Жизненная цель диагностической медицины заключается в том, чтобы быть в состоянии диагностировать проблемы со здоровьем максимально быстро, позволяя клиническим врачам лечить пациентов, прежде чем любое необратимое или длительное повреждение сможет появиться.Сказать, что нанотехнологии являются крошечными, было бы преуменьшением – единственный миллимикрон является миллионным из метра.
Листок бумаги приблизительно 100 000 миллимикронов толщиной. Одностенная углеродная нанотрубка с диаметром 1 миллимикрона в 100,000 раз меньше, чем прядь волос.
В сравнении прядь волос в 100,000 раз меньше, чем дом 10 метров шириной.Что больше, они заметили в некоторых ранних испытаниях с моделями животных, что используемые материалы даже умели улучшать рост кости, когда используется с модными имплантатами. Таким образом, даже если датчик не идентифицирует проблем, он все еще в состоянии вызвать рост кости больше, чем регулярный имплантат титана.
Профессор Вебстер сказал MNT о предыдущих проектах, в которых он и его коллеги исследовали потенциал использования наночастиц, чтобы лечить бактериальные и вирусные инфекции.Датчики, построенные из углеродных нанотрубок, способны к ощущению, являются ли клетки, бывшие свойственные имплантату, остеоцитами (как надеялся бы), бактерии или клетки воспаления. Последние два типа клетки могли указать инфекцию или формирование рубцовой ткани, которое могло бы вызвать проблемы для пациента.Но этой проблемой является общая.
Другой пример был бы, когда имплантат – модный имплантат, например – становится зараженным, или воспаление заставляет препятствующую рубцовую ткань формироваться. К тому времени, когда становится очевидно, что модный имплантат стал зараженным, однако, единственное решение заключается в том, чтобы удалить имплантат и вставить новый.
Самым очевидным примером этой проблемы были бы раковые образования, такие как рак поджелудочной железы, которые часто не вызывают знаков или симптомов во время их ранних стадий, только вызывая симптомы, как только рак распространился к другим частям тела.Встроенный в датчик высокая частота, посылающая сигналы во внешний компьютер, от которого клинический врач может получить доступ ко всей информации, переданной датчиком.
От этой информации, например, видит клинический врач, свободен ли имплантат от бактерий, имеет небольшое количество бактерий, что тело будет иметь дело с, или большое количество бактерий, требующих антибиотикотерапии, прежде чем абсолютная инфекция сможет утвердиться.«Очевидно, тот последний сценарий был бы намного лучшим сценарием, чем, что происходит сегодня», заявил профессор Вебстер. «По существу сегодня мы не знаем, когда было слишком много инфекции или слишком много рубцовой ткани, пока не слишком поздно, и мы должны задержать имплантат».
«Это – первый шаг к лучшему имплантату», сказал профессор Вебстер, «но в конечном счете наша цель состоит в том, чтобы действительно проектировать эти датчики, действующие как человеческое тело, делает».До сих пор команда имеет опробованный их нанодатчики путем роста их на модных имплантатах титана и катетерах.
Нанодатчики сделаны из углеродных нанотрубок, каждый в 100,000 раз меньший, чем прядь волос.Вместо этого профессор Вебстер и его команда решили преобразовать обычные медицинские устройства, внедренные в тело путем предоставления им датчиков – нанодатчиков – который может определить проблему и ответить на нее, если и когда она возникает.
Другое исследование, изданное в августе, идентифицировало естественный состав, найденный в дыхании как биомаркер молодого цирроза печени. Этот биомаркер мог однажды сформировать основание теста на наличие алкоголя в крови, чтобы диагностировать эту болезнь.
«Идеально, мы хотим создать датчики, ведущие себя много как естественные клетки в теле», объяснил профессор Вебстер MNT. «Многие из нас сказали бы, что человеческое тело является окончательным датчиком. Мы можем ощутить вещи намного лучше, чем что-нибудь, что мы сделали искусственно до сих пор».
В другом месте профессор Вебстер и его коллеги работали над развивающимися наночастицами, разработанными, чтобы уничтожить определенные вирусы. Золотые наночастицы сделаны быть свойственными вирусам, таким как Эбола или грипп; путем нагревания частиц с определенными инфракрасными длинами волны наночастицы могут тогда разрушить структуру вируса.А также модные имплантаты, команда проверила их нанодатчики на катетерах с помощью того же подхода. Люди, получающие постоянные катетеры, восприимчивы к инфекции, подразумевая, что нанодатчики, контролирующие уровни бактерий, могли оказать значительное влияние на свою заботу.
