¡La nanotecnología en la medicina es nuestro futuro! Nanotecnología en medicina Casos particulares de aplicación farmacológica exitosa de nanopartículas.
Introducción
Los científicos sostienen que llegará el día en que, con la ayuda de la nanotecnología, se puedan incrustar sensores microscópicos en las células sanguíneas humanas para advertir de la aparición de signos de radiación o del desarrollo de enfermedades. El período de implementación proyectado es la primera mitad del siglo XXI.
Mientras tanto, los científicos están trabajando en la creación de nanorobots médicos, los periodistas y el público discuten si los nanosensores pueden tener un efecto destructivo en el cuerpo humano. Después de todo, ¿no se sabe cómo reaccionará el cuerpo a los cuerpos extraños introducidos en él? Como dijo Eric Drexler, "el arma invisible de un golpe mundial, que cubre la tierra con una sustancia viscosa gris". En resumen, una pequeña causa del fin del mundo.
¿Puede la nanotecnología realmente causar el fin del mundo, o es solo una rica fantasía de algunos científicos?
¿Qué es la nanotecnología?
Antes de hablar sobre los posibles riesgos y perspectivas de la nanotecnología, primero debe decir ¿qué es? No existe una definición definitiva para este concepto. Las "nanotecnologías" son tecnologías que operan en cantidades del orden de un nanómetro. Este es un valor insignificante, cientos de veces menor que la longitud de onda de la luz visible y comparable al tamaño de los átomos. El desarrollo de la nanotecnología se lleva a cabo en 3 direcciones:
Fabricación de circuitos electrónicos del tamaño de una molécula (átomo);
Diseño y fabricación de máquinas;
Manipulación de átomos y moléculas.
¿Qué es la nanomedicina?
La "nanomedicina" es el seguimiento, corrección, construcción y control de sistemas biológicos humanos a nivel molecular, utilizando los nanorobots y nanoestructuras desarrollados (R. Freitas).
Actualmente, la nanomedicina aún no existe, solo hay proyectos, cuya realización conducirá a la nanomedicina. En unos años, cuando finalmente se cree el primer nanorobot, se materializará el conocimiento acumulado por la nanomedicina. Y luego, en cuestión de minutos, se librará del virus de la gripe o de la aterosclerosis temprana. Los nanorobots podrán devolver incluso a una persona muy mayor al estado en el que se encontraba en su juventud. De la operación en órganos, pasaremos a operaciones en moléculas y así nos volveremos "inmortales".
Perspectivas de desarrollo
Los científicos de Michigan afirman que la nanotecnología se puede utilizar para incrustar sensores microscópicos en las células sanguíneas humanas que advertirán sobre signos de radiación o el desarrollo de enfermedades. Entonces, en los Estados Unidos, por sugerencia de la NASA, se están desarrollando tales nanosensores. James Beiner imagina un "nanocombat" con radiación cósmica por lo que antes de lanzarlo un astronauta con una jeringa hipodérmica inyecta un líquido transparente en las camas, saturado con millones de nanopartículas durante el vuelo, se inserta un pequeño dispositivo (como un audífono) en su oído . Durante el vuelo, este dispositivo utilizará un pequeño láser para buscar células brillantes. Esto es posible porque las células pasan a través de los capilares de la membrana timpánica. La información de las células se transmitirá de forma inalámbrica a la computadora host de la nave espacial y luego se procesará. En cuyo caso, se tomarán las medidas necesarias.
Todo esto puede hacerse realidad en unos 5-10 años. Los científicos han estado utilizando nanopartículas durante más de 5 años.
Ahora, los sensores más delgados que un cabello humano pueden ser 1.000 veces más sensibles que las pruebas de ADN estándar. Los científicos estadounidenses que desarrollaron estos nanosensores creen que los médicos podrán realizar una variedad de pruebas diferentes utilizando solo una gota de sangre. Una de las ventajas de este sistema es la capacidad de transferir instantáneamente los resultados del análisis a una computadora de bolsillo. Los investigadores estiman que se necesitarán unos cinco años para desarrollar un modelo de nanosensores completamente funcional que los médicos puedan utilizar en su trabajo diario.
Con la ayuda de la nanotecnología, la medicina podrá no solo tratar cualquier enfermedad, sino también prevenir su aparición, y podrá ayudar a la adopción de una persona en el espacio.
¿Pueden los “nanorobots obsoletos” afectar a los humanos?
Cuando el mecanismo complete su trabajo, los nano-médicos deberán eliminar los nanorobots del cuerpo humano. Por lo tanto, el peligro de que los "nanorobots obsoletos" que quedan en el cuerpo humano funcionen incorrectamente es muy pequeño. Los nanorobots deberán diseñarse para evitar fallos de funcionamiento y reducir el riesgo médico. ¿Cómo se eliminarán los nanorobots del cuerpo? Algunos de ellos serán capaces de auto-retirarse del cuerpo humano a través de canales naturales. Otros estarán diseñados para que los médicos puedan retirarlos. El proceso de eliminación dependerá del diseño del nanorobot.
¿Qué se puede hacer mal durante un tratamiento con nanorobot humanos?
Se cree que el riesgo principal para el paciente será la incompetencia del médico tratante. Pero también pueden ocurrir errores en casos inesperados. Uno de los casos imprevistos puede ser la interacción entre robots cuando chocan. Tales fallas serán difíciles de identificar. Una ilustración de tal caso es el trabajo de dos tipos de nanorobots A y B en el cuerpo humano. Si el nanorobot A elimina las consecuencias del trabajo del robot B, esto dará lugar al trabajo repetido de A, y este proceso continuará indefinidamente, es decir, los nanorobots corregirán el trabajo de los demás. Para evitar que surjan tales situaciones, el médico tratante debe monitorear constantemente el trabajo de los nanorobots y, si es necesario, reprogramarlos. Por lo tanto, las calificaciones del médico son muy importantes.
