Nanoosakesed meditsiinis ja farmaatsiatööstuses. Nanotehnoloogia meditsiinis on meie tulevik! Tehnoloogia nanoosakeste tootmiseks meditsiinilistel eesmärkidel

Teadus liigub hüppeliselt edasi. Tehnoloogia kiire areng on võimaldanud luua rakendusi ja seadmeid, mis võivad avada lõputult võimalusi erinevates meditsiini valdkondades. Nanotehnoloogiat meditsiinis kasutades jõuab inimene üha lähemale mõistmisele, millised protsessid tema kehas toimuvad nii raku- kui molekulaarne tase, nii aatomitasandil kui ka nanoskaalal.

Nanobotid on tulevase põlvkonna nanomasinad. Nad võivad tunda muutusi keskkond ja nendega kohaneda, teha keerulisi arvutusi, suhelda, aktiivselt liikuda, molekulaarsel tasemel kokku panna, remontida või isegi järglasi saada. Sellistel arenenud nanotehnoloogiatel on meditsiinis kasutamiseks tohutult palju võimalusi.

Nanoarvutid. Need on masinad, mis võimaldavad nanoroboteid juhtida. Soov luua nanoarvuteid, aga ka soov teostada kvantarvutust, avab lõputud võimalused nanotehnoloogia kasutamiseks meditsiinis.

Siin on vaid mõned näited nanotehnoloogia kasutamisest meditsiinis:

