Наномедицин: наночастици в медицината

Наномедицин: наночастици в медицината

Какво е наномедицина? Nanos означава джудже на гръцки. Значи лекарство джудже? Има се предвид техника, която третира най-малките структури в тялото и използва най-малките материали за лечение на заболявания.

Дефиниция

Става дума за структури, които са 10 000 пъти по-малки от средната стойност на човешката коса, нанометърът е милионна част от милиметъра. Днес вече съществуват различни изкуствено произведени нанопродукти - има например наночастици, изработени от титанов диоксид в слънцезащитен крем, сребърни наночастици в дрехите и в опаковки на храни.

Комисията на ЕС определя: „Наноматериалът е естествен, генериран от процеса или произведен материал, който съдържа частици в несвързано състояние, като агрегат или като агломерат и в който най-малко 50 процента от частиците имат едно или повече външни размери в разпределението на размера на броя в обхвата 1 Имайте нанометри до 100 нанометра. ...

Първо, нанотехнологиите трябва да произвеждат неща по-малки и по-малки и следователно по-точно. Второ, той осигурява достъп до атоми и молекули и по този начин може да създаде нови материали и цели материални системи.

Има естествени наночастици като частици сажди, протеини в кръвта или мастни частици в млякото. Изследователите или създават синтетични наночастици нарочно или като страничен ефект, например когато дизелът гори.

Какво е особеното в нано?

Наноструктурите развиват специални функции на ниво атоми и молекули, както в живата, така и в неживата материя. Изминалите десетилетия бяха оформени от изследванията върху него: първото нещо беше да се уловят наносистемите.

Днес учените прилагат това знание в живите системи - това е основата на медицината на Наон. Подобно на всяка нова техника, която пречи на тялото, тя също включва рискове: например, нанокапсулите трябва да използват лекарства в тялото точно там, където се намират болестите, и това обещава огромен напредък в медицината за рак, например. Тези наночастици обаче биха могли да проникнат в клетъчните стени, да се съберат в тялото или да запалят дихателните пътища.

Чести наноматериали

Nanosilver: Среброто убива микробите и науката използва това в наночастиците, например като повърхностен слой на дръжките на вратите, в превръзки за рани или в текстил - nanosilver помага срещу миризмата на пот.

Частиците от сажди могат да бъдат произведени изкуствено, за да служат като черен пигмент в цветове, но и като антистатична добавка в пластмасите.

Въглеродните нанотръби са изградени от въглерод, са много стабилни и по този начин са сигурни пластмаси. Днес можете да ги намерите в велосипеди от най-висок клас.

Титановият диоксид рафинира повърхностите, за да отблъсне замърсяванията. Той насърчава разлагането на органични материали чрез слънчева светлина и поддържа цвета на фасадите на сградите чист, например.

Наночастиците в цинков оксид абсорбират UV лъчението от слънцето и затова се намират в слънцезащитен крем. Индустрията го използва и в течнокристални дисплеи или светодиоди. Покритията с цинков оксид също насърчават ефекта на слънчевите клетки.

Наномедицина

Американският визионер Робърт Фрейтас вижда наномедицината като златна епоха: нанороботите в близко бъдеще трябва да поправят увреждането на гените, изкуствено произведените червени кръвни клетки предотвратяват сърдечните атаки - след това наномашините убиват вируси, поправят клетките или зареждат кръвта с кислород.

Медицината обещава много от нанотехнологиите. Повече от 100 лекарства вече съдържат наночастици, както и диагностични методи и устройства, които работят с наночастици. Лекарствата са по-малко за новите активни съставки, отколкото за новата ефективност: нанокапсулите, които освобождават само веществата в околната среда на определени молекули, трябва да транспортират активните съставки директно до местоназначението им.

Много лекари очакват основен етап в медицината за терапията на неврологични заболявания, които са свързани с кръвта и мозъка. Защото наночастиците могат да пробият тази „кръвно-мозъчна бариера“. Това отваря нови перспективи, например за болестта на Алцхаймер и Паркинсон, а вероятно и за множествена склероза.

Устройства, подове, стени и мебели в клиники с нанос могат да насърчават стерилността. Устойчивите бактерии вероятно могат да бъдат по-добре контролирани по този начин. Превръзките за рани вече съдържат нано-сребро, например в случай на пожарни наранявания.

Нанотехнологиите също трябва да подобрят диагностиката: наночастиците са подготвени така, че да се придържат към органи или клетки. Например, туморната тъкан може да бъде идентифицирана с частици нано-железен оксид.