¿Cómo reaccionará el cuerpo humano a los nanorobots?
Como saben, nuestro sistema inmunológico reacciona a los cuerpos extraños. Por lo tanto, el tamaño del nanorobot jugará un papel importante en esto, así como la rugosidad de la superficie y la movilidad del dispositivo. Se argumenta que el problema de la biocompatibilidad no es muy difícil. La salida a este problema será la creación de robots basados en materiales diamondoides. Debido a la fuerte energía superficial y la superficie diamondoide y su fuerte suavidad, la capa exterior de los robots será químicamente inerte.
Nanotecnología aplicada recientemente en medicina
La nanotecnología ya se está utilizando en medicina. Sus principales áreas de aplicación son: tecnologías de diagnóstico, dispositivos médicos, prótesis e implantes.
Un ejemplo sorprendente es el descubrimiento del profesor Aziz. Para las personas con la enfermedad de Parkinson, los electrodos se insertan en el cerebro a través de dos pequeños orificios en el cráneo, que están conectados a un estimulador. Después de aproximadamente una semana, al paciente se le implanta el estimulador en la cavidad abdominal. El paciente puede regular el voltaje él mismo mediante un interruptor. El dolor se puede controlar en el 80% de los casos:
Para algunos, el dolor desaparece por completo, para otros cede. Aproximadamente cuatro docenas de personas han pasado por una estimulación cerebral profunda.
Muchos de los colegas de Aziz dicen que este método no es efectivo y puede tener consecuencias negativas. El profesor está convencido de que el método es eficaz. No se ha probado ni uno ni otro. Me parece que solo tenemos que confiar en cuarenta pacientes que se libraron del dolor insoportable. Y de nuevo querían vivir. Y si este método se practica desde hace 8 años y no afecta negativamente a la salud de los pacientes, ¿por qué no ampliar su aplicación?
Otro descubrimiento revolucionario es un biochip, una pequeña placa con moléculas de ADN o proteínas aplicadas en un orden determinado, que se utiliza para análisis bioquímicos. El principio de funcionamiento del biochip es sencillo. Ciertas secuencias de secciones del ADN escindido se aplican a una placa de plástico. Durante el análisis, el material de prueba se coloca en el chip. Si contiene la misma información genética, entonces están vinculados. Como resultado, puedes observar. La ventaja de los biochips es una gran cantidad de pruebas biológicas con ahorros significativos en el material de prueba, los reactivos, los costos de mano de obra y el tiempo de análisis.
Producción
Las perspectivas para el desarrollo de la nanotecnología con la ayuda de la nanotecnología son muy grandes. La nanotecnología utilizada actualmente es inofensiva, ejemplos son los nanochips y los cosméticos de protección solar basados en nanocristales. Todavía se están desarrollando tecnologías como los nanorobots y los nanosensores. La charla de que, debido al interminable proceso de autorreproducción de los nanorobots, una gruesa capa de "moco gris" puede cubrir toda la Tierra, sigue siendo solo una teoría, no confirmada por ningún dato. Como me di cuenta en el proceso de redacción de mi trabajo, la nanotecnología es un área de la ciencia que es severamente criticada antes de introducir innovaciones. Si esta crítica es cierta o no, no puedo juzgar.
Los científicos de la NASA dicen que han probado con éxito nanorobots en animales. ¿Pero vale la pena creerlo? Todos deciden esto por sí mismos. Personalmente, creo que usar, por ejemplo, nanotecnología como los nanosensores puede ser arriesgado. Después de todo, incluso el sistema más simple puede funcionar mal, ¿qué podemos decir acerca de tecnologías tan avanzadas como los nanorobots? Y además, es necesario tener en cuenta las características fisiológicas individuales de cada persona.
Por tanto, las perspectivas para el desarrollo de la nanotecnología son grandes. Se argumenta que en un futuro cercano, con la ayuda de ellos, será posible no solo superar cualquier enfermedad física, sino también prevenir su aparición. Pero los científicos de la NASA no dicen nada sobre los riesgos. Solo hay innumerables artículos en la prensa amarilla que dicen que las personas bajo la influencia de nanorobots se volverán incontrolables como zombis.
Creo que los posibles riesgos serán comparables a las perspectivas. Por tanto, el público debe prestar más atención a este problema. Que los científicos no solo consideren "las dos caras de la moneda", sino que también informen al público al respecto.
La nanotecnología en la medicina ofrece nuevas oportunidades para el tratamiento y el examen de alta calidad de los pacientes.
Los recientes avances de los investigadores han llevado la medicina a un nuevo nivel.
En este artículo, le diremos qué avances científicos han ocurrido recientemente.
Información relevante que los proveedores de atención médica deben conocer.
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Nanotecnología: nuevas oportunidades
El uso de la nanotecnología en la medicina amplía los métodos habituales de tratamiento de los pacientes. Por lo tanto, la medicina tradicional continúa usando agujas, cápsulas y tabletas, que administran medicamentos al cuerpo del paciente que afectan las células y órganos sanos.
Sin embargo, los nuevos desarrollos pueden minimizar los riesgos de inyectar la droga solo donde se necesita, sin inyecciones y sin ingerir drogas desagradables.
Hoy en día, la nanomedicina utiliza partículas "inteligentes", que son objetos independientes que varían en tamaño de 1 a 100 nanómetros.
Este ejemplo de sistemas de administración de fármacos transporta las sustancias activas del fármaco solo a las fuentes inmediatas de la enfermedad.
¿Cómo funcionan estas nanotecnologías en la medicina y en qué países ya se aplican?
