Nanosenzorji: prihodnost diagnostične medicine?

To je zelo pomemben cilj diagnostika zdravilo je sposobnost, da čim prej diagnosticirati zdravstvene težave, tako da zdravniki za zdravljenje bolnikov, preden bo prišlo do dolgoročno ali nepopravljivo škodo.

Nanosenzorji nanotrubochek iz ogljika, od katerih je vsak 100, 000-krat tanjši lasje.

Pospešitev procesa diagnostike - eno od glavnih področij raziskovanja. Neka raziskava je pokazala, da lahko nov krvni test napovedati tveganje za ponovitev raka na dojki pri ženskah za skoraj 8 mesecev pred nastopom vidnih simptomov.

Druga raziskava je pokazala, da je naravna spojina zaznati v izdihanem zraku zgodnji fazi biomarkerjev jetrne ciroze. To biomarkerjev v enem dnevu lahko postane osnova za dihalni test za ugotavljanje te bolezni.

En problem, ki se pojavi pri diagnozi zdravstvenih pogojev je, da so simptomi nekaterih bolezni se kažejo šele po določenem času. Do takrat, ko je osnovno bolezen, ti simptomi so že dosegli stopnjo, kjer je njegova obravnava veliko težje, kot če bi bila odkrita težava prej.

Najbolj očiten primer tega problema lahko maligne novotvorbe, kot je rak trebušne slinavke, ki pogosto povzroča nobenih simptomov ali znakov v svoji zgodnji stadii- ti simptomi in znaki se kažejo, ko je rak razširi na druge dele telesa.

Ampak ta problem je pogost.

Drug primer je, da ko se implantat - npr proteze za kolke - okužil ali vnetje, ki vodi do nastanka čezmernega brazgotin. Do takrat, ko postane jasno, da je hip proteza okužena, edina rešitev je njegova odstranitev in zamenjava z novim.

Profesor Thomas Webster, vodja Oddelka za kemijsko tehnologijo Northeastern University v Bostonu, in njegovi sodelavci se razvija nanosenzorji - nove oblike tehnologije, ki je sposobna nadzorovati kopičenje bakterij na vsadek in opozarjanje zdravnikov o potrebi po zdravljenju, preden se problem stopnjuje.

Nanotehnologija: majhna velikost, velik potencial

Če rečemo, da je nanotehnologija - majhen, bi bilo podcenjevanje. Nanometra je ena-milijardinka metra. List papirja ima debelino približno 100 000 nanometrov. Enostenske ogljikove nanocevke s premerom od 1 nanometra do 100 000-krat tanjša kot las. Za primerjavo, lasje 100 000-krat manj kot v hiši s širino 10 metrov.

To je zelo težko predstavljati, kako je ta majhnost, ampak koristi, ki prihajajo z uporabo nanotehnologij v medicini, da preuči veliko lažje. Raziskovalci so bili sposobni izboljšati uporabo nanotehnologije biološke slikanja, tako da lahko zdravniki odkrijejo kopičenje drobnih delcev ali molekularnih signalov, povezanih z zdravstvenimi težavami.

Profesor Webster je govoril o preteklih projektih, v katerih so on in njegovi kolegi so preučevali možnost uporabe nanodelcev pri zdravljenju bakterijskih in virusnih okužb.

Nekatere kronične bakterijske okužbe, ki jih povzročajo bakterije, ki rastejo v biofilmov povzročajo -, da T. Byarnsholt Univerze v Kopenhagnu na Danskem, opisuje kot "agregati zaprti v sluzi." Biofilmov so vzrok bolezni, kot so pljučnica v primerih cistične fibroze in povezano okužbe implantati.

"Zdravila in antibiotiki ne prodrejo v biofilma, - pojasnjuje profesor Webster - tako da je edina stvar, ki jo lahko naredimo - je, da deluje in odstrani biofilm iz tkiva z roko."