1. Taastumine raku tasandil. Kahjustatud keharakke on sageli võimatu või väga raske parandada, kuna need on nii väikesed. Nanotehnoloogia meditsiinis võimaldab aga seda reeglit rikkuda. Nanoboteid ja muid seadmeid saab kasutada manipulatsioonideks, mida tuleb rakkude taastamiseks teha molekulaarsel tasemel.
2. Kardiovaskulaarsüsteemi haigused. Siin on reaalne võimalus õppida nanotehnoloogiat kasutama südamemeditsiinis. Eelkõige saavad nanorobotid täita paljusid funktsioone, näiteks taastada kahjustatud südamekude. Teine võimalus nanotehnoloogia kasutamiseks meditsiinis on puhastada artereid neisse tekkinud aterosklerootilistest naastudest ja kõrvaldada muud tüüpi probleemid.
3. Vähi ravi. Esimesed sammud nanotehnoloogia kasutamise suunas vähimeditsiinis on juba tehtud ja saavutanud suurt edu. Mõnede nanoseadmete funktsionaalsus võimaldab neil vähirakke täpsemalt sihtida ja neid ümbritsevaid terveid rakke kahjustamata.
4. Vananemine. Nanotehnoloogiat meditsiinis ei saa kasutada mõningate vanaduse lähenemise märkide kõrvaldamiseks. Näiteks võib lasertehnoloogia mõjutada naha vanusega seotud muutuste, nagu laigud, jooned või kortsud, ilmnemist. Lähitulevikus on tänu võimsale nanotehnoloogiale võimalik sellised märgid meditsiinis täielikult kõrvaldada.
5. Seadmete implanteerimine Praegu kasutatavate implantaatide asendamiseks traditsiooniline meditsiin, viiakse kehasse nanorobotid, et luua selle sees vajalikud struktuurid.
6. Nanotetsetid. See seade on veel üks suurepärane näide nanotehnoloogia kasutamisest meditsiinis. See on loodud töötama nanostruktuuridega. Nanopintsete saab kasutada nanoseadmete liigutamiseks keha sees või selliste seadmete paigutamiseks enne paigaldamist. Nanopintsetide ehitamiseks kasutatakse reeglina nanotorusid.
7. Ravimite ja ravimite kohaletoimetamine. Automaatsed seadmed, mis toimetavad ravimeid kehasse, suurendavad süsteemide vahelist järjepidevust, toimetades ravimid täpselt sellesse süsteemi, mis neid vajab. Sellised nanotehnoloogiad meditsiinis võimaldavad programmeerida manustamissüsteeme nii, et need vabastaksid teatud raviaineid õige aeg ja ilma inimliku eksimuse võimaluseta.
8. Virtuaalne reaalsus. Nanotehnoloogia meditsiinis muudab arstide õppimise lihtsamaks Inimkeha nanobot-süstide kasutamise kaudu. Loodud virtuaalreaalsus aitab mõnda meditsiinitöötajat keerulised toimingud muuta see "realistlikumaks"
9. Luu regenereerimine. Nanotehnoloogia kasutamine aitab kiirendada luude taastumist. Nanoosakesed on erinevad keemiline koostis, mis on võimeline ühendama luukoe ja isegi aitama seljaaju vigastuste korral.
10. Geeniteraapia. Nanotehnoloogiat kasutatakse meditsiinis ka inimkehasse tungimiseks, et selle genoomi korrigeerida. Selle tulemusena on võimalik ravida erinevat tüüpi geenihaigusi.
11. Tüvirakud. Nanotehnoloogia meditsiinis võib aidata küpsetel tüvirakkudel muutuda mis tahes soovitud rakutüübiks. Hiirtel tehtud uuringud on näidanud, et täiskasvanud tüvirakke on võimalik nanotorude abil muuta toimivateks neuroniteks.
12. Visualiseerimine. Nanotehnoloogia kasutamine meditsiinis võimaldab kiiresti saada konkreetse ja väga täpse pildi. Molekulaarne pildistamine võib parandada erinevate haiguste diagnoosimist.
13. Diabeet. Suhkrutaseme määramiseks vere kogumine muutub tarbetuks, kui meditsiinis kasutatakse nanotehnoloogiat, näiteks läätsi. Need võimaldavad määrata suhkru olemasolu veres, muutes nende värvi.
14. Kirurgia. Sellise leiutisega kaasaegne maailm, kuna robotkirurgid ei üllata tänapäeval kedagi. Kui nanokirurgia on teatud laserite kasutamiseks paljutõotav valdkond, siis nanoseadmed on programmeeritud kirurgiliste operatsioonide tegemiseks.
15. Epilepsia. See on veel üks probleem, mille lahendamiseks kasutatakse meditsiinis nanotehnoloogiat. Arendatakse nanokiipe, mis suudavad kontrollida epilepsiahooge. Need on loodud aju saadetud signaalide püüdmiseks, nende analüüsimiseks ja aju reguleerimiseks nii, et krambihoogusid oleks lihtsam kontrollida.
16. Sensoorne tagasiside. Nanokiibid võivad aidata inimesi, kes on kaotanud võime oma keha tunnetada. Nad suudavad elektrilisi impulsse pealt kuulata ja neid tõlgendada.
17. Proteeside juhtimine. Nanotehnoloogia proteeside meditsiinis on samuti leidmas oma õiget kohta. Need aitavad ajul proteeside juhtimisega toime tulla. Näiteid, kus selleks on kasutatud nanokiipe, on juba piisavalt.
18. Meditsiiniline kontroll. Tänu nanotehnoloogia kasutamisele meditsiinis on saanud võimalikuks kehasüsteemide seisundi kontrollimine. Kehasse siirdatud nanokiibid suudavad jälgida tervislikku seisundit ja saata saadud infot arvutisse või muusse elektroonikaseadmesse.
19. Meditsiiniaruanded: Lisaks inimkeha enda süsteemide jälgimisele saab meditsiinis kasutatavat nanotehnoloogiat kasutada meditsiiniteenuste osutajatele teabehoiatuste saatmiseks, suurendades seeläbi elektrooniliste haiguslugude tõhusust.
20. Nanotehnoloogiad meditsiinis võivad tegelikult ära hoida erinevate haiguste esinemist. Seega võivad nanoseadmed, kui need on õigesti programmeeritud, aidata vältida paljusid haigusi, tuvastades probleemid enne, kui need muutuvad tõsiseks. Samuti võivad need aidata vältida krooniliste haiguste teket.
21. Sünnieelne diagnoos. Nanotehnoloogiaid kasutatakse meditsiinis sünnieelseks diagnostikaks. Nanoseadmed võivad kahjustamata tungida läbi emaka või isegi loote enda. Seega võivad need aidata tuvastada ja kõrvaldada looteprobleeme, mis tekivad emaüsas.
22. Individuaalne meditsiin, millel on võime kohaneda iga inimese genoomiga, võimaldavad meditsiinis kasutatavad nanotehnoloogiad kõige täpsemini määrata ravi, samuti määrata selle kulgu, võttes arvesse keha individuaalseid vajadusi.
23. Nanotehnoloogia meditsiinis võimaldab kiiresti edasi viia meditsiinilisi uuringuid, pakkudes selleks vajalikke vahendeid, tänu millele õpib inimene uusi asju oma keha toimimise ja ehituse kohta. Ja tänu keemia ja füüsika valdkonnas tehtud uuringutele suudab nanotehnoloogia meditsiinis varustada inimkeha vajalike ehitusmaterjalidega.

Hiljutised edusammud nanotehnoloogia vallas võivad teadlaste sõnul olla vähivastases võitluses väga kasulikud. Vähivastane ravim on välja töötatud otse sihtmärgile – pahaloomulisest kasvajast mõjutatud rakkudesse. Uus süsteem, mis põhineb bioräni materjalil. Nanosilikoonil on poorne struktuur(läbimõõduga kümme aatomit), millesse on mugav sisestada ravimeid, valke ja radionukliide. Pärast eesmärgi saavutamist hakkab biosilikoon lagunema ja selle tarnitavad ravimid hakkavad toimima. Veelgi enam, arendajate sõnul uus süsteem võimaldab teil kohandada ravimi annust.

Bioloogiliste nanotehnoloogiate keskuse töötajad on viimastel aastatel tegelenud mikrosensorite loomisega, mida kasutatakse vähirakkude tuvastamiseks kehas ja selle kohutava haiguse vastu võitlemiseks.