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Publicado en http://www.allbest.ru/
INSTITUCIÓN DE EDUCACIÓN
Universidad Estatal de Grodno lleva el nombre de I. Kupala
abstracto
en el tema:"Nanomateriales en medicina"
Preparado por: estudiante Bobritskaya Ekaterina Olegovna
Maestra: I.V. Trifonova
Introducción
La mayoría de nosotros no podemos imaginar la vida sin los beneficios modernos de la civilización, los logros de la ciencia, la tecnología y la medicina. El siguiente paso en este desarrollo será el desarrollo de la nanotecnología, en particular, sistemas muy pequeños capaces de ejecutar comandos humanos.
El progreso tecnológico tiene como objetivo desarrollar máquinas más potentes, más rápidas, más compactas y elegantes. El límite de este desarrollo se puede considerar máquinas, el tamaño de una molécula. Una máquina construida a partir de átomos unidos covalentemente es extremadamente fuerte, rápida y pequeña. La nanotecnología molecular está involucrada en el diseño, creación y control de tales máquinas. Esta industria abre fantásticas perspectivas sin precedentes para la interacción humana con el mundo.
Los conceptos de "nanotecnología", "nanomateriales"
La nanotecnología es un conjunto de procesos que permiten crear materiales, dispositivos y sistemas técnicos, cuyo funcionamiento está determinado por la nanoestructura, es decir. sus fragmentos ordenados varían en tamaño de 1 a 100 nm (10-9 m; átomos, moléculas). La palabra griega para "deriva" significa aproximadamente "gnomo". Cuando el tamaño de partícula disminuye a 100-10 nm o menos, las propiedades de los materiales (mecánicas, catalíticas, etc.) cambian significativamente.
Los nanomateriales son materiales que están estructurados en o cerca del nivel de tamaño molecular. La estructura puede ser más o menos regular o aleatoria. Las superficies con nanoestructura aleatoria se pueden obtener mediante tratamiento con haces de partículas, grabado con plasma y algunos otros métodos.
Con respecto a las estructuras regulares, pequeñas áreas de la superficie se pueden estructurar "externamente", por ejemplo, usando un microscopio de sonda de barrido. Sin embargo, áreas bastante grandes (~ 1 μ2 y más), así como volúmenes de materia, aparentemente solo pueden estructurarse mediante el autoensamblaje de moléculas.
El autoensamblaje está muy extendido en la vida silvestre. La estructura de todos los tejidos está determinada por su autoensamblaje a partir de las células; la estructura de las membranas celulares y los orgánulos está determinada por el autoensamblaje a partir de moléculas individuales.
El autoensamblaje de componentes moleculares se está desarrollando como una forma de construir estructuras periódicas para fabricar circuitos nanoelectrónicos, y ha habido avances significativos aquí.
En medicina, los materiales con una superficie nanoestructurada pueden usarse para reemplazar ciertos tejidos. Las células del cuerpo reconocen esos materiales como "propios" y se adhieren a su superficie.
Actualmente, se ha avanzado en la fabricación de nanomateriales que imitan el tejido óseo natural. Por ejemplo, los científicos de la Universidad Northwestern (EE. UU.) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp y otros utilizaron el autoensamblaje tridimensional de fibras de aproximadamente 8 nm de diámetro, imitando fibras de colágeno natural, seguido de mineralización y formación de nanocristales de hidroxiapatita orientados a lo largo de las fibras. El material resultante estaba bien adherido a sus propias células óseas, lo que permite que se utilice como "pegamento" o "masilla" para el tejido óseo.
Es de interés el desarrollo de materiales que tienen la propiedad opuesta: no permiten que las células se adhieran a la superficie. Una de las posibles aplicaciones de tales materiales podría ser la fabricación de biorreactores para el cultivo de células madre. El caso es que, una vez adherida a la superficie, la célula madre busca diferenciarse, formando determinadas células especializadas. El uso de materiales con una estructura superficial a nanoescala para controlar los procesos de proliferación y diferenciación de las células madre representa un enorme campo de investigación.
Las membranas con nanoporos se pueden utilizar en microcápsulas para la administración de fármacos y para otros fines. Por lo tanto, se pueden usar para filtrar fluidos corporales de sustancias nocivas y virus. Las membranas pueden proteger los nanosensores y otros dispositivos implantables de la albúmina y agentes de recubrimiento similares.
Aplicación de la nanotecnología en medicina: estado del arte
nanomaterial de tratamiento estructurado molecular
El término nanotecnología ha entrado de manera convincente en nuestras vidas. En 1959, el famoso físico teórico estadounidense Richard Feynman dijo que existe "un mundo sorprendentemente polisilábico de formas pequeñas, y algún día la gente se sorprenderá de que hasta 1960 ningún hombre se tomara en serio el estudio de este mundo". En la etapa inicial, el desarrollo de la nanotecnología estuvo determinado principalmente por el desarrollo de dispositivos de microscopía de sonda. Estos dispositivos son como los ojos y las manos de un nanotecnólogo.
Los avances en el campo de la nanotecnología en este momento están asociados con la creación de nanomateriales para las industrias aeroespacial, automotriz y electrónica.
Pero gradualmente se observa cada vez más como un área prometedora de uso de la nanotecnología: la medicina. Esto se debe al hecho de que la nueva tecnología permite trabajar con materia en una escala que hasta hace poco parecía fantástica: micrómetros e incluso nanómetros. Estos valores son típicos de las principales estructuras biológicas: las células, sus componentes (orgánulos) y moléculas.
Hoy es posible afirmar sobre el surgimiento de una nueva dirección: la nanomedicina. Por primera vez, la idea de utilizar dispositivos microscópicos en medicina fue expresada en 1959 por R. Feynman en su famosa conferencia "Hay mucho espacio ahí abajo" (con referencia a la idea de Albert R. Hibbs ). Pero solo en los últimos años, las ideas de Feynman se han acercado a la realidad.