Общее беспокойство, что люди имеют с нанотехнологиями в человеческом теле, – токсичны ли используемые материалы. Профессор Вебстер и его команда провели много времени в обеспечении, что материалы, которые они использовали – углеродные нанотрубки и некоторые дополнительные полимеры – нетоксичны.
«Препараты и антибиотики не проникнут через эти биопленки», объяснил профессор Вебстер, «таким образом, единственная вещь сделать заключается в том, чтобы только прооперировать и удалить ту биопленку почти вручную путем выкапывания его из ткани».Существуют огромные шаги, которые могут быть сделаны в медицине с помощью нанотехнологий. В настоящее время, однако, центр для профессора Вебстера и его команды должен посмотреть на то, как эта технология может использоваться, чтобы улучшить обычные формы лечения, и это – то, где нанодатчики входят, чтобы играть.
Доктор в телеПрофессор Вебстер суммировал то, что он рассматривает как преимущества нанотехнологий для MNT:«Мы думаем, что существует сильное обещание для нанотехнологий, это используется в медицине, очевидно потому что небольшой размер позволяет Вам проникать через клетки, проникать внутрь клеток и управлять их функцией способами, которыми Вы не можете сделать с обычным материалом».
Некоторые хронические бактериальные инфекции вызываются бактериями, растущими в биопленках – что Т. Бджарншолт из Копенгагенского университета в Дании описывает как «приложенные к слизи скопления». Биопленки являются причиной условий, таких как пневмония в случаях муковисцидоза и связанных с имплантатом инфекций.«Что мы сделали, поскольку первый шаг является взятыми модными имплантатами титана – как больница, купил бы – и затем выращенный материал из поверхности того модного имплантата, который может фактически электрически ощутить, какая клетка свойственна поверхности», сообщил он.
Нанотехнологии: небольшой размер, огромный потенциалМожет быть трудно визуализировать, насколько маленький это, но преимущества, идущие с применением нанотехнологий к медицине, намного легче видеть. Исследователи уже умели использовать нанотехнологии, чтобы улучшить биологическое отображение так, чтобы клинические врачи могли обнаружить накопления крохотных частиц или молекулярных сигналов, связанных с проблемами со здоровьем.Строительство датчика с помощью нанотехнологий, чтобы подражать человеческим иммуноцитам, циркулирующим вокруг тела, указывая, когда что-то неправильно и отвечает положительно на любые проблемы, что поверхность может быть возможной однажды в будущем, но на данный момент, остается большим шагом брать.
Одна проблема, возникающая с диагностированием заболеваний, заключается в том, что симптомы некоторых условий только возникают после определенного количества времени. К тому времени, когда эти симптомы прибывают в поверхность, причина будет прогрессировать до стадии, на которой ее лечение является намного более осложненным, чем это имелось бы проблему, обнаруженный ранее.
На этой неделе MNT говорил с Томасом Вебстером, преподавателем и председателем Отделения Химического машиностроения в Северо-восточном университете в Бостоне, Массачусетс, о текущей работе его команды имея дело с этой проблемой.«Что мы быстро поняли в нашей системе медицинского обслуживания, сегодня то, что многое из того, что мы делаем, является очень реакционным», сказал он.Наночастицы могли изменить это положение дел, однако, поскольку профессор Вебстер сообщил MNT:«Таким образом, мы были в состоянии развить эти наночастицы, которые могут фактически проникнуть через те биопленки и затем убить биопленку, восстановив здоровую ткань в процессе так, чтобы Вам не был бы нужен тот тип операции».
Ускорение процесса диагноза является главным центром исследования. Недавние исследования сообщили относительно, включают одно исследование, нашедшее, что новый анализ крови мог предсказать риск женщины рецидива рака молочной железы почти за 8 месяцев до того, как видимые знаки появились.В этом Центре внимания мы смотрим на то, как профессор Вебстер и его коллеги надеются переезжать от реакционной модели здравоохранения с разработкой нанодатчиков – новая форма технологии, которая будет в состоянии контролировать наращивание бактерий на имплантатах и предупредить клинических врачей, когда лечение будет потребовано, прежде чем проблема возрастает.
На следующей странице мы смотрим на то, как нанодатчики могли бы генерировать энергию и данные и как нанодатчики могли использоваться, чтобы лечить проблемы, прежде чем они смогут нанести вред телу.