Nanosenzora: budućnost dijagnostičkih medicine?

To je životno važan cilj dijagnostičke medicine je mogućnost da se u najkraćem mogućem roku dijagnosticirati zdravstvene probleme, što doktorima liječenje pacijenata prije nego što će biti bilo kakvih dugoročnih ili nepopravljive štete.

Nanosenzora nanotrubochek izrađen od karbonskih, od kojih je svaka 100, 000 puta tanji kosu.

Ubrzavanje procesa dijagnostike - jedan od glavnih područja istraživanja. Jedna nedavna studija je pokazala da je novi test krvi može predvidjeti rizik od recidiva raka dojke kod žena skoro 8 mjeseci prije početka vidljivih simptoma.

Druga studija je pokazala da je prirodna smjesa otkriti u izdahnuo zrak, je u ranoj fazi biomarkera ciroze jetre. Ovo biomarkera u jednom danu može postati osnova testa daha za dijagnozu ove bolesti.

Jedan od problema koji se javlja u dijagnostici medicinskih uslova je da su simptomi određenih bolesti manifestiraju tek nakon određenog vremenskog perioda. Do trenutka kada osnovne bolesti, ovi simptomi su već došli do faze u kojoj je mnogo teže nego da je problem prije nego što otkrivena njegov tretman.

Najupečatljiviji primjer ovog problema može biti maligne neoplazme, kao što su raka gušterače, što često ne izaziva nikakve simptome ili znakove u svojim ranim stadii- ovi simptomi i znaci se očituju kada se rak širi na druge dijelove tijela.

Ali ovaj problem je uobičajeno.

Drugi primjer je da kada implantata - npr proteze kuka - zaraziti ili upale, što je dovelo do stvaranja prekomjerne ožiljnog tkiva. Do trenutka kada postane jasno da je proteza kuka zaražena, jedino rješenje je njegovo uklanjanje i zamjena novim.

Profesor Thomas Webster, šef Odsjeka za hemijsko inženjerstvo na Northeastern University u Bostonu, i njegove kolege razvijaju nanosenzora - novi oblik tehnologije, koja je u stanju da kontroliše sakupljanje bakterija na implantat i da upozori doktora o potrebi za tretman pred problem eskalira.

Nanotehnologija: sićušne veličine, veliki potencijal

Reći da nanotehnologije - maleni će biti rečeno. Nanometar je jedan milijarditi deo metra. List papira ima debljinu od oko 100 000 nanometara. Jednim zidom nanocijevi s promjerom od 1 nanometara do 100 000 puta tanji od kose. Za usporedbu, kosa je 100 000 puta manje nego što je kuća sa širinom od 10 metara.

To je vrlo teško zamisliti kako to male veličine, ali prednosti koje dolaze uz upotrebu nanotehnologije u medicini, da razmotre lakše mnogo. Istraživači su bili u mogućnosti da se poboljša korištenje nanotehnologije bioloških slike, tako da doktori mogu otkriti nakupljanje čestica ili molekularne signale u vezi sa zdravstvenim problemima.

Profesor Webster je govorio o dosadašnjim projektima, u kojoj su on i njegove kolege su proučavali potencijalnu upotrebu nanočestica u liječenju bakterijskih i virusnih infekcija.

Neki hronične bakterijske infekcije uzrokovane bakterijama raste u biofilma - da T. Byarnsholt Univerziteta u Kopenhagenu u Danskoj, opisuje kao "agregata zatvorena u sluzi." Biofilma su uzrok bolesti kao što je upala pluća u slučajevima cistične fibroze i povezane implantata infekcije.

"Droga i antibiotici ne prodiru u biofilma, - objašnjava profesor Webster - tako da je jedina stvar koju možete učiniti je - da radi i uklonite biofilma iz tkiva rukom."

Nanočestica može promijeniti ovo stanje. Prolfessor Webster kaže: "bili u mogućnosti da se razvije ove nanočestice koje zapravo mogu prodrijeti u biofilma, a zatim uništiti ih za regeneraciju zdravog tkiva, tako da više neće morati na operaciju smo se."

Osim toga, profesor Webster i njegove kolege su radili na razvoju nanočestica dizajniran da ubije određenih virusa. Zlato nanočestice su napori da se pridruže virusa, kao što je ebola ili gripa. Kada se zagrije čestice pomoću infracrvenog svjetla određene valne duljine, nano-čestice mogu uništiti strukturu virusa.

Profesor Webster jezgrovito sažeo ono što nanotehnologije prednosti što vidi: "Mi vjerujemo da postoji veliki potencijal za korištenje nanotehnologije u medicini, jer je malih dimenzija omogućava da prodre u ćelije da se unutar ćelija i manipulirati ih na takav način funkcije, koje nisu bile dostupne kada konvencionalnih materijala. "

Postoje ogromne prednosti koje se mogu ostvariti u medicini koristi nanotehnologije. Trenutno profesor Webster i njegove kolege fokusiran na proučavanje kako ova tehnologija može se koristiti za poboljšanje konvencionalnih oblika liječenja. U ovoj industriji dolaze u igru ​​nanosenzora.

Ljekar u organizmu

"U idealnom slučaju, želimo da stvorimo senzore koji su vrlo slične prirodne ubice ćelijama - objašnjava profesor Webster. - Mnogi od nas ne može reći da je ljudsko tijelo je najbolji senzor. Možemo osjetiti stvari mnogo bolje od onoga što smo stvorili dosad je umjetni. "

Jednog dana možda biti moguće stvoriti senzora pomoću nanotehnologije da oponaša ljudske ćelije imunog sistema cirkuliše kroz tijelo, koje će utvrditi i odgovoriti na bilo kakve probleme. Ali, to je tek dolazi.

