Nanomedicina

Nanomedicina é o médico aplicação de nanotecnologia. As abordagens para a gama nanomedicina do uso medicinal da nanomateriais, a biossensores nanoeletrônicos, e até mesmo possíveis futuras aplicações da nanotecnologia molecular. Os problemas atuais para nanomedicina envolvem a compreensão das questões relacionadas com a e toxicidade impacto ambiental de materiais em nanoescala.

Nanomedicina pesquisa está diretamente financiado, com os EUA Institutos Nacionais de Saúde, em 2005, o financiamento de um plano de cinco anos para criar quatro centros nanomedicina. Em abril de 2006, a revista Nature Materials estimou que 130 medicamentos à base de nanotecnologia e sistemas de distribuição estavam sendo desenvolvidos em todo o mundo.

Visão global

Nanomedicina visa a proporcionar um valioso conjunto de ferramentas de pesquisa e dispositivos clinicamente votos em um futuro próximo. O Iniciativa Nacional de Nanotecnologia espera que novas aplicações comerciais na indústria farmacêutica que podem incluir sistemas de entrega de drogas avançadas, novas terapias, in vivo de imagens. Interfaces de Neuro-eletrônicos e outros sensores baseados em nanoelectrónica são mais um gol de pesquisa ativa. Mais abaixo da linha, a campo especulativo nanotecnologia molecular acredita que máquinas de reparação celular poderia revolucionar a medicina e da área médica.

Nanomedicina é uma grande indústria, com vendas nanomedicina atingindo 6,8 bilhões de dólares em 2004, e com mais de 200 empresas e 38 produtos no mundo inteiro, de um mínimo de 3,8 mil milhões de dólares em nanotecnologia R & D está sendo investido a cada ano. Como a indústria de nanomedicina continua a crescer, espera-se a ter um impacto significativo na economia.

Uso médico de nanomateriais

Entrega de drogas

Nanomedical abordagens centro de entrega de drogas no desenvolvimento nanopartículas ou moléculas para melhorar o A biodisponibilidade de um fármaco. Biodisponibilidade refere-se à presença de moléculas de droga onde eles são necessários no corpo e onde eles vão fazer o maior bem. Entrega da droga se concentra em maximizar a biodisponibilidade tanto em locais específicos no corpo e ao longo de um período de tempo. Este objectivo será alcançado por direcionamento molecular por dispositivos nanoengineered. É tudo sobre a segmentação das moléculas e entrega de medicamentos com precisão celular. Mais de 65.000 milhões dólares são desperdiçados a cada ano devido à baixa biodisponibilidade. In vivo de imagens é outra área onde as ferramentas e dispositivos estão sendo desenvolvidos. Uso nanopartícula agentes de contraste, imagens, tais como ultra-som e ressonância magnética têm uma distribuição favorável e melhor contraste. Os novos métodos de materiais nanoengineered que estão sendo desenvolvidos pode ser eficaz no tratamento de doenças e doenças como o câncer. O que nanocientistas será capaz de alcançar no futuro está além da imaginação atual. Isto será realizado por auto assemblied nanodispositivos biocompatíveis que irão detectar, avaliar, tratar e relatar ao médico clínico automaticamente.

Sistemas de distribuição de drogas, nanopartículas lipídeos ou à base de polímeros, pode ser projetado para melhorar as farmacológicas e propriedades terapêuticas dos medicamentos. A força de sistemas de entrega de drogas é a sua capacidade para alterar o farmacocinética e biodistribuição do fármaco. As nanopartículas têm propriedades não usuais que podem ser utilizados para melhorar a entrega de drogas. Onde as partículas maiores teria sido eliminado do corpo, células tomam-se estas nanopartículas por causa de seu tamanho. Mecanismos de distribuição de drogas complexos estão sendo desenvolvidas, incluindo a capacidade de obter drogas através das membranas celulares e em células citoplasma. A eficiência é importante porque muitas doenças dependem de processos no interior da célula e só pode ser impedida pelo uso de drogas que fazem o seu caminho para dentro da célula. Resposta desencadeada é uma forma de moléculas da droga a ser utilizada de forma mais eficiente. As drogas são colocadas no corpo e apenas activar ao encontrar um sinal em particular. Por exemplo, uma droga com baixa solubilidade irá ser substituído por um sistema de entrega de droga onde existem ambientes tanto hidrofílicos e hidrofóbicos, a melhoria da solubilidade. Além disso, uma droga pode causar danos nos tecidos, mas com administração de fármaco, a libertação do fármaco regulada pode eliminar o problema. Se um fármaco é apagada muito rapidamente a partir do corpo, isto pode forçar o paciente a utilizar doses elevadas, mas com uma folga de sistemas de libertação de fármacos pode ser reduzida alterando a farmacocinética da droga. Pobre biodistribuição é um problema que pode afectar os tecidos normais por meio da distribuição generalizada, mas o partículas dos sistemas de entrega de drogas diminuir o volume de distribuição e reduzir o efeito sobre o tecido não-alvo. Nanomedicamentos potenciais funcionará por mecanismos muito específicos e bem compreendidos, um dos principais impactos da nanotecnologia e nanociência estará em líder de desenvolvimento de novos fármacos completamente com comportamento mais útil e menos efeitos colaterais.

