy wykrywaniu ciąży. W 1985 jedna z firm zaczęła produkować test ciążowy oparty na technologii nano. W okienkach na teście ciążowym znajduje się niewielka ilość nanozłota z załączonym białkiem, który rozpoznaje hormon i wiąże się z nim, wówczas cząsteczki nanozłota aglomerują i zmieniają kolor z czerwonego na niebieski jeśli hormon jest obecny w badanej próbce, a pozostają czerwone gdy go nie ma. Na bardzo podobnej zasadzie opracowano testy na HIV, które mają być bardzo czułe oraz o wiele tańsze w porównaniu do tradycyjnej metody, co może umożliwić przeprowadzenie masowych badań.

Naukowcy pracują również nad wykrywaniem choroby Alzheimera za pomocą nanotechnologicznych rozwiązań. Już udało się wykryć marker choroby Alzheimera w płynie mózgowo-rdzeniowym, osoczu i surowicy. Ta metoda, która jest jeszcze w fazie testów ma za zadanie wykrywać już bardzo małe ilości tego markera, aby odpowiednio wcześnie zacząć leczenie, a nie dopiero w momencie, gdy już są objawy i następuje degeneracja układu nerwowego.

Magnetyczne drobiny w rozmiarze nano być może będą mogły służyć do pobierania próbek tkanek ludzkich np. układu pokarmowego lub moczowego, czyli do biopsji. W tej chwili testy zostały przeprowadzone tylko na zwierzętach i badania jeszcze nie przeszły do fazy badań klinicznych. Drobiny te zwane mikro-chwytakami mają być wprowadzone do organizmu otoczone specjalną powłoką i te cząstki mają być automatycznie aktywowane przez ciepłotę ciała. Nie będzie potrzebne do tego żadne zasilanie. Dzięki swoim magnetycznym właściwościom mają być łatwo usuwalne z ludzkiego organizmu. Jeżeli wprowadzimy wiele takich drobin to będzie można pobrać więcej tkanki, działając mniej inwazyjnie na organizm. Te drobne urządzenia diagnostyczne są produkowane tym samym procesem, którym są produkowane chipy komputerowe czyli za pomocą fotolitografii - za pomocą procesu opartego na półprzewodnikach.

Skonstruowane zostały nano-czujniki, które są w stanie zmierzyć poziom chorobotwórczych toksyn już w obszarze pojedynczej komórki. Do tego celu zostały wykorzystane nanorurki węglowe.

W przyszłości prawdopodobnie będzie możliwe rozstrzygniecie, czy mamy do czynienia z konkretną chorobą (np. cukrzycą) na podstawie analizy zawartości wydychanego powietrza. Aby zaistniała taka możliwość należy skonstruować superczułe urządzenia. Mogłyby one działać podobnie do tranzystorów, czyli jeżeli określone białka będą obecne to powinny się one przyczepić do nanomateriału i zmienić parametry przepływającego prądu, co już byłoby mierzalne.
Możliwością do szerszych badań nad nowotworami, chemotaksją, czyli reakcją ruchową na bodźce chemiczne, oddziaływań międzykomórkowych jest technologia opracowana przez naukowców polegająca na zamykaniu pojedynczych komórek w klatki w kształcie piramidek. Po pewnym czasie komórki zaczną szukać kontaktu między sobą i wypuszczać wypustki szukając ze sobą kontaktu.

Podsumowanie

Coraz więcej interwencji medycznych, zarówno diagnostycznych jak i leczniczych, posługuje się technikami wypracowanymi przez nanotechnologiię. W związku z tym można śmiało powiedzieć, że nanotechnologia dokonała już rewolucji w medycynie. Daje jej szerokie możliwości pozwalając zmniejszyć inwazyjność diagnostyki u chorego, co w sumie usprawnia jego leczenie, bądź nawet wręcz je umożliwia, gdyż dotychczas znane technologie nie były w stanie tego dokonać.

Wybrane dla Ciebie:




Komentarze (0):

Jeśli chcesz dodawać komentarze, musisz się zalogować.

Najpopularniejsze

Copyright 2016 Wiadomosci24.pl

Korzystamy z cookies i local storage.

Bez zmiany ustawień pliki są zapisywane na urządzeniu. Więcej przeczytasz tutaj.