Това води до вероятни нанотерапии в близко бъдеще: в раковата медицина скоро нанотехнологиите ще бъдат използвани за идентифициране и борба с туморите. Днес лекарите вече експериментират с лечение на рак, при което магнитните частици от нано-железен оксид електромагнитно нагряват тумора и по този начин унищожават раковите клетки.

Например, нанокапсулите могат да съдържат клетки на панкреаса, да отделят инсулин в кръвта и по този начин да лекуват диабет.

Вече има паста за зъби, Theramed S.O.S. Чувствителен на базата на наночастиците. Тя изгражда слой от изкуствен зъбен материал с наночастици; така че зъбите трябва да чувстват по-малко болка.

Хидроксиапатитът е подобен на минералите в костите, а зъбните импланти растат наполовина по-добре, наноматериалът скъсява процеса до две седмици, за разлика от конвенционалните 2-4 месеца.

Нанопорестият силициев или титанов диоксид се характеризира с дупкови структури. Те стимулират растежа на костите върху имплантите, спират възпалението, като отделят активни вещества като гъба.

Нанотехнологиите несъмнено ще станат особено важни за други имплантации, защото повърхностите, направени от наночастици, могат да бъдат по-добре свързани с биологични органи и изкуствени устройства, отколкото с конвенционалните методи. Независимо дали са пейсмейкъри или ендопротези, като изкуствени коленни, тазобедрени или раменни стави: нанослоевете вероятно ще намалят защитата на организма срещу чужди тела.

Хидроксиапатитът вече може да се инжектира като паста за изграждане на кости. Такъв наноматериал се понася добре, защото наподобява минералните компоненти в костта. Следващата стъпка е да бъдат хидрооксиапатитите, които се комбинират с въглеродни нанотръби в композитна матрица и служат като костен цимент.

Жертвите на инциденти скоро могат да се възползват от заместваща тъкан под формата на стъкло-колагенови композити в нано-формат, които поддържат изкуствената кожа и изкуствените кости. Освен това се казва, че имплантите с нанотехнологии са по-стабилни от конвенционалните.

Още през 1998 г. компанията Abraxis BioScience LLC в САЩ проведе клинични тестове с наномедицина срещу рак. Абаксановият агент е окончателно одобрен. Състои се от неразтворим паклитаксел и албумин, този албумин се свързва с протеина SPARC, който е засегнат от рак на панкреаса - за разлика от други лекарства.

Tekmira Pharmaceuticals от Канада разработи нанос за лиопсоми, за които се смята, че действат срещу хиперхолестеролемия в черния дроб. Въпреки това, един от пациентите с теста показа симптоми, подобни на тези на грипа, и след това експериментът беше спрян.

Френската фармация Bioalliance използва наночастици срещу рак на черния дроб с лекарството дексорубицин. Трима души обаче са починали от белодробни проблеми.

Нанотерапията на мозъчните тумори - хипертермия - е одобрена в ЕС. Частиците от железен оксид се инжектират в мозъка и се възбуждат там с магнитни вълни. Те загряват тумора и по този начин го убиват. Образуването на магнитни частици (MPI) също може да се използва за филмиране на сърцето и кръвоносните съдове.

Майкъл Бамберг от германското дружество за борба с рака заяви: „Хипертермията ще се превърне в четвъртия стълб на терапията на рака - наред с хирургията, лъчетерапията и химиотерапията. Идеята му се основава на доказани лечебни успехи при рак на гърдата, рак на кожата, тумори, рак на червата и матката.

Планират се бързи тестове с наносензори за откриване на рак, нанохормонови тестове, наноботи за поправяне на клетки и наночастици за излекуване на увреждания на гръбначния мозък от парализирани хора. Някои изследователи смятат, че те могат да дадат на параплегиците нормален живот. Но все пак това е основно проучване.

Обработка на магнитни частици

Нова техника за образна диагностика, магнитна обработка на частици, беше въведена през 2005 г. от изследователи на Philips Healthcare. Те представиха триизмерни филми на сърца, съдове и тумори и никой друг метод не можеше да направи това.

Тази техника би направила възможно откриването на сърдечни проблеми много по-бързо от преди. Лекарят ще трябва само да заснеме сърцето и околностите му отвън и веднага може да установи увреждане на сърдечната стена или слабост на сърдечния мускул. Всичко, което трябва да направи, е да инжектира магнитни наночастици в пациента. Конвенционалната сърдечна диагноза, от друга страна, понякога отнема месеци.

Изкуствени органи

Нанотехнологиите ви карат да се замислите какво беше научната фантастика доскоро, а именно изкуственото създаване на органи и дори организми. Интердисциплинарните изследователи искат да комбинират нанотехнологиите с биотехнологиите, информацията и когнитивните науки и по този начин да създадат изкуствен интелект или да увеличат човешките възможности извън естествените граници.