Câncer

Uma ilustração esquemática que mostra como as nanopartículas ou outros medicamentos contra o cancro pode ser utilizada para tratar o cancro.

O pequeno tamanho das nanopartículas dota-los com propriedades que podem ser muito úteis na oncologia, particularmente em imagiologia. Os pontos quânticos (nanopartículas com propriedades quânticas de confinamento, como a emissão de luz de tamanho ajustável), quando usado em conjunto com MRI (ressonância magnética), pode produzir imagens excepcionais de sites tumorais. Estas nanopartículas são muito mais brilhantes do que os corantes orgânicos e só precisa de uma fonte de luz para excitação. Isto significa que a utilização de pontos quânticos fluorescentes pode produzir uma imagem de contraste mais elevado e a um custo menor do que os corantes orgânicos de hoje utilizado como meios de contraste.

Outra nanoproperty, área superficial elevada em relação ao volume, permite que muitos grupos funcionais para ser ligado a um de nanopartículas, que podem procurar e ligar-se a certos células tumorais. Além disso, o pequeno tamanho das nanopartículas (10 a 100 nanómetros), que lhes permite acumular preferencialmente em locais de tumores (tumores por falta de um sistema eficaz de drenagem linfática). A questão de pesquisa muito emocionante é como fazer essas nanopartículas de imagem fazer mais coisas para o câncer. Por exemplo, é possível a fabricação de nanopartículas multifuncionais que detectam, imagem, e depois prosseguir para tratar um tumor? Esta questão está sob investigação vigorosa; a resposta para o que poderia moldar o futuro de câncer treatment.A prometendo novo tratamento do cancro que pode um dia substituir a radiação ea quimioterapia está afiando mais perto de testes em humanos. Terapia Kanzius RF atribui nanopartículas microscópicas para células cancerosas e, em seguida, "cozinheiros" tumores dentro do corpo com ondas de rádio que aquecem única as nanopartículas e as células adjacentes (cancerosos).

Sensor chips de teste contendo milhares de nanofios, capazes de detectar proteínas e outros biomarcadores deixadas para trás pelas células cancerosas, pode permitir a detecção e diagnóstico de cancro em fases iniciais de algumas gotas de sangue de um paciente.

Pesquisadores da Rice University sob Prof. Jennifer Ocidente, têm demonstrado o uso de 120 nm de diâmetro nanoshells revestidas com ouro para matar os tumores de câncer em camundongos. Os nanoshells podem ser direcionados para ligação às células cancerosas através da conjugação de anticorpos ou péptidos à superfície de nanoconcha. Por irradiação da área do tumor com um laser infravermelho, que passa através da carne, sem aquecimento, o ouro é aquecido suficientemente para causar a morte das células cancerosas.

Além disso, John Kanzius inventou uma máquina de rádio que utiliza uma combinação de ondas de rádio e nanopartículas de carbono ou de ouro para destruir as células cancerosas.

Nanopartículas de seleneto de cádmio ( quantum dots) brilham quando expostos à luz ultravioleta. Quando injetados, eles infiltram em câncer tumores. O cirurgião pode ver o tumor brilhante, e usá-lo como um guia para a remoção do tumor mais precisa.