Ahora todavía estamos bastante lejos del microrobot descrito por Feynman, que es capaz de entrar al corazón a través del sistema circulatorio y realizar allí una operación de válvula. Las aplicaciones modernas de la nanotecnología en la medicina se pueden dividir en varios grupos: materiales nanoestructurados, incluidas superficies con nanorrelieve, membranas con nanoagujeros; Nanopartículas (incluidos fullerenos y dendrímeros); Micro y nanocápsulas; Sensores y analizadores nanotecnológicos; Aplicaciones médicas de microscopios de sonda de barrido; Nanoherramientas y nanomanipuladores; Micro y nanodispositivos de distintos grados de autonomía.
La empresa estadounidense C-Sixty Inc. Realiza ensayos preclínicos de agentes basados en nanoesferas de fullereno C60 con grupos químicos ordenados en su superficie. Estos grupos pueden seleccionarse para unirse a objetivos biológicos preseleccionados. La gama de posibles aplicaciones es extremadamente amplia. Incluye la lucha contra enfermedades virales como influenza y VIH, enfermedades oncológicas y neurodegenerativas, osteoporosis y enfermedades vasculares. Por ejemplo, una nanoesfera puede contener un átomo de un elemento radiactivo en su interior y grupos en su superficie que le permiten adherirse a una célula cancerosa.
En Rusia se están llevando a cabo desarrollos similares. El Instituto de Medicina Experimental (San Petersburgo) utilizó un aducto de fullereno con polivinilpirrolidona (PVP). Este compuesto es fácilmente soluble en agua y las cavidades en su estructura tienen un tamaño cercano a las moléculas C60. Las cavidades se llenan fácilmente con moléculas de fullereno y, como resultado, se forma un aducto soluble en agua con alta actividad antiviral. Dado que la PVP en sí misma no tiene efecto antivírico, toda la actividad se atribuye a las moléculas C60 contenidas en el aducto.
En términos de fullereno, su dosis efectiva es de aproximadamente 5 μg / ml, que es significativamente menor que la cifra correspondiente a la remantadina (25 μg / ml), que se utiliza tradicionalmente en la lucha contra el virus de la influenza. A diferencia de la remantadina, que es más eficaz en el período inicial de la infección, el aducto C60 / PVP tiene un efecto estable durante todo el ciclo de reproducción viral. Otra característica distintiva del fármaco diseñado es su eficacia contra los virus de la influenza tipo A y B, mientras que la remantadina actúa solo sobre el primer tipo.
Las nanoesferas también se pueden usar en el diagnóstico, por ejemplo, como una sustancia radiopaca que se adhiere a la superficie de ciertas células y muestra su ubicación en el cuerpo.
Los dendrímeros son de particular interés. Representan un nuevo tipo de polímeros con una estructura ramificada en lugar de la estructura lineal habitual.
De hecho, el primer compuesto con tal estructura se obtuvo en los años 50, y los principales métodos de su síntesis se desarrollaron principalmente en los años 80. El término "dendrímeros" apareció antes que "nanotecnología", y al principio no estaban asociados entre sí. Recientemente, sin embargo, los dendrímeros se han mencionado cada vez más precisamente en el contexto de sus aplicaciones nanotecnológicas (y nanomédicas).
Esto se debe a una serie de propiedades especiales que tienen los compuestos dendriméricos. Entre ellos: predecibles, controlables y reproducibles con alta precisión los tamaños de macromoléculas; la presencia de canales y poros en macromoléculas con formas y tamaños bien reproducibles; la capacidad para la encapsulación e inmovilización altamente selectiva de sustancias de bajo peso molecular con la formación de estructuras supramoleculares "huésped-huésped".
Micro y nanocápsulas
Para administrar los medicamentos al lugar deseado del cuerpo, se pueden usar cápsulas en miniatura (~ 1 micra) con nanoporos. Ya se están probando microcápsulas similares para la liberación y liberación de insulina fisiológicamente controlada en la diabetes tipo 1. El uso de poros con un tamaño de aproximadamente 6 nm le permite proteger el contenido de la cápsula de los efectos del sistema inmunológico del cuerpo. Esto hace posible encapsular células animales productoras de insulina que de otro modo serían rechazadas por el cuerpo.
Las cápsulas microscópicas de un diseño relativamente simple también pueden duplicar y expandir las capacidades naturales del cuerpo. R. Freitas ofrece un ejemplo de tal concepto; también respirocyte: un portador artificial de oxígeno y dióxido de carbono, significativamente superior en sus capacidades tanto a los glóbulos rojos como a los sustitutos sanguíneos existentes (por ejemplo, basado en emulsiones de fluorocarbonos).
Aplicaciones médicas de los microscopios de sonda de barrido
Los microscopios de barrido son un grupo de dispositivos que son únicos en sus capacidades. Le permiten lograr un aumento suficiente para ver moléculas y átomos individuales. Al mismo tiempo, es posible estudiar objetos sin destruirlos e, incluso, lo que es especialmente importante desde el punto de vista de las aplicaciones médico-biológicas, en algunos casos para estudiar objetos vivos. Algunos tipos de microscopios de barrido también permiten la manipulación de moléculas y átomos individuales.
El libro contiene una buena descripción general de las capacidades de los microscopios de barrido en el estudio de objetos biológicos. Las capacidades únicas de los microscopios de barrido determinan las perspectivas de su aplicación en la investigación biomédica. Este es principalmente el estudio de la estructura molecular de las membranas celulares.
Nanomanipuladores
Los nanomanipuladores pueden denominarse dispositivos diseñados para manipular nanoobjetos: nanopartículas, moléculas y átomos individuales. Un ejemplo son los microscopios de sonda de barrido, que pueden mover cualquier objeto hasta los átomos.
En la actualidad, se han creado prototipos de varias variantes de "nanot pinzas". En un caso, se utilizaron dos nanotubos de carbono con un diámetro de 50 nm, dispuestos en paralelo en los lados de una fibra de vidrio con un diámetro de aproximadamente 2 µm. Cuando se les aplicó un voltaje, los nanotubos podrían divergir y converger como las mitades de unas pinzas.