Vähirakkude äratundmise uus tehnika põhineb sünteetilistest polümeeridest, mida nimetatakse dendrimeerideks (kreeka keelest dendron – puit), pisikeste sfääriliste reservuaaride implanteerimisel inimkehasse. Need polümeerid sünteesiti eelmisel kümnendil ja neil on põhimõtteliselt uus, mittetahke struktuur, mis sarnaneb koralli või puidu struktuuriga. Selliseid polümeere nimetatakse hüperhargnenud või kaskaadiks. Neid, mille hargnemine on korrapärane, nimetatakse dendrimeerideks. Iga sellise sfääri ehk nanosensori läbimõõt ulatub vaid 5 nanomeetrini – 5 miljardiku meetrini, mis võimaldab paigutada miljardeid sarnaseid nanosensoreid väikesele ruumipinnale.

Kehasse sattudes tungivad need pisikesed andurid lümfotsüütidesse – valgetesse verelibledesse, mis tagavad organismi kaitsereaktsiooni infektsioonide ja muude haigusi põhjustavate tegurite vastu. Lümfoidrakkude immuunvastuse ajal teatud haigusele või keskkonnaseisundile – näiteks külmetushaigusele või kiirgusele – muutub raku valgu struktuur. Iga nanosensor, mis on kaetud spetsiaalsete keemiliste reaktiividega, hakkab selliste muutustega helendama.

Selle sära nägemiseks loovad teadlased spetsiaalse seadme, mis skaneerib silma võrkkesta. Sellise seadme laser peaks tuvastama lümfotsüütide sära, kui need üksteise järel läbivad silmapõhja kitsaid kapillaare. Kui lümfotsüütides on piisavalt märgistatud andureid, on rakukahjustuste tuvastamiseks vaja 15-sekundilist skaneerimist, väidavad teadlased.

Siin on oodata nanotehnoloogia suurimat mõju, kuna see mõjutab ühiskonna eksistentsi alust – inimest. Nanotehnoloogia saavutab selle mõõtmete taseme füüsiline maailm, mille juures vahetegemine elava ja elutu vahel muutub ebakindlaks – need on molekulaarmasinad. Isegi viirust võib osaliselt pidada elavaks süsteemiks, kuna see sisaldab teavet selle ehituse kohta. Kuid ribosoom, kuigi see koosneb samadest aatomitest nagu kogu orgaaniline aine, ei sisalda sellist teavet ja seetõttu on see ainult orgaaniline molekulaarmasin. Nanotehnoloogia omal moel arenenud vorm hõlmab nanorobotite, anorgaaniliste molekulaarsete masinate ehitamist aatomi koostis, saavad need masinad luua endast koopiaid, omades teavet sellise konstruktsiooni kohta. Seetõttu hakkab piir elava ja elutu vahel hägustuma. Praeguseks on loodud vaid üks primitiivne kõndiv DNA robot.

Nanomeditsiini esindavad järgmised võimalused:

• 1. Laborid kiibil, ravimite sihipärane kohaletoimetamine organismi.
• 2. DNA kiibid (individuaalsete ravimite loomine).
• 3. Kunstlikud ensüümid ja antikehad.
• 4. Tehisorganid, tehislikud funktsionaalsed polümeerid (orgaanilised koeasendajad). See suund on tihedalt seotud kunstliku elu ideega ja viib tulevikus tehisteadvusega robotite loomiseni, mis on võimelised molekulaarsel tasandil ise paranema. See on tingitud elu mõiste laienemisest orgaanilisest kaugemale
• 5. Nanorobot kirurgid (biomehhanismid, mis viivad läbi muudatusi ja nõudsid meditsiinilisi toiminguid, vähirakkude äratundmist ja hävitamist). See on nanotehnoloogia kõige radikaalsem rakendus meditsiinis – molekulaarsete nanorobotite loomine, mis suudavad hävitada nakkusi ja vähkkasvajaid, parandada kahjustatud DNA-d, kudesid ja elundeid, dubleerida terveid keha elu toetavaid süsteeme ning muuta keha omadusi.

Võttes arvesse üksikut aatomit ehitusplokina või osana, otsib nanotehnoloogia praktilisi viise ehitada nendest osadest kindlate omadustega materjale. Paljud ettevõtted juba teavad, kuidas aatomeid ja molekule teatud struktuurideks kokku panna.

Tulevikus pannakse kõik molekulid kokku nagu laste ehituskomplekt. Selleks on plaanis kasutada nanoroboteid (nanoboteid). Tegelikult saab ehitada mis tahes keemiliselt stabiilse struktuuri, mida saab kirjeldada. Kuna nanobotit saab programmeerida ehitama mis tahes struktuuri, eriti ehitama teist nanobotit, on need väga odavad. Suurtes rühmades töötades suudavad nanobotid luua mis tahes madala hinnaga ja suure täpsusega objekte. Meditsiinis on nanotehnoloogia kasutamise probleemiks vajadus muuta raku struktuuri molekulaarsel tasemel, s.t. viia läbi "molekulaarkirurgia", kasutades nanoboteid. Eeldatakse, et luuakse molekulaarsed robotarstid, mis suudavad "elada" inimkeha sees, kõrvaldades kõik tekkivad kahjustused või ennetades nende tekkimist. Üksikute aatomite ja molekulidega manipuleerides saavad nanobotid rakke parandada. Ennustatud robotarstide loomise periood, 21. sajandi esimene pool.