Um cientista da Universidade de James Baker de Michigan, acredita ter descoberto uma maneira altamente eficiente e bem sucedida de fornecer drogas câncer de tratamento que é menos nocivo para o corpo circundante. Baker desenvolveu uma nanotecnologia que pode localizar e, em seguida, eliminar as células cancerosas. Ele olha para uma molécula chamada um dendrímero. Esta molécula tem mais de cem ganchos que permitem que ele se ligar a células no corpo por uma variedade de fins. Baker então atribui-ácido fólico para alguns dos ganchos (-ácido fólico, sendo uma vitamina, é recebido por células no corpo). As células cancerosas têm mais receptores de vitamina do que as células normais, assim dendrímero-vitamina carga de Baker irá ser absorvida pela célula de cancro. Para o resto dos ganchos sobre o dendrímero, Baker coloca fármacos anti-cancro que vão ser absorvidos com o dendrímero em que a célula cancerosa, fornecendo assim a droga para o cancro de células de cancro e em nenhum outro Bullis (2006).

Em A terapia fotodinâmica, uma partícula é colocado no interior do corpo e é iluminada com luz a partir do exterior. A luz é absorvida pela partícula e se a partícula é de metal, a energia da luz vai aquecer partícula e em torno do tecido. A luz também pode ser utilizada para produzir moléculas de oxigénio de elevada energia, que irão reagir quimicamente com e destruir a maioria das moléculas orgânicas que estão perto delas (como tumores). Esta terapia é atraente por muitas razões. Não deixar uma "fuga tóxico" de moléculas reactivas ao longo do corpo (quimioterapia) porque é dirigida, onde apenas a luz é irradiada e existem as partículas. A terapia fotodinâmica tem potencial para um procedimento não-invasivo para lidar com doenças, tumores e tumores.

Cirurgia

Na Universidade Rice, um soldador carne é usada para fundir dois pedaços de carne de frango em uma única peça. Os dois pedaços de frango são colocados juntos tocando. Um líquido esverdeado contendo nanoshells revestido a ouro é driblou ao longo da costura. Um laser infravermelho é traçado ao longo da costura, fazendo com que os dois lados para soldar juntas. Esta situação poderia resolver as dificuldades e os vazamentos de sangue causados quando o cirurgião tenta restitch as artérias ele / ela cortou durante um transplante de rim ou coração. O soldador carne poderia fundir a artéria em uma vedação perfeita.

Visualização

Acompanhando o movimento pode ajudar a determinar quão bem as drogas estão sendo distribuídos ou como substâncias são metabolizados. É difícil detectar um pequeno grupo de células de todo o corpo, para cientistas usado para tingir as células. Estes corantes necessários para ser excitado pela luz de um determinado comprimento de onda, para que eles para iluminar. Embora diferentes corantes de cor absorver diferentes freqüências de luz, havia uma necessidade para tantas fontes de luz como as células. Uma maneira de contornar este problema é com marcas luminescentes. Estas tags são quantum dots ligado a proteínas que penetram a parede celular. Os pontos podem ser aleatórios, em tamanho, pode ser feito de material bio-inerte, e demonstram a propriedade nanoescala que a cor é dependente do tamanho. Como resultado, os tamanhos são seleccionados de modo que a frequência de luz usado para fazer um grupo de pontos de quantum fluorescência é um múltiplo da frequência necessária para fazer um outro grupo tornar incandescente. Em seguida, ambos os grupos pode ser iluminado com uma única fonte de luz.

Nanoparticle segmentação

É muito Observa-se que as nanopartículas são ferramentas promissoras para o avanço da entrega de drogas, imagiologia médica, e quanto sensores de diagnóstico. No entanto, a biodistribuição destas nanopartículas é principalmente conhecido, devido à dificuldade em atingir órgãos específicos do corpo. A pesquisa atual nos sistemas excretores de camundongos, no entanto, mostra a capacidade de compósitos de ouro para alvejar seletivamente determinados órgãos com base em seu tamanho e carga. Estes compósitos são encapsuladas por um dendrímero e atribuído uma carga e tamanho específicos. Nanopartículas de ouro carregada positivamente foram encontrados para inserir os rins, enquanto nanopartículas de ouro com carga negativa permaneceu no fígado e baço. Sugere-se que a carga de superfície positiva da nanopartícula diminui a taxa de osponization de nanopartículas no fígado, afectando, assim, a via de excreção. Mesmo com um tamanho relativamente pequeno de 5nm, porém, estas partículas podem tornar-se compartimentado nos tecidos periféricos e, portanto, irá acumular-se no corpo ao longo do tempo. Enquanto avanço da pesquisa prova que a segmentação e distribuição pode ser aumentada através de nanopartículas, os perigos do nanotoxicity tornar-se um próximo passo importante em uma maior compreensão de seus usos médicos.