En otro caso, se utilizaron moléculas de ADN que cambian su geometría durante una transición conformacional, o la ruptura de enlaces entre bases de nucleótidos en ramas paralelas de la molécula.
Sin embargo, un manipulador de nanoobjetos puede diferir en su estructura de los macroinstrumentos. Por lo tanto, se demostró la capacidad de mover nanoobjetos utilizando un rayo láser. En un trabajo reciente, los científicos de las universidades de Cornell y Massachusetts lograron "desenrollar" una molécula de ADN de un nucleosoma. Al hacerlo, lo tiraron por el final usando tales "pinzas láser".
Micro-y nanodispositivos
Actualmente, los dispositivos en miniatura que se pueden colocar dentro del cuerpo con fines diagnósticos y posiblemente terapéuticos se están generalizando cada vez más.
Un dispositivo moderno diseñado para examinar el tracto gastrointestinal tiene un tamaño de varios milímetros, lleva una cámara de video en miniatura y un sistema de iluminación a bordo. Las tramas recibidas se envían.
Dispositivos de este tipo sería incorrecto para referirse al campo de la nanomedicina. Sin embargo, existen amplias perspectivas para su mayor miniaturización e integración con nanosensores de los tipos descritos anteriormente, sistemas de control y comunicación a bordo basados en electrónica molecular y otras nanotecnologías, fuentes de energía que reciclan sustancias contenidas en los medios internos del cuerpo. En el futuro, dichos dispositivos pueden equiparse con dispositivos para la locomoción autónoma e incluso manipuladores de un tipo u otro. En este caso, podrán penetrar hasta el punto deseado del cuerpo, recopilar información de diagnóstico local allí, administrar medicamentos y, en un futuro aún más lejano, realizar "operaciones nanoquirúrgicas": destrucción de placas ateroscleróticas, destrucción de células. con signos de degeneración maligna, restauración de fibras nerviosas dañadas, etc. Dichos dispositivos (nanorobots) se analizarán con más detalle a continuación.
Nanobot médico
La nanotecnología permitirá a los ingenieros construir nanorobots complejos que se pueden insertar de forma segura en el cuerpo humano para transportar moléculas importantes, controlar objetos microscópicos y comunicarse con los médicos a través de sensores en miniatura, equipados con motores, manipuladores, generadores de energía y computadoras a escala molecular.
La idea de construir tales nanorobots se basa en el hecho de que el cuerpo humano es un nanomecanismo natural: muchos neutrófilos, linfocitos y glóbulos blancos funcionan constantemente en el cuerpo, reparando tejidos dañados, destruyendo microorganismos invasores y eliminando partículas extrañas de varios órganos. .
La nanorobótica surgió cuando se hizo necesario trabajar con objetos en miniatura a nivel molecular. Los nanorobots son sistemas nanoelectromecánicos diseñados para realizar tareas específicas con precisión a nanoescala. Su ventaja sobre la medicina convencional radica en su tamaño. El tamaño de las partículas afecta la duración y la magnitud de la exposición, por lo tanto, los medicamentos a microescala se pueden usar en concentraciones más bajas y tienen un inicio más temprano del efecto terapéutico. También brinda la capacidad de administrar el medicamento a un sitio de uso específico.
Es probable que un nanodispositivo médico típico sea un robot de aproximadamente una micra de tamaño, ensamblado a partir de nanopartes. Estos nanorobots pueden actuar sobre comandos del exterior o de acuerdo con un programa dado para realizar un trabajo a macroescala.
Nanotubos y radiación infrarroja
La terapia fototérmica con nanomateriales ha atraído recientemente la atención como una estrategia eficaz en el desarrollo de una nueva generación de terapias contra el cáncer.
Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) son un candidato potencial para el papel de factor terapéutico fototérmico, ya que generan una cantidad significativa de calor cuando se irradian con luz infrarroja cercana (NIR, longitud de onda - 700-1100 nm). Para estas longitudes de onda, los tejidos biológicos, incluida la piel, son prácticamente transparentes. El efecto fototérmico provoca la muerte térmica de las células cancerosas y el proceso no es invasivo.
La eficacia de la terapia combinada con nanotubos y radiación ha sido demostrada por los resultados de la destrucción in vivo de un tumor maligno sólido. Este método de tratamiento de ratones mostró una destrucción completa de los tumores sin efectos secundarios dañinos y recaídas en 6 meses consecutivos. En el grupo control, el tratamiento con medios convencionales mostró un crecimiento tumoral constante hasta la muerte de los animales.
Aparece una modificación de los nanotubos de carbono de pared simple con la ayuda de fosfolípidos. Dado que los nanotubos de pared simple exhiben propiedades hidrófobas, es prácticamente imposible lograr su penetración en las células de los tejidos afectados. Este enfoque permitió a un grupo de científicos coreanos sortear esta dificultad.
Los tumores trasplantados a la espalda de los ratones son carcinomas de la cavidad oral humana. Para la irradiación, los ratones se colocaron bajo una lámpara de infrarrojos con una potencia de 76 W / cm3. La sesión duró 3 minutos. El tumor desapareció por completo 20 días después de un solo tratamiento. Al mismo tiempo, se observó por primera vez un aumento en el contenido de nanotubos en el músculo que rodea el tumor, el bazo, la sangre y la piel. Durante los siguientes siete días, los nanotubos se acumularon en la sangre y el hígado. Después de siete días, la cantidad de nanotubos en todos los órganos se redujo drásticamente. Casi todos los nanotubos inyectados fueron eliminados por el hígado y los riñones en dos meses.
Estos resultados permiten considerar el factor fototérmico como un método eficaz para el tratamiento de tumores cancerosos.