Vaatamata asjade praegusele seisule on nanotehnoloogia kui vananemisprobleemi fundamentaalne lahendus rohkem kui paljulubav.

Selle põhjuseks on asjaolu, et nanotehnoloogial on suur potentsiaal kaubanduslikuks rakendamiseks paljudes tööstusharudes ja sellest tulenevalt tegelevad sellesuunalised uuringud lisaks tõsisele riiklikule rahastamisele ka paljudes suurkorporatsioonides.

On täiesti võimalik, et pärast parandusi tagamaks " igavene noorus"Nanoboteid pole enam vaja või toodab neid rakk ise.

Nende eesmärkide saavutamiseks peab inimkond lahendama kolm peamist probleemi:

• 1. Disain ja loo molekulaarrobotid, mis suudavad parandada molekule.
• 2. Kavandage ja looge nanoarvuteid, mis hakkavad nanomasinaid juhtima.
• 3. Loo Täielik kirjeldus kõigist inimkeha molekulidest ehk teisisõnu luua inimkeha kaart aatomitasandil.

Nanotehnoloogia peamiseks raskuseks on esimese nanoboti loomise probleem. Paljutõotavaid suundi on mitu.

Üks neist on skaneeriva tunnelmikroskoobi või aatomjõumikroskoobi täiustamine ning asenditäpsuse ja haardejõu saavutamine.

Teine tee esimese nanoboti loomiseni viib läbi keemilise sünteesi. Võib olla võimalik kavandada ja sünteesida nutikaid keemilisi komponente, mis võivad lahuses ise kokku panna.

Ja teine ​​tee viib läbi biokeemia. Ribosoomid (raku sees) on spetsiaalsed nanobotid ja me saame neid kasutada mitmekülgsemate robotite loomiseks.

Need nanobotid suudavad aeglustada vananemisprotsessi, ravida üksikuid rakke ja suhelda üksikute neuronitega.

Uurimistöö algas suhteliselt hiljuti, kuid avastuste tempo selles valdkonnas on äärmiselt kõrge, paljud usuvad, et see on meditsiini tulevik.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Postitatud aadressil http://www.allbest.ru/

HARIDUSASUTUS

Grodno Riiklik Ülikool neid. ja Kupala

Essee

teemal:"Nanomaterjalid meditsiinis"

Koostanud: üliõpilane Bobritskaja Ekaterina Olegovna

Õpetaja: Trifonova I.V.

Sissejuhatus

Enamik meist ei kujuta elu ette ilma tsivilisatsiooni kaasaegsete hüvede, teaduse, tehnoloogia ja meditsiini saavutusteta. Järgmine samm selles arengus on nanotehnoloogia arendamine, eelkõige väga väikeste süsteemide arendamine, mis suudavad täita inimeste käske.

Tehnoloogiline areng on suunatud võimsamate, kiiremate, väiksemate ja elegantsemate masinate arendamisele. Sellise arengu piiriks võib pidada molekuli suurusi masinaid. Kovalentse sidemega aatomitest ehitatud masin on ülitugev, kiire ja väike. Molekulaarnanotehnoloogia tegeleb selliste masinate väljatöötamise, loomise ja juhtimisega. See tööstus avab enneolematud fantastilised väljavaated inimeste suhtlemiseks maailmaga.

Mõisted "nanotehnoloogia", "nanomaterjalid"

Nanotehnoloogia on protsesside kogum, mis võimaldab luua materjale, seadmeid ja tehnilised süsteemid, mille toimimise määrab nanostruktuur, s.o. selle järjestatud fragmendid suurusega 1 kuni 100 nm (10-9 m; aatomid, molekulid). Kreeka sõna "nos" tähendab umbkaudu "päkapikk". Kui osakeste suurust vähendada 100-10 nm-ni või alla selle, muutuvad materjalide omadused (mehaanilised, katalüütilised jne) oluliselt.

Nanomaterjalid on tasemel struktureeritud materjalid molekulaarne suurus või nende lähedal. Struktuur võib olla enam-vähem korrapärane või juhuslik. Juhusliku nanostruktuuriga pindu saab saada osakeste kiirtega töötlemise, plasmasöövitamise ja mõne muu meetodi abil.

Tavaliste struktuuride puhul saab väikeseid pinnaalasid struktureerida "väljastpoolt" - näiteks skaneeriva sondi mikroskoobi abil. Üsna suuri (~1 μ2 või rohkem) alasid ja ka ainemahtusid saab aga struktureerida ilmselt ainult molekulide isekoostumise meetodil.

Eluslooduses on enesekokkupanek levinud. Kõigi kudede struktuuri määrab nende iseseisvumine rakkudest; struktuur rakumembraanid ja organellid määratakse üksikute molekulide isekoosnemise teel.

Molekulaarsete komponentide iseseisev koostamine töötatakse välja viisina perioodiliste struktuuride konstrueerimiseks nanoelektrooniliste ahelate valmistamiseks, ja on tehtud märkimisväärseid edusamme.