Interfaces de neuro-eletrônico

Interfaces de Neuro-electrónico são um objectivo visionário lidar com a construção de nano-dispositivos que permitam os computadores a serem unidas e ligadas ao sistema nervoso. Esta ideia requer a construção de uma estrutura molecular que vai permitir o controlo e detecção de impulsos nervosos por um computador externo. Os computadores serão capazes de interpretar, cadastre-se e responder aos sinais que o corpo dá-se quando ele se sente sensações. A procura de tais estruturas é enorme, porque muitas doenças envolvem a deterioração do sistema nervoso (ALS e esclerose múltipla). Além disso, muitas lesões e acidentes podem prejudicar o sistema nervoso, resultando em sistemas disfuncionais e paraplegia. Se computadores poderia controlar o sistema nervoso através do interface de neuro-electrónica, problemas que prejudicam o sistema pode ser controlado de modo que os efeitos de doenças e lesões poderiam ser ultrapassados. Duas considerações devem ser feitas ao selecionar a fonte de alimentação para essas aplicações. Eles são estratégias refuelable e nonrefuelable. A estratégia implica refuelable energia é reabastecido continuamente ou periodicamente com Sonic externo, química, tethered, ou fontes de energia elétrica. Uma estratégia nonrefuelable implica que todo o poder é traçada a partir de armazenamento de energia interna que iria parar quando toda a energia é drenada.

Uma limitação a esta inovação é o facto de que a interferência eléctrica é uma possibilidade. Os campos elétricos, pulsos eletromagnéticos (EMP), e campos abandonados de outros in vivo dispositivos elétricos podem causar interferência. Além disso, isoladores grossas são necessárias para evitar a fuga de elétrons, e se alta condutividade do meio in vivo ocorre há um risco de perda de energia repentina e "curto-circuito". Finalmente, fios grossos também são necessários para realizar os níveis de energia substanciais sem superaquecimento. Progresso prático pouco tem sido feito mesmo que a investigação está acontecendo. A fiação da estrutura é extremamente difícil, porque eles devem ser posicionados com precisão no sistema nervoso de modo que seja capaz de monitorar e responder aos sinais nervosos. As estruturas que proporcionam a interface deve também ser compatível com o sistema imunitário do corpo, de modo que eles não serão afectados no corpo durante um longo período de tempo. Além disso, as estruturas também devem detectar correntes iónicas e ser capaz de fazer com que as correntes de fluxo para trás. Embora o potencial para estas estruturas é incrível, não há nenhum calendário para quando elas estarão disponíveis.

As aplicações médicas da nanotecnologia molecular

Nanotecnologia molecular é uma subcampo especulativa da nanotecnologia sobre a possibilidade de engenharia montadores, máquinas moleculares que poderiam reordenar matéria na escala atômica ou molecular. Nanotecnologia molecular é altamente teórico, buscando antecipar o que invenções nanotecnologia pode produzir e propor uma agenda para a investigação futura. Os elementos propostos da nanotecnologia molecular, tais como montadoras e moleculares nanorrobôs são muito além das capacidades atuais.

Nanorobots

As afirmações um tanto especulativas sobre a possibilidade de utilizar nanorobôs na medicina, dizem os defensores, mudaria totalmente o mundo da medicina , uma vez que é realizado. Nanomedicina faria uso desses nanorobôs (por exemplo, Genes Computacional), introduzidas no corpo, para reparar ou detectar danos e infecções. Conforme Robert Freitas do Instituto de Molecular Manufacturing, um típico sangue nanorrobô médico cargo seria entre 0,5-3 micrômetros de tamanho, porque esse é o tamanho máximo possível devido a exigência passagem capilar. carbono seria o elemento principal usado para construir esses nanorrobôs devido à força inerente e outras características de algumas formas de carbono ( diamante / compósitos fulereno), e nanorrobôs seria fabricada em nanofábricas área de trabalho especializada para esta finalidade.

Nanodispositivos pode ser observada no trabalho dentro do corpo usando ressonância magnética, especialmente se os seus componentes foram fabricados usando principalmente ¹³ átomos de C, em vez do singular ¹² C isótopo de carbono, desde ^{13 de} C tem um momento magnético nuclear diferente de zero. Nanodispositivos médicos que primeiro ser injetado em um corpo humano, e, então, ir para o trabalho em uma massa órgão ou tecido específico. O médico irá monitorar o progresso, e ter certeza de que os nanodispositivos ter chegado à região tratamento alvo correto. O médico quer ser capaz de digitalizar uma secção do corpo, e realmente ver os nanodispositivos congregado ordenadamente em torno de seu alvo (uma massa tumoral, etc.) de modo que ele ou ela pode ter certeza que o procedimento foi bem-sucedido.