Un vaso de nanomateriales de la marca HuaShen.Tratamiento de diversas enfermedades con agua estructurada.
Escuché mucho sobre el uso de nanomateriales en medicina, pero escuché por primera vez sobre un vidrio hecho de nanomateriales de la marca HuaShen. El tratamiento con el uso de un vaso de nanomateriales de la marca HuaSheng es un tratamiento con agua estructurada (de bajo peso molecular).
La marca HuaSheng pertenece a la corporación Tianjin HuaShen, que une a 6 grupos de empresas y empresas con un sistema de actividades diversificadas: el desarrollo de tecnologías científicas, la producción y venta de productos de información y medicamentos a partir de materias primas naturales. Todos los productos se fabrican sobre la base de la experiencia y las tradiciones de la medicina china. Los productos de "Huashen" aparecieron por primera vez en el mercado ruso en 2000, en Bielorrusia y Ucrania, en 2002, en Kazajstán, Kirguistán y Tayikistán, en 2004.
La composición de los nanomateriales utilizados en la fabricación de un vaso de la marca "Huashen" incluye las siguientes sustancias:
· Anhidrita de titanio;
· Óxido de zinc;
· Más de 10 microelementos diferentes.
El agua vertida en un vaso hecho de nanomateriales se transforma después de 20 minutos y luego se puede usar. Durante este período de tiempo, los nanomateriales a partir de los cuales se fabrica el vidrio convierten las macromoléculas de agua (que constan de 13-15 moléculas) en micromoléculas (de 5-7 moléculas). El agua resultante se denomina "de bajo peso molecular" y tiene 4 características:
· Acción altamente disolvente;
· Acción de división;
· Acción penetrante;
· Acción para activar procesos metabólicos.
Según diversas fuentes, los estudios clínicos confirman que el agua estructurada:
· Reduce el contenido de colesterol en la sangre y limpia las arterias sanguíneas;
· Mejora las funciones digestivas, regula la acidez;
· Promueve la regeneración tisular acelerada;
· Promueve la eliminación de toxinas y toxinas del cuerpo;
· Apoya el sistema inmunológico;
· Aumenta la esperanza de vida;
· Renueva el equilibrio metabólico;
· Limpia los intestinos;
· Activa y normaliza la función renal;
· Ayuda en el tratamiento de la inflamación de la mucosa oral;
· Es eficaz en el tratamiento de enfermedades intestinales en niños.
Los especialistas recomiendan el agua estructurada (de bajo peso molecular) de un vaso de la marca "Huasheng" para su uso en las siguientes enfermedades:
· Enfermedades gástricas (gastritis, úlcera de estómago, úlcera duodenal, alta acidez, dispepsia, etc.) - el agua ayuda a mejorar la secreción de jugo gástrico, estimula la peristalsis del estómago y los intestinos, mejora la digestión, aumenta la absorción de alimentos.
· Diabetes mellitus: el agua normaliza el intercambio de células en el páncreas.
· Enfermedad cardiovascular: la mayoría de las enfermedades cardíacas ocurren cuando la grasa se acumula en las arterias de las venas, lo que impide que la sangre fluya libremente. Al beber agua de un vaso de nanomateriales, los depósitos de grasa se destruyen y eliminan del cuerpo. Como resultado, el suministro del corazón mejora, el trabajo de los músculos del corazón se normaliza.
· Hipertensión: en la mayoría de los pacientes, la principal causa de la enfermedad es el aumento de la absorción de grasas, las placas de colesterol se acumulan en las paredes de los vasos sanguíneos y la luz de los vasos se estrecha. Con el uso regular de agua de vasos de la marca "Huasheng", la sangre se limpia de sustancias ácidas, como resultado de lo cual la presión disminuye y los vasos sanguíneos se ablandan.
· Estreñimiento: el agua tratada con nanomateriales introduce oxígeno activo, por lo que el estreñimiento desaparece rápidamente.
· Efecto cosmético: eliminación de la opacidad de la piel, arrugas, asperezas cutáneas, sequedad, manchas de la edad, inflamaciones cutáneas, etc.
El procedimiento para la preparación y uso de agua estructurada (de bajo peso molecular) es el siguiente:
· Se vierte agua corriente, mejor depurada, en un vaso de nanomateriales de la marca "Huashen", que se mantiene en él durante 20-30 minutos. Durante este período de tiempo, el agua se convierte en un peso molecular bajo.
El agua ya estructurada (de bajo peso molecular) se puede beber, usar para cocinar, lavar, regar flores, etc.
· El agua estructurada de un vaso se puede agregar a recipientes con agua purificada regular en una proporción de 0.5 litros por 10 litros (1:20). Después de 20-30 minutos, el agua del recipiente adicional adquirirá la estructura correcta. Esto aumenta el volumen de agua lista para beber.
· La estructura del agua, que se obtiene con la ayuda de nanomateriales, permanece fuera del vaso durante 18-24 horas.
· Se recomienda consumir 30 ml por 1 kg de peso humano. agua, es decir una persona que pesa 70 kg. Debe beber al menos 2,1 litros de agua al día y un peso de 100 kg. - 3 litros por día.
· Para obtener el efecto deseado del tratamiento, es aconsejable utilizar agua estructurada constantemente.
Con la ayuda de un vaso hecho de nanomateriales de la marca "Huasheng", las enfermedades seleccionadas por separado no se curan. El uso de agua de bajo peso molecular proporciona una recuperación integral de todo el organismo. Se produce la autolimpieza del cuerpo de docenas de tipos de diversos venenos y toxinas. Además, el agua estructurada enriquece las células del cuerpo con oxígeno, creando un ambiente que contrarresta la formación de células cancerosas.
Por un lado, las perspectivas para la industria de la nanotecnología son realmente grandiosas. La nanotecnología cambiará radicalmente todas las esferas de la vida humana. Pero, por otro lado, la nanotecnología puede ser peligrosa para la sociedad.