Meditsiinis saab teatud kudede asendamiseks kasutada nanostruktureeritud pinnaga materjale. Keharakud tunnevad sellised materjalid ära kui "oma" ja kinnituvad nende pinnale.

Praegu on tehtud edusamme looduslikku luukudet imiteerivate nanomaterjalide tootmisel. Nii kasutasid Northwesterni ülikooli (USA) teadlased Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp jt umbes 8 nm läbimõõduga kiudude kolmemõõtmelist isekoostumist, imiteerides looduslikke kollageenkiude, millele järgnes mineraliseerumine ja orienteeritud hüdroksüapatiidi nanokristallide moodustumine. piki kiude. Oma luurakud olid saadud materjaliga hästi kinni, mis võimaldab seda kasutada luukoe liimina või pahtlina.

Samuti pakub huvi selliste materjalide väljatöötamine, millel on vastupidine omadus: need ei lase rakkudel pinnale kinnituda. Üks selliste materjalide võimalik rakendusala võiks olla tüvirakkude kasvatamiseks mõeldud bioreaktorite valmistamine. Fakt on see, et pinnale kinnitunud tüvirakk püüab diferentseeruda, moodustades teatud spetsiifilisi rakke. Nanomõõtmelise pinnastruktuuriga materjalide kasutamine tüvirakkude proliferatsiooni ja diferentseerumise protsesside juhtimiseks on tohutu uurimisvaldkond.

Nanopoormembraane saab kasutada mikrokapslites ravimite kohaletoimetamiseks ja muudel eesmärkidel. Seega saab neid kasutada kehavedelike filtreerimiseks kahjulikud ained ja viirused. Membraanid võivad kaitsta nanosensoreid ja muid siirdatavaid seadmeid albumiini ja sarnaste katteainete eest.

Nanotehnoloogia rakendamine meditsiinis: hetkeseis

nanomaterjali molekulaarstruktureeritud töötlemine

Mõiste nanotehnoloogia on veenvalt sisenemas meie ellu. 1959. aastal ütles kuulus Ameerika teoreetiline füüsik Richard Feynman, et on olemas "hämmastavalt keeruline väikevormide maailm ja ühel päeval on inimesed üllatunud, et enne 1960. aastat ei võtnud keegi selle maailma uurimist tõsiselt". Algstaadiumis määras nanotehnoloogia arengu peamiselt sondimikroskoopia seadmete väljatöötamine. Need seadmed on nagu nanotehnoloogi silmad ja käed.

Edusamme nanotehnoloogia vallas seostatakse praegu nanomaterjalide loomisega kosmose-, auto- ja elektroonikatööstuse jaoks.

Kuid järk-järgult märgitakse meditsiini üha enam paljulubava nanotehnoloogia kasutamise valdkonnana. Selle põhjuseks on asjaolu, et uus tehnoloogia võimaldab töötada ainega skaalal, mis kuni viimase ajani tundus fantastiline - mikromeetri ja isegi nanomeetriga. Just need väärtused on tüüpilised peamistele bioloogilistele struktuuridele - rakkudele, nende komponentidele (organellidele) ja molekulidele.

Täna võime öelda uue suuna - nanomeditsiini - tekkimise kohta. Mikroskoopiliste seadmete kasutamise ideed meditsiinis väljendas esmakordselt 1959. aastal R. Feynman oma kuulsas loengus "There's Plenty of Room Down There" (viidates Albert R. Hibbsi ideele). Kuid alles viimastel aastatel on Feynmani ideed reaalsusele lähemale jõudnud.

Nüüd oleme veel üsna kaugel Feynmani kirjeldatud mikrorobotist, mis on võimeline vereringesüsteemi kaudu südamesse pääsema ja seal klapioperatsioone tegema. Nanotehnoloogia kaasaegsed rakendused meditsiinis võib jagada mitmeks rühmaks: Nanostruktureeritud materjalid, sh nanoreljeefiga pinnad, nanoaukudega membraanid; Nanoosakesed (sh fullereenid ja dendrimeerid); Mikro- ja nanokapslid; Nanotehnoloogilised andurid ja analüsaatorid; Skaneerivate sondimikroskoopide meditsiinilised rakendused; Nanotööriistad ja nanomanipulaatorid; Erineva autonoomiaastmega mikro- ja nanoseadmed.

Ameerika ettevõte C-Sixty Inc. Viib läbi C60 fullereeni nanosfääridel põhinevate toodete prekliinilisi katseid, mille pinnal on järjestatud keemilised rühmad. Neid rühmi saab valida eelvalitud bioloogiliste sihtmärkidega seondumiseks. Võimalike rakenduste valik on äärmiselt lai. See hõlmab võitlust viirushaigustega nagu gripp ja HIV, vähk ja neurodegeneratiivsed haigused, osteoporoos ja veresoonkonnahaigused. Näiteks võib nanosfäär sisaldada sees radioaktiivse elemendi aatomit ja pinnal - rühmi, mis võimaldavad sellel vähiraku külge kinnituda.