Do sada, naučnici su pokušali svoje nanosenzora, što ih je porastao u titan femoralne proteze i katetera.

Umjesto toga, profesor Webster i njegove kolege odlučili za transformaciju tradicionalnih medicinskih uređaja ugrađuju u organizam, opremanje ih senzora - nanosenzora - koji može identificirati problem i odgovoriti na to, ako do njega dođe.

"U prvom koraku smo uzeli titan protetske femura, a zatim uzgaja na površini od materijala koji može električno odrediti koji tip ćelija u prilogu na površinu", - rekao je profesor Webster.

Senzori izgrađen od karbonskih nanocijevi su u mogućnosti da odredi koji ćelije pridržavao implantata - kost (kao što bismo željeli), bakterijske ili upalni. Posljednje dvije vrste ćelija može ukazivati ​​na tkivo infekcije ili ožiljak, koji može pružiti pacijentu s problemom.

radiofrekvencije odašiljač ugrađen u senzor šalje signale na vanjski kompjuter iz koje lekar može dobiti pristup svim informacijama izdati. Sa ovim informacijama lekar može vidjeti da je implantat je slobodan od bakterija, ima mali broj bakterija, koje organizam ručka, ili ima velike količine bakterija koje zahtijevaju antibiotike na puni razvoj procesa infekcije.

"Očigledno je da je drugi scenario je mnogo bolje nego scenario, koji se trenutno odvija - rekao je profesor Webster. - u stvari, danas ne znamo o infektivnog procesa ili pretjeranih ožiljaka prije nego ga dok ne bude kasno, i morate ukloniti proteze ".

Osim toga protetski femura, istraživači su testirali nanosenzora na njihovim katetera, koristeći isti pristup. Ljudi sa dugoročnim borave kateteri su osjetljive na infekcije, što znači da je nanosenzora, pratiti nivo bakterija, može imati značajan utjecaj na brigu o katetera.

Često je interes ljudi je činjenica da li nanotehnologije se koristi unutar tijela otrovan. Profesor Webster i njegove kolege su mnogo vremena proveli kako bi bili sigurni da su materijali koje oni koriste, - nanocijevi i neke dodatne polimera - netoksični.

Osim toga, oni su u nekim ranijim studijama u životinjskim modelima da su materijali koji se koriste su čak bili u mogućnosti da se poboljša rast kostiju kada se koristi sa protetski femura. Prema tome, čak i ako senzor ne otkrije nikakve probleme, i dalje je u stanju da promoviraju rast koštanog tkiva u većoj mjeri od konvencionalnih titan implantata.

"Ovo je prvi korak ka poboljšanju implantata, - rekao je profesor Webster, - ali na kraju, cilj nam je stvoriti takvu senzora, koji se ponaša kao ljudsko tijelo."

Problemi sa proizvodnje energije i podataka

Iako ove nanosenzora imaju veliku perspektivu, postoji nekoliko problema koji moraju biti riješeni prije nego što ova tehnologija može se koristiti kod ljudi. Naučnici žele da sonde imao isti životni vijek kao implantata na koje su prekomjerne. Iako to nije problem za kateter, koji je uveden za nedelju ili dve, femoralne proteze može ostati u tijelu za 15 godina.

U ovom trenutku, naučnici su proizvedenu električnu energiju za senzore, koristeći sposobnost nanocijevi smanjiti. Kada su komprimirani silom okolnog tkiva, generira eletkrichesky struje. Međutim, iako je ova metoda može generirati moć u kratkom roku, kada je sve više i više tkivo će rasti preko senzora, oni su, na kraju krajeva, više neće biti u stanju da se smanjuju.

Ova zagonetka - jedan od dva glavna pitanja koja istraživači moraju prevazići prije nego senzori se mogu koristiti kod pacijenata sa implantatima. Još jedan veliki izazov za naučnike je generirati dovoljnu količinu testa podataka, tako da je njihova tehnologija je odobren za upotrebu od strane odgovarajućih regulatornih tijela.

Naučnici se nadaju da će se jednog dana njihova nanotehnologije koristi ne samo za praćenje širenja infekcije, ali i za liječenje bolesti kao što je rak.

Ranim fazama testiranja su također bili uspješni. Naučnici trenutno provode u drugoj fazi studije u glodavaca, a zatim će provjeriti tehnologije na veće životinje.

Profesor Webster priznaje da će klinička ispitivanja biti 5-10 godina.

Ne samo identificirati probleme, ali i da ih tretiramo

Planovi Naučnici koriste nanosenzora da se ide dalje praćenje ulogu koju pružaju informacije doktorima. Profesor Webster je opisao kako senzora može se koristiti i za liječenje problema prije nego što oni mogu dovesti do oštećenja organizma: "Ako senzore blago poboljšana, oni mogu biti programirani mali uređaj koji su oslobodili droge ubijaju bakterije ili smanjiti rast ožiljnog tkiva, tako da je kost pored implantat može rasti zdravo.

Uz izdanje droge i, u nekim slučajevima - putem oslobađanja mali električni naboj, to je moguće izbjeći toksičnost za zdrave ćelije i efikasniji tretman ".

Još više u budućnosti, profesor Webster predviđa da će nanotehnologija biti u mogućnosti da tretiraju svoje ćelije raka uvođenjem hemoterapijskim lijekova s ​​visokom preciznošću u blizini ili unutar opasne ćelije.

I dalje veoma dug način da se razvije ove tehnologije. Ali tokom vremena, ova mala tehnologija može dovesti do ogromnog revoluciju u zdravstvu.