Máquinas de reparo celular

Usando drogas e cirurgia, os médicos só pode incentivar tecidos para reparar-se. Com máquinas moleculares, haverá reparações mais directas. Reparação celular irá utilizar as mesmas tarefas que os sistemas vivos já provam possível. O acesso a células é possível porque os biólogos podem enfiar agulhas em células sem matá-los. Assim, as máquinas moleculares são capazes de entrar na célula. Além disso, todas as interacções bioquímicas específicas mostram que os sistemas moleculares podem reconhecer outras moléculas por toque, construir ou reconstruir cada molécula de uma célula, e pode desmontar moléculas danificadas. Finalmente, as células que se replicam provar que os sistemas moleculares pode montar cada sistema encontrado numa célula. Portanto, uma vez que a natureza tem demonstrado as operações básicas necessárias para realizar o reparo celular a nível molecular, no futuro, os sistemas nanomachine base será construída que são capazes de entrar nas células, sentir diferenças de mudas sadias e fazer modificações na estrutura.

As possibilidades de essas máquinas de reparação celular são impressionantes. Comparável ao tamanho de vírus ou de bactérias, as suas partes compactas lhes permitam ser mais complexo. As primeiras máquinas serão especializada. À medida que abrir e fechar as membranas celulares ou viajar através do tecido e entrar nas células e os vírus, as máquinas só será capaz de corrigir um distúrbio molecular único como o dano ao DNA ou deficiência da enzima. Mais tarde, máquinas de reparação celular será programado com mais habilidades com a ajuda de sistemas avançados de inteligência artificial.

Nanocomputadores serão necessários para orientar estas máquinas. Esses computadores vai dirigir máquinas para examinar, desmontar e reconstruir estruturas moleculares danificados. Máquinas de reparação será capaz de reparar células por toda estrutura de trabalho pela estrutura. Então por células de trabalho por células e tecidos por tecido, órgãos inteiros podem ser reparados. Finalmente, pelo órgão de trabalho por órgão, é restaurada a saúde do corpo. As células danificadas ao ponto de inactividade pode ser reparada por causa da capacidade das máquinas moleculares para construir as células a partir do zero. Portanto, as máquinas de reparação celular irá liberar a medicina da dependência de auto reparo.

Uma nova onda de tecnologia e medicina está sendo criada e seu impacto no mundo vai ser monumental. Dos possíveis aplicações tais como a entrega de drogas e in vivo de imagens para os potenciais máquinas do futuro, os avanços na nanomedicina estão a ser feitos todos os dias. Não vai demorar muito para a indústria de 10 bilhões de dólares para explodir em uma indústria de 100 bilhões ou 1 trilhão de dólares, e entrega da droga, in vivo de imagens e terapia é apenas o começo.

Nanonephrology

Nanonephrology é um ramo da nanomedicina e nanotecnologia que lida com 1) o estudo de estruturas de proteínas renal em nível atômico; 2) nano-imaging abordagens para estudar processos celulares em células de rim; e 3) nano tratamentos médicos que utilizam nanopartículas e para o tratamento de várias doenças renais. A criação e utilização de materiais e dispositivos, aos níveis moleculares e atómicas que podem ser utilizados para o diagnóstico e terapia de doenças renais é também uma parte de Nanonephrology que vai desempenhar um papel no tratamento de doentes com doença renal no futuro. Avanços na Nanonephrology será baseada em descobertas nas áreas acima que podem fornecer informações nano-escala sobre a maquinaria molecular celular envolvido em processos nos rins normais e em estados patológicos. Pela compreensão das propriedades físicas e químicas de proteínas e outras macromoléculas ao nível atómico em várias células no rim, novas abordagens terapêuticas podem ser concebidos para combater doenças renais principais. O rim artificial nano-escala é uma meta que muitos médicos sonhar. Avanços de engenharia à escala nanométrica permitirá robôs nano-escala programáveis e controláveis para executar procedimentos curativos e de reconstrução no rim humano nos níveis celulares e moleculares. Projetando nanoestruturas compatíveis com as células dos rins e que pode operar com segurança in vivo também é um objetivo futuro. A capacidade de eventos em uma forma controlada direta no nível nano celular tem o potencial de melhorar significativamente a vida dos pacientes com doenças renais.