Това не е фиксирана идея, а вече е реалност. Ето как кожата и хрущялите вече могат да бъдат произведени изкуствено. При по-големите органи нанонауката досега не успява да достави кислород и хранителни клетки. Тя все още не работи, така че клетките умират.

Въпреки това Масачузетският технологичен институт в Кеймбридж, САЩ, разработва метод за решаване точно на този проблем. Компютърът проектира клетъчна мрежа и я издълбава върху силиконова повърхност. След това този модел се прехвърля върху биологичен материал, два слоя се поставят един върху друг и се запечатват. Клетките могат да се придържат към тази структура. Самите клетки се отглеждат в петри. Клетките на черния дроб и бъбреците остават непокътнати в продължение на две седмици.

Изследователите са засадили "нано-черен дроб" със слой от клетки при плъхове. На черния дроб са необходими около 30-50 такива слоя, за да функционира. Нано материята оцеля за една седмица.

Нанотехнологии и научна фантастика

Грег Беър установява нанотехнологиите в научната фантастика като централна тема през 1985 г. с „Blood Music“. Изследовател отглежда молекули и ги учи на някаква форма на интелигентност. Той сам инжектира една от тези култури.

Сега наноботите се размножават и действат независимо в тялото: зрителната му острота се увеличава, той вече не страда от настинки. Наносът непрекъснато се развива и създава идеална среда: от слуги до владетели над телата на своите домакини. Те препрограмират и контролират изследователя.

Това има предимства за неговия изобретател: Оцеляването на нано зависи от здравето на тялото гостоприемник и затова те постоянно подобряват неговите способности.

Но те не променят домакина, както би било най-добре за него, а по-скоро как самите наноорганизми имат идеални условия за живот. Сега научният прогрес се превръща в ужас.

Във „Властелинът на всички неща“ Андреас Ешбах изобретил самодостатъчни нанороботи, които убиват раковите клетки. „Нано-клетки с размер на вируса, разпознаващи раковите клетки по подписа си. За целите на контрола те са свързани с лекаря по радио, за да не могат да извършват неправилни действия; безжичната връзка отива директно до мозъка на лекаря, който се преминава с нано-дебели кабели, които да направляват лечебните клетки. Те работят по следния начин: машините не разтварят просто раковите клетки; това би било твърде опасно, защото би наводнило тялото ви с повече отпадъци, отколкото може да се източи. Вместо това те проникват в клетката и предизвикват апоптоза, собствения механизъм на контролираното самоунищожение на клетката. Повечето от останките се изяждат от вашите левкоцити. Всичко, което е останало, се транспортира от самите подводници, депозира се във вашия пикочен мехур или червата “.

Нанотехнологията играе роля в много романи: като централен сюжет, като странично събитие или като фон.

Брус Стерлинг, изобретател на литературата за киперпанк, се фокусира върху нанотехнологиите в своето виждане за бъдещето от края на 90-те години. Той вижда себе си като футурист и каза, че с пробива на интернет се е случило много, за което е писал в художествена литература - затова сега се занимава с технология, която едва сега започва.

През 2002 г. Майкъл Кричтон, авторът на „Джурасик парк“, публикува „Плячка“. Изследователи в Невада разработват нанокамери за военните. Но стават самонаети и убиват всичко, на което попаднат. Те умножават и манипулират мислите и двигателните умения на своите изобретатели. Наносът се развива в супер организъм, който копира формата на хората.

След това наносите се държат като хората, те унищожават планетата, за да получат суровини за тяхното умножение. Научната фантастика, която мисли по-нататък за това, което би било технически възможно и създава измислено реалистичен сценарий, не беше „плячка“, а старомодна история за „призраците, които нарекох“ от фаустовския човек, който вече не контролира техническите си чудовища.

За разлика от това, Анжелика Ференбах написа „Ефектът на лотоса“, трилър, който остава близък до реалността. Учен от университетската болница Марбург забелязва, че новоизследваната нанотехнология е рискована, когато лабораторните плъхове умират на редици. Тя осъзнава, че отговорните крият нещо, прави някакви изследвания и скоро се бори за живота си.

Джеф Карлсон публикува „Година на чумата“ през 2007 г., произведението се появява на немски година по-късно като „Нано“. Наночастиците предоставят фон за класически пост за крайно време. Сюжетът е традиционен: изкуственият интелект става самонает и убива изобретателите си.

Тези създания на Франкенщайн са нано роботи тук. Те се размножават и убиват всички топлокръвни животни. Хората бягат във високите планини, защото наносът не работи там. Междувременно оцелелите през алпийската зима се борят със студ и глад. Те се опитват да се присъединят към група на друга среща на върха, в която има повече храна и места за настаняване.