Los investigadores y los ambientalistas han predicho que los nanomateriales, los virus y los robots artificiales se convertirán en las amenazas ambientales más peligrosas en el futuro. La lista completa de amenazas consta de 25 elementos. Los problemas más graves, según los expertos, estarán asociados con los biorobots, que pueden convertirse en nuevas especies invasoras, con experimentos climáticos como "fertilizar" el océano y desplegar escudos para proteger la Tierra del sol.
Además, la mayor demanda de biomasa para la producción de biocombustibles, la destrucción de los ecosistemas marinos causada por la generación de energía en alta mar y los experimentos para controlar las especies invasoras utilizando virus genéticamente modificados supondrán una amenaza para el medio ambiente.
Otras amenazas de la lista que pueden dañar mucho el medio ambiente son más teóricas. Estos incluyen problemas con robots que imitan el comportamiento de los animales y con microbios creados a partir de moléculas sintéticas. Los expertos creen que si estas formas de vida artificiales se liberan en la naturaleza, podrían comenzar a comportarse como especies invasoras.
El tiempo nos está llevando rápidamente a las alturas de nuevas victorias y descubrimientos, los nanorobots no son una excepción, todo está solo al comienzo del camino, y solo podemos observar cómo las nanomáquinas moleculares cambiarán la vida a nuestro alrededor.
Bibliografía
1. Rybalkina M. - "Nanotecnología para todos", 2005
2.G.G. Yelenin - “Nanotecnología. Nanomateriales, nanodispositivos "
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Los recientes avances en nanotecnología, dicen los científicos, podrían ser muy útiles en la lucha contra el cáncer. Se ha desarrollado un fármaco contra el cáncer directamente al objetivo, a las células afectadas por un tumor maligno. Un nuevo sistema basado en un material conocido como biosilicona. La nanosilicona tiene una estructura porosa (diez átomos de diámetro), en la que es conveniente incorporar fármacos, proteínas y radionúclidos. Una vez alcanzado el objetivo, la biosilicona comienza a desintegrarse y los medicamentos que se le entregan se ponen en funcionamiento. Además, según los desarrolladores, el nuevo sistema le permite regular la dosis del medicamento.
Durante los últimos años, los empleados del Centro de Nanotecnología Biológica han estado trabajando en la creación de microsensores que se utilizarán para detectar células cancerosas en el cuerpo y combatir esta terrible enfermedad.
Una nueva técnica para reconocer las células cancerosas se basa en la implantación de pequeños reservorios esféricos hechos de polímeros sintéticos llamados dendrímeros (del griego dendron - árbol) en el cuerpo humano. Estos polímeros se han sintetizado en la última década y tienen una estructura fundamentalmente nueva y no integral que se asemeja a la estructura del coral o la madera. Dichos polímeros se denominan hiperramificados o en cascada. Aquellos en los que la ramificación es regular se denominan dendrímeros. En diámetro, cada una de estas esferas, o nanosensores, alcanza solo 5 nanómetros, 5 mil millonésimas de metro, lo que hace posible colocar miles de millones de tales nanosensores en un área pequeña del espacio.
Una vez dentro del cuerpo, estos pequeños sensores penetran en los linfocitos, glóbulos blancos que proporcionan la defensa del cuerpo contra las infecciones y otros factores que causan enfermedades. Con la respuesta inmune de las células linfoides a una determinada enfermedad o condiciones ambientales (un resfriado o exposición a la radiación, por ejemplo), la estructura de la proteína de la célula cambia. Cada nanosensor, recubierto con reactivos químicos especiales, comenzará a brillar con tales cambios.
Para ver este brillo, los científicos crearán un dispositivo especial que escanea la retina del ojo. El láser de un dispositivo de este tipo debería detectar el brillo de los linfocitos cuando pasan uno por uno a través de los estrechos capilares del fondo de ojo. Si hay suficientes sensores etiquetados en los linfocitos, se necesitará un escaneo de 15 segundos para detectar el daño celular, dicen los científicos.
Aquí se espera el mayor impacto de la nanotecnología, ya que afecta a la base misma de la existencia de la sociedad: el hombre. La nanotecnología alcanza un nivel tan dimensional del mundo físico, en el que la distinción entre vivos y no vivos se vuelve inestable: estas son máquinas moleculares. Incluso un virus puede considerarse en parte un sistema vivo, ya que contiene información sobre su construcción. Pero el ribosoma, aunque consta de los mismos átomos que toda la materia orgánica, no contiene esa información y, por lo tanto, es solo una máquina molecular orgánica. La nanotecnología en su forma avanzada implica la construcción de nanorobots, máquinas moleculares de composición atómica inorgánica, estas máquinas podrán construir copias de sí mismas, teniendo información sobre dicha estructura. Por lo tanto, la línea entre lo vivo y lo no vivo comienza a difuminarse. Hasta la fecha, solo se ha creado un robot de ADN andante primitivo.
La nanomedicina está representada por las siguientes posibilidades:
- 1. Laboratorios en un chip, administración dirigida de medicamentos en el cuerpo.
- 2. ADN - chips (creación de fármacos individuales).
- 3. Anticuerpos y enzimas artificiales.
- 4. Órganos artificiales, polímeros funcionales artificiales (sustitutos de tejidos orgánicos). Esta dirección está estrechamente relacionada con la idea de vida artificial y, en el futuro, conducirá a la creación de robots con conciencia artificial y capaces de autocurarse a nivel molecular. Esto se debe a la expansión del concepto de vida más allá de lo orgánico.
- 5. Nanorobots-cirujanos (biomecanismos que realizan cambios y acciones médicas necesarias, reconocimiento y destrucción de células cancerosas). Esta es la aplicación más radical de la nanotecnología en la medicina, será la creación de nanobots moleculares que pueden destruir infecciones y tumores cancerosos, reparar ADN, tejidos y órganos dañados, duplicar sistemas completos de soporte vital del cuerpo y cambiar las propiedades del cuerpo.