Sarnased arendused toimuvad ka Venemaal. Eksperimentaalmeditsiini instituut (Peterburi) kasutas fullereeni adukti polüvinüülpürrolidooniga (PVP). See ühend on vees hästi lahustuv ja selle struktuuris olevad õõnsused on suuruselt sarnased C60 molekulidega. Õõnsused täidetakse kergesti fullereeni molekulidega, mille tulemusena moodustub vees lahustuv adukt, millel on kõrge viirusevastane toime. Kuna PVP-l endal ei ole viirusevastast toimet, omistatakse kogu aktiivsus aduktis sisalduvatele C60 molekulidele.

Fullereeni osas on selle efektiivne annus ligikaudu 5 μg/ml, mis on oluliselt madalam kui traditsiooniliselt gripiviiruse vastases võitluses kasutatava rimantadiini (25 μg/ml) vastav näitaja. Erinevalt rimantadiinist, mis on kõige tõhusam varajane periood infektsiooni korral on C60/PVP aduktil stabiilne toime kogu viiruse paljunemistsükli vältel. Konstrueeritud ravimi teine ​​eripära on selle efektiivsus A- ja B-tüüpi gripiviiruste vastu, samas kui rimantadiin toimib ainult esimest tüüpi gripiviiruse vastu.

Nanosfääre saab kasutada ka diagnostikas, näiteks röntgenkontrastainena, mis kinnitub teatud rakkude pinnale ja näitab nende asukohta kehas.

Erilist huvi pakuvad dendrimeerid. Need esindavad uut tüüpi polümeere, millel on hargnev struktuur, mitte tavaline lineaarne.

Tegelikult saadi esimene sellise struktuuriga ühend juba 50ndatel ja nende sünteesi peamised meetodid töötati välja peamiselt 80ndatel. Mõiste "dendrimeerid" ilmus varem kui "nanotehnoloogia" ja alguses ei seostatud neid üksteisega. Kuid viimasel ajal mainitakse dendrimeere üha enam nende nanotehnoloogiliste (ja nanomeditsiini) rakenduste kontekstis.

See on tingitud mitmetest eriomadustest, mis dendrimerühenditel on. Nende hulgas: makromolekulide prognoositavad, kontrollitavad ja reprodutseeritavad suurused suure täpsusega; kanalite ja pooride olemasolu makromolekulides, millel on hästi reprodutseeritav kuju ja suurus; võime väga selektiivselt kapseldada ja immobiliseerida madalmolekulaarseid aineid koos supramolekulaarsete "külalis-peremehe" konstruktsioonide moodustamisega.

Mikro- ja nanokapslid

Nanopooridega miniatuurseid (~1 μ) kapsleid saab kasutada ravimite viimiseks soovitud kohta kehas. Sarnaseid mikrokapsleid testitakse juba I tüüpi diabeedi korral insuliini kohaletoimetamise ja füsioloogiliselt kontrollitud vabanemise osas. Umbes 6 nm suuruste pooride kasutamine võimaldab kaitsta kapsli sisu organismi immuunsüsteemi mõjude eest. See võimaldab paigutada insuliini tootvaid loomarakke kapslitesse, mille organism muidu tagasi lükkaks.

Suhteliselt lihtsa disainiga mikroskoopilised kapslid võivad ka keha loomulikke võimeid dubleerida ja laiendada. Sellise kontseptsiooni näiteks on R. Freitas; samuti on respirotsüüt hapniku ja süsinikdioksiidi kunstlik kandja, mis on oma võimete poolest märkimisväärselt parem nii punalibledest kui ka olemasolevatest vereasendajatest (näiteks fluorosüsiniku emulsioonide baasil).

Skaneerivate sondimikroskoopide meditsiinilised rakendused

Skaneerivad mikroskoobid on rühm seadmeid, mis on ainulaadsed oma võimaluste poolest. Need võimaldavad teil saavutada üksikute molekulide ja aatomite vaatamiseks piisava suurenduse. Samas on võimalik objekte uurida neid hävitamata ning isegi, mis on biomeditsiiniliste rakenduste seisukohalt eriti oluline, mõnel juhul uurida ka elusobjekte. Teatud tüüpi skaneerivad mikroskoobid võimaldavad ka üksikute molekulide ja aatomitega manipuleerimist.

Raamatus on hea ülevaade skaneerivate mikroskoopide võimalustest bioloogiliste objektide uurimiseks. Unikaalsed võimalused skaneerivad mikroskoobid määravad kindlaks nende kasutamise väljavaated biomeditsiinilistes uuringutes. See on peamiselt rakumembraanide molekulaarstruktuuri uurimine.

Nanomipulaatorid

Nanomipulaatoreid võib nimetada seadmeteks, mis on mõeldud nanoobjektide – nanoosakeste, molekulide ja üksikute aatomite – manipuleerimiseks. Näiteks on skaneerivad sondimikroskoobid, mis võimaldavad teil liigutada mis tahes objekte aatomiteni.

Praegu on loodud mitme nanopintseti variandi prototüübid. Ühel juhul kasutati kahte süsinik-nanotoru läbimõõduga 50 nm, mis olid paigutatud paralleelselt umbes 2 mikronise läbimõõduga klaaskiu külgedele. Kui neile rakendati pinget, võisid nanotorud lahkneda ja läheneda nagu pintsettide pooled.