Nanodelci lahko spremeni to stanje. Prolfessor Webster pravi: "Bili smo sposobni razviti te nanodelce, ki lahko dejansko prodrejo v biofilma, nato pa jih uničiti, da obnovijo zdravo tkivo, tako da ne boste več potrebovali operacijo."

Poleg tega, profesor Webster in njegovi kolegi so delali za razvoj nanodelcev za ubijanje nekaterih virusov. so bile zlate nanodelce, da se pridružijo virusov, kot Ebola ali gripe. Pri ogrevanih delci s pomočjo infrardeče svetlobe določene valovne dolžine, lahko nanodelci uničijo strukturo virusa.

Profesor Webster jedrnato povzel, kaj je nanotehnologija prednosti vidi: "Prepričani smo, da obstaja velik potencial za uporabo nanotehnologij v medicini, saj majhnost omogoča, da prodre v celice, da se v celicah in jih manipulira na tak način funkcij, ki ni bil na voljo, ko konvencionalno materiala. "

Obstaja ogromno koristi, ki jih je mogoče doseči v medicini z uporabo nanotehnologije. Trenutno Profesor Webster in njegovi sodelavci osredotočili na preučevanje, kako se ta tehnologija lahko uporablja za izboljšanje konvencionalnih oblik zdravljenja. V tej industriji pridejo v poštev nanosenzorji.

Zdravnik v organizmu

"Idealno bi bilo, želimo ustvariti senzorji, ki so zelo podobni naravnih celic ubijalk telesa - pojasnjuje profesor Webster. - Mnogi od nas, lahko rečemo, da je človeško telo najbolje senzor. Mi lahko čutijo stvari veliko boljše od tistega, kar smo ustvarili, če je umetno. "

Nekega dne bo mogoče ustvariti senzorjev z uporabo nanotehnologije za posnemanje imunske celice človeških krožijo po telesu, ki bo ugotovil in odzivanje na morebitne težave. Ampak to je še vedno, da pridejo.

Doslej so znanstveniki poskušali svoje nanosenzorji, ki so jih povečali v titana stegnenice protez in katetrov.

Namesto, profesor Webster in njegovi kolegi so se odločili za preoblikovanje tradicionalnih medicinskih pripomočkov vdelajo v telo, da jim bodo senzorji - nanosenzorji -, ki lahko prepoznajo problem in se odzivajo na to, če se to zgodi.

"V prvem koraku se je iz titana protetične stegnenica, potem zrasla na površini materiala, ki se lahko električno Ugotovite, kateri tip celic, vezanih na površje," - je dejal profesor Webster.

Senzorji so izdelani iz ogljikovih nanocevk so sposobni prepoznati, katere celice držati vsadek - kosti (kot bi si želeli), bakterijsko ali vnetno. Zadnji dve vrsti celic lahko pomeni tudi tkivo okužbo ali brazgotin, ki lahko zagotovi bolnika s problemom.

radiofrekvenčni oddajnik vgrajen v senzor pošilja signale na zunanjem računalniku, iz katerega lahko zdravnik pridobi dostop do vseh informacij izdal. S pomočjo te informacije zdravnik lahko vidimo, da je implantat brez bakterij, da ima majhno število bakterij, katere organizem ročaj, ali ima veliko količino bakterij, ki jih je treba antibiotike za celovit razvoj procesa okužbe.

"Očitno je, da je ta scenarij, veliko boljši od scenarija, ki trenutno poteka - je dejal profesor Webster. - v resnici, danes ne vemo o nalezljivih procesa ali pretirano brazgotinjenje pred njim, dokler ne bo prepozno, in boste morali odstraniti proteze ".

Poleg protetičnega stegnenice, so raziskovalci testirali nanosenzorji na svojih katetri, uporablja enak pristop. Ljudje z dolgoročnimi bivajo katetrov so dovzetne za okužbo, kar pomeni, da imajo lahko nanosenzorji, spremljati ravni bakterij, pomembno vplivajo na oskrbo katetrov.