Considerando un átomo individual como un ladrillo o "detalle", la nanotecnología busca formas prácticas de diseñar materiales con características específicas a partir de estas partes. Muchas empresas ya saben cómo ensamblar átomos y moléculas en algún tipo de estructura.
En el futuro, cualquier molécula se ensamblará como un juego de construcción infantil. Para ello, está previsto utilizar nanorobots (nanobots). De hecho, se puede construir cualquier estructura químicamente estable que pueda describirse. Dado que un nanobot puede programarse para construir cualquier estructura, en particular, para construir otro nanobot, serán muy baratos. Trabajando en grandes equipos, los nanobots podrán crear cualquier objeto con bajo costo y alta precisión. En medicina, el problema del uso de la nanotecnología es la necesidad de cambiar la estructura de la célula a nivel molecular, es decir, realizar "cirugía molecular" utilizando nanobots. Se espera crear médicos robóticos moleculares que puedan "vivir" dentro del cuerpo humano, eliminando todos los daños que se produzcan o previniendo la ocurrencia de los mismos. Al manipular átomos y moléculas individuales, los nanobots pueden reparar células. La fecha proyectada para la creación de médicos robóticos, la primera mitad del siglo XXI.
A pesar de la situación actual, la nanotecnología como solución fundamental al problema del envejecimiento es más que prometedora.
Esto se debe al hecho de que la nanotecnología tiene un gran potencial de aplicación comercial en muchas industrias y, en consecuencia, además de una importante financiación gubernamental, muchas grandes empresas llevan a cabo investigaciones en esta dirección.
Es muy posible que después de la mejora para asegurar la "eterna juventud", los nanobots ya no sean necesarios, o serán producidos por la propia célula.
Para lograr estos objetivos, la humanidad debe resolver tres preguntas principales:
- 1. Diseñar y crear robots moleculares que puedan reparar moléculas.
- 2. Diseñar y crear nanocomputadoras que controlen nanomáquinas.
- 3. Cree una descripción completa de todas las moléculas del cuerpo humano, es decir, cree un mapa del cuerpo humano a nivel atómico.
La principal dificultad de la nanotecnología es el problema de crear el primer nanobot. Hay varias vías prometedoras.
Uno de ellos es mejorar el microscopio de túnel de barrido o el microscopio de fuerza atómica y lograr precisión posicional y fuerza de agarre.
Otra forma de crear el primer nanobot es mediante síntesis química. Quizás diseñando y sintetizando ingeniosos componentes químicos que sean capaces de autoensamblarse en solución.
Y otro camino pasa por la bioquímica. Los ribosomas (dentro de la célula) son nanobots especializados y podemos usarlos para crear robots más versátiles.
Estos nanobots podrán ralentizar el proceso de envejecimiento, curar células individuales e interactuar con neuronas individuales.
El trabajo en el estudio comenzó hace relativamente poco tiempo, pero el ritmo de los descubrimientos en esta área es extremadamente alto, muchos creen que este es el futuro de la medicina.
La nanotecnología puede brindar una ayuda significativa para resolver ciertos problemas. En biología y algunas otras ciencias, su aplicación suele ser de gran importancia.
Hay que decir que en las últimas décadas se han identificado una treintena de patologías infecciosas. Entre ellos cabe destacar el sida, la "gripe aviar", el virus del Ébola y otros. Cada año se diagnostican millones de nuevos casos de enfermedades oncológicas en el mundo. Además, la tasa de mortalidad por estas patologías es de unas quinientas mil personas al año.
Son de gran importancia para toda la humanidad. Las ventajas de utilizar los últimos métodos sobre la terapia tradicional son obvias. La nanotecnología en medicina implica principalmente un efecto químico sobre una enfermedad en particular a través de la administración de medicamentos. Como resultado, se forma un cierto ambiente en el cuerpo, lo que contribuye a la aceleración del proceso de curación.
Como se mencionó anteriormente, la nanotecnología se aplica a una variedad de personas. Científicos de todo el mundo están trabajando en la creación de diversos materiales que se pueden aplicar en un área u otra. El ejemplo más simple y sorprendente del uso de la nanotecnología en cosmetología, por ejemplo, es la conocida solución jabonosa. No solo posee propiedades desinfectantes y detergentes. En él se forman micelas y nanopartículas. Hoy, por supuesto, este material está lejos de ser el único que se utiliza para diversos fines en el desarrollo de una esfera particular de la actividad humana.
Hay muchos ejemplos de la aplicación de la nanotecnología en la medicina. Entonces, los científicos han creado una nueva clase de partículas. Las nanopartículas (nanopozos) están dotadas de propiedades ópticas únicas. Estos elementos, que tienen un diámetro microscópico (veinte veces menor que el de los eritrocitos), son capaces de moverse libremente por el sistema circulatorio. Los anticuerpos se adhieren a la superficie de las mangas. El propósito de la aplicación de esta nanotecnología en medicina es la destrucción, varias horas después de la inserción de las mangas en el cuerpo, se irradia luz infrarroja. En el interior, se forma una energía especial, a través de la cual se destruyen las células cancerosas.
Cabe decir que las pruebas de esta nanotecnología se realizaron en ratones experimentales. Ya diez días después de la irradiación, se observó un alivio completo de la enfermedad. Además, los análisis posteriores no mostraron nuevos focos de formaciones malignas.
Los científicos creen que esta y otras nanotecnologías en medicina contribuirán al desarrollo de métodos rápidos y económicos para diagnosticar y eliminar patologías en una etapa temprana. Además, la introducción de nuevos desarrollos en el campo de los fármacos puede permitir la restauración de la estructura dañada del ADN.
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