Teisel juhul kasutati DNA molekule, mis muudavad oma geomeetriat konformatsioonilise ülemineku või molekuli paralleelsete harude nukleotiidaluste vaheliste sidemete katkemise ajal.

Nanoobjektide manipulaator võib aga oma disaini poolest makrotööriistadest erineda. Nii demonstreeriti nanoobjektide liigutamise võimet laserkiire abil. Cornelli teadlaste hiljutises töös ja Massachusettsi ülikool neil õnnestus DNA molekul nukleosoomist "lahti kerida". Samal ajal tõmbasid nad selle selliste "laserpintsettide" abil lõpuni.

mikro-ja nanoseadmed

Praegu on üha levinumad miniatuursed seadmed, mida saab kehasse asetada diagnostilistel ja võib-olla ka ravieesmärkidel.

Seedetrakti uurimiseks mõeldud kaasaegne seade on mitme millimeetri suurune ning selle pardal on miniatuurne videokaamera ja valgustussüsteem. Vastuvõetud kaadrid edastatakse väljapoole.

Oleks vale liigitada seda tüüpi seadmeid nanomeditsiini alla. Siiski on avanemas laialdased väljavaated nende edasiseks miniaturiseerimiseks ja integreerimiseks ülalkirjeldatud tüüpi nanosensoritega, parda juhtimis- ja sidesüsteemidega, mis põhinevad molekulaarelektroonikal ja muudel nanotehnoloogiatel ning energiaallikatega, mis kasutavad keha sisekeskkonnas sisalduvaid aineid. . Tulevikus saab selliseid seadmeid varustada autonoomse liikumise seadmetega ja isegi üht või teist tüüpi manipulaatoritega. Sel juhul saavad nad tungida soovitud kehapunkti, koguda seal kohalikku diagnostilist teavet, tarnida ravimeid ja veelgi kaugemas tulevikus teha "nanokirurgilisi operatsioone" - aterosklerootiliste naastude hävitamist, rakkude hävitamist. pahaloomulise degeneratsiooni tunnustega, kahjustatud närvikiudude taastamisega jne. Selliseid seadmeid (nanoroboteid) käsitletakse üksikasjalikumalt allpool.

Meditsiiniline nanorobot

Nanotehnoloogia võimaldab inseneridel ehitada keerulisi nanoroboteid, mida saab ohutult inimkehasse sisestada, et transportida olulisi molekule, juhtida mikroskoopilisi objekte ja suhelda arstidega läbi miniatuursete andurite, mis on varustatud mootorite, manipulaatorite, elektrigeneraatorite ja molekulaararvutitega.

Selliste nanorobotite ehitamise idee põhineb asjaolul, et inimkeha on loomulik nanomasin: kehas toimivad pidevalt paljud neutrofiilid, lümfotsüüdid ja valged verelibled, parandades kahjustatud kudesid, hävitades sissetungivaid mikroorganisme ja eemaldades kehast võõrosakesi. erinevaid organeid.

Nanorobootika tekkis siis, kui tekkis vajadus töötada molekulaarsel tasemel miniatuursete objektidega. Nanorobotid on nanoelektromehaanilised süsteemid, mis on loodud konkreetsete ülesannete täitmiseks nanoskaalas täpselt. Nende eeliseks tavameditsiini ees on nende suurus. Osakeste suurus mõjutab toime kestust ja ulatust, seetõttu saab mikroskaala ravimeid kasutada madalamates kontsentratsioonides ja neil on ravitoime varem. See annab ka võimaluse toimetada ravim konkreetsesse kasutuskohta.

Tüüpiline meditsiiniline nanoseade on tõenäoliselt nanoosadest kokku pandud mikronisuurune robot. Need nanorobotid võivad makromastaabis töö tegemiseks tegutseda väljast tulevate käskude alusel või antud programmi järgi

Nanotorud ja infrapunakiirgus

Nanomaterjale kasutav fototermiline teraapia on hiljuti tähelepanu pälvinud kui tõhus strateegia uue põlvkonna vähiravi väljatöötamisel.

Üheseinalised süsiniknanotorud (SWNT) on potentsiaalsed fototermilise teraapia kandidaadid, kuna nad toodavad infrapuna-lähedase valgusega (NIR, lainepikkus 700–1100 nm) kiiritades märkimisväärses koguses soojust. Sellise pikkusega lainete korral on bioloogilised kuded, sealhulgas nahk, peaaegu läbipaistvad. Fototermiline efekt põhjustab vähirakkude termilise surma ja protsess toimub mitteinvasiivselt.

Nanotorude ja kiirgusega kombineeritud ravi efektiivsust näitasid tahke pahaloomulise kasvaja in vivo hävitamise tulemused. See hiirte ravimeetod näitas järgmise 6 kuu jooksul kasvajate täielikku hävimist ilma kahjulike kõrvalmõjude või retsidiivideta. Kontrollrühmas, kui seda raviti tavapäraste vahenditega, ilmnes kasvaja pidev kasv kuni loomade surmani.