Pogosto se pomisleki ljudi, je dejstvo, ali je nanotehnologija uporablja v telesu strupene. Profesor Webster in njegovi kolegi so porabili veliko časa, da se prepričajte, da so materiali, ki jih uporabljajo, - ogljikove nanocevke in nekatere dodatne polimeri - nestrupen.

Poleg tega so našli v nekaterih prejšnjih študijah na živalskih modelih, ki so bili uporabljeni materiali še lahko izboljšali rast kosti pri uporabi s protetično stegnenico. Torej, tudi če senzor ne zazna nobenih težav, še vedno lahko za spodbujanje rasti kostnega tkiva v večji meri kot konvencionalne titana vsadka.

"To je prvi korak k izboljšanju vsadek, - je dejal profesor Webster, - ampak na koncu, naš cilj je ustvariti takšne senzorje, ki delujejo kot človeško telo."

Težave z pridobivanje energije in podatkov

Čeprav so ti nanosenzorji veliko možnosti, obstaja veliko problemov, ki jih je treba rešiti, preden se ta tehnologija lahko uporablja pri ljudeh. Znanstveniki želijo sonde imela enako življenjsko dobo kot so vsadki, na katero so prezidana. Čeprav to ni problem za kateter, ki je uveden za teden ali dva, lahko stegnenice proteza ostane v telesu za 15 let.

Trenutno so znanstveniki ustvarili moč za senzorje, s pomočjo sposobnost ogljikovih nanocevk, da skrči. Ko so stisnjeni s silo okoliška tkiva, ki so nastali eletkrichesky tok. Vendar, čeprav se lahko ta metoda proizvodnjo električne energije v kratkem času, ko se vse bolj in bolj tkivo bo rasel senzorje, so, po vsem, ne bi več mogli skrči.

Ta uganka - ena od dveh glavnih vprašanj, ki morajo raziskovalci premagati, preden se senzorji lahko uporablja pri bolnikih z vsadki. Drug velik izziv za znanstvenike je ustvariti zadostno količino podatkov o preskusih, tako da je bila njihova tehnologija za uporabo odobril ustreznih regulatornih organov.

Znanstveniki upajo, da bodo nekega dne njihove nanotehnologija ne uporabljajo le za spremljanje širjenja okužbe, temveč tudi za zdravljenje bolezni, kot je rak.

Zgodnje faze testiranja so bili prav tako uspešni. Znanstveniki trenutno izvaja drugo stopnjo študija v glodalcev, nato pa bo preveril tehnologije za večje živali.

Profesor Webster priznava, da bodo človekove klinična preskušanja je 5-10 let.

Ne samo, da prepoznajo probleme, ampak tudi, da jih obravnavajo

Načrti Znanstveniki uporabljajo nanosenzorji preseči nadzorno vlogo, s katero se zagotavljajo informacije zdravnikov. Profesor Webster je opisano, kako lahko senzorji se uporabljajo tudi za zdravljenje težav, preden lahko povzročijo škodo na organizem: "če so senzorji nekoliko izboljšalo, jih je mogoče programirati z majhno napravo, ki sproščajo zdravila za uničevanje bakterij ali zmanjšanje rasti brazgotine, tako da lahko kosti ob implantatu raste zdrava.

Z izdajo zdravil in, v nekaterih primerih - s pomočjo sproščanja majhnega električnega naboja, je mogoče, da se prepreči toksičnost za zdrave celice in bolj učinkovito zdravljenje. "

Še v prihodnje, profesor Webster napoveduje, da bo nanotehnologija lahko obravnavajo svoje rakave celice z uvedbo kemoterapije drog z visoko natančnostjo v bližini ali v nevarnih celic.

Še vedno zelo daleč za razvoj te tehnologije. Ampak s časom, lahko ta majhen tehnologija privede do veliko revolucijo v zdravstvu.