Карлсън е добре запознат с нанотехнологиите; това обаче осигурява само рамката на въпроса: Как хората се държат в екстремни ситуации?

Самодействащите нанороботи са любима идея на научната фантастика. Те бродят по тялото и елиминират всяка отрова, всеки тения, те фиксират малформации на клетките, лекуват вътрешни наранявания, регенерират клетките и по този начин спират стареенето - и това всеки ден в продължение на 24 часа.

Ако имаше такива наномашини, дори бихме могли да живеем нездравословно, защото те веднага биха елиминирали всякакви щети.

Наномедицински рискове

Американски изследвания от 2002 г. показват потенциални спестявания при рак на яйчниците от наноматериали, главно защото лекуваните имат по-малко странични ефекти от наночастиците. Въпреки това, нежеланите странични ефекти са масов проблем, тъй като 100 000 души умират от него за една година в Съединените щати.

Малко е проучено за рисковете от нанотехнологиите и не е известно кои компании използват кои нано вещества. Вероятно е един проблем да включва наночастици, които се отделят в околната среда; те са по-малки от финия прах и стоят във въздуха за дълго време.

Поради това експертите призовават за централен регистър на регистрацията, в който се отчитат нано веществата, и разследвания за всяко отделно вещество.

Наночастиците във филтърните системи вероятно не представляват риск за здравето при работа, тъй като са плътно запечатани в пластмаса. Изхвърлянето обаче ще стане проблематично в бъдеще, тъй като съществува риск от усилия, подобни на тези на азбеста.

Всички продукти, с които наночастиците се отделят в околната среда, трябва да се избягват. Например, нано сребърните частици в определени чорапи се разтварят при първото им измиване, влизат в отпадните води там и по презумпция увреждат бактериите в пречиствателните станции за отпадни води.

Засега никой всъщност не знае как трябва да се класифицират рисковете от наноматериали: важен ли е размерът или са важни свойствата на веществата? Става въпрос за количеството вещества в околната среда, както при другите прагови стойности, или броят и структурата на частиците също са определящи за опасността?

Повечето европейци едва ли са наясно с нанотехнологиите и всеки трети човек в Германия не знае какво е това. Тези, за които нанотехнологиите казват нещо, обикновено са положителни по отношение на това.

Става ясно, че хората, които са запознати с термина нанотехнологии, обикновено са придобили собствени знания за него и затова рядко го обезценяват или подкрепят без критика.

Асоциациите за защита на потребителите призовават наночастиците да бъдат премахнати от козметиката и храните, докато те могат да бъдат класифицирани като безобидни. В Натурланд например наночастиците са забранени.

В Германия наноматериалите могат да се разглеждат като активни и спомагателни вещества, в зависимост от начина на употреба. Германският закон за лекарствата уточнява как изглеждат проверките за безопасност, т.е. както консултативните процедури, така и клиничните тестове преди одобрение, самите процедури за одобрение и мониторинга и докладването след одобрение.

Комитетите по етика трябва да одобрят клинични тестове. Германският федерален институт за лекарства и медицински изделия следи одобрението.

Пресичането на кръвно-мозъчната бариера е особено противоречиво. Въпреки че дава възможност да се подобри мозъчната ефективност на пациентите с Алцхаймер, той може да се използва и за подобряване на работата при хора, които не са терапевтично индуцирани - с непредвидими странични ефекти.

ЕС забранява изследванията за методи за разработване на материали за подобряване на здрави хора. Комитетите по етика обръщат особено внимание на военната употреба: Нанотехнологичните лекарства трябва да увеличат концентрацията сред войниците или да им позволят да работят непрекъснато без сън. Не на последно място, нанотехнологиите откриват безброй възможности за разработване на синтетично-биологични военни агенти.

Комитетите по етика обаче постигат малко, защото проектите, които използват нанотехнологиите в този смисъл, се провеждат тайно.

Докато сега истинските медицински изследвания масово насърчават функционалното заместване на повредените части на тялото с наномедицина, етиците обсъждат проблема с органите и протезите, за които се говори, че надминават човешкия оригинал.

Тази дискусия не е проста: Подобренията в тялото, които са медицински необходими, приемливи или неприемливи, се определят много различно в обществата.

Дебатите за това какво е възможно медицински и технически с наномедицината и кое е етично оправдано в момента се водят отделно в Германия. (Д-р Уц Анхалт)

Чудесно:

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

Информация за автора и източника


Видео: Лекция. Введение в наномедицину. Наномедицина. Николай Шимановский. eNANO. Лекториум