Ilmub ühe seinaga süsinik-nanotorude modifitseerimine fosfolipiidide abil. Kuna ühe seinaga nanotorudel on hüdrofoobsed omadused, on peaaegu võimatu saavutada nende tungimine mõjutatud kudede rakkudesse. See lähenemisviis võimaldas Korea teadlaste rühmal sellest keerukusest mööda minna.

Hiirte seljale siirdatud kasvajad on inimese suu kartsinoomid. Kiiritamiseks asetati hiired 76 W/cm3 võimsusega IR-lambi alla. Seansi kestvus oli 3 minutit. Kasvaja kadus täielikult 20 päeva pärast ühekordset ravi. Samal ajal täheldati esmalt nanotorude sisalduse suurenemist kasvajat ümbritsevas lihases, põrnas, veres ja nahas. Järgmise seitsme päeva jooksul kogunesid nanotorud verre ja maksa. Seitsme päeva pärast vähenes nanotorude arv kõigis elundites järsult. Peaaegu kõik süstitud nanotorud eritusid maksa ja neerude kaudu kahe kuu jooksul.

Need tulemused võimaldavad meil pidada fototermilist faktorit tõhusaks meetodiks vähi kasvajate ravimisel.

Huasheni kaubamärgi nanomaterjalidest valmistatud klaas.Mitmete haiguste ravi struktureeritud veega

Olen palju kuulnud nanomaterjalide kasutamisest meditsiinis, kuid see oli esimene kord, kui kuulsin Huasheni kaubamärgi nanomaterjalidest valmistatud klaasist. Töötlemine HuaSheni kaubamärgi nanomaterjalidest valmistatud klaasiga on töötlemine struktureeritud (madala molekulmassiga) veega.

Kaubamärk HuaShen kuulub Tianjin HuaShen Corporationile, mis ühendab 6 ettevõtete ja ettevõtete gruppi mitmekesise tegevussüsteemiga: arendus teaduslikud tehnoloogiad, infotoodete tootmine ja müük ning ravimid looduslikest toorainetest. Kõik valmistatud tooted on valmistatud Hiina meditsiini kogemusi ja traditsioone arvestades. HuaSheni tooted ilmusid esmakordselt Venemaa turule 2000. aastal, Valgevenes ja Ukrainas - 2002. aastal, Kasahstanis, Kõrgõzstanis ja Tadžikistanis - 2004. aastal.

HuaSheni kaubamärgi klaasi valmistamisel kasutatud nanomaterjalide koostis sisaldab järgmisi aineid:

titaananhüdriit;

· tsinkoksiid;

· üle 10 erineva mikroelemendi.

Nanomaterjalidest klaasi valatud vesi muundub 20 minutiga ja seejärel saab seda kasutada. Selle aja jooksul muudavad nanomaterjalid, millest klaas on valmistatud, vee makromolekulid (koosnevad 13-15 molekulist) mikromolekulideks (5-7 molekuli). Saadud vett nimetatakse "madala molekulmassiga" ja sellel on 4 omadust:

· tugevalt lahustuv toime;

· poolitustegevus;

· läbitungiv toime;

· tegevus ainevahetusprotsesside aktiveerimiseks.

Erinevate allikate kohaselt kinnitavad kliinilised uuringud, et struktureeritud vesi:

· vähendab kolesterooli taset veres ja puhastab vereartereid;

· parandab seedefunktsioone, reguleerib happesust;

· soodustab kudede kiirendatud taastumist;

· soodustab jääk- ja mürkainete väljutamist organismist;

· toetab immuunsüsteemi;

· pikendab eluiga;

· Uuendab ainevahetuse tasakaalu;

· puhastab soolestikku;

· aktiveerib ja normaliseerib neerude tööd;

Aitab suu limaskesta põletiku ravis;

· see on efektiivne laste soolehaiguste ravis.

Struktureeritud (madala molekulmassiga) vett kaubamärgi HuaShen klaasist soovitavad eksperdid kasutada järgmiste haiguste korral:

· Maohaigused (gastriit, maohaavand, kaksteistsõrmiksoole haavand, ülihappesus, düspepsia jne) – vesi aitab parandada maomahla eritumist, ergutab mao ja soolte peristaltikat, parandab seedimist, suurendab toidu imendumist.

· Diabeet mellitus – vesi normaliseerib pankrease rakkude ainevahetust.

· Südame-veresoonkonna haigused: enamik südamehaigusi tekib seetõttu, et rasv koguneb venoossetesse arteritesse, takistades vere vaba liikumist. Nanomaterjalidest valmistatud klaasist vett juues hävivad ja eemaldatakse kehast rasvaladestused. Tänu sellele paraneb südame varustamine ja südamelihaste talitlus normaliseerub.

Hüpertensioon: enamikul patsientidest peamine põhjus Haigus on suurenenud rasva imendumine, kolesterooli naastud kogunevad veresoonte seintele ja veresoonte luumen kitseneb. Regulaarsel HuaShen prillide vee tarbimisel puhastatakse veri happelistest ainetest, mille tulemusena rõhk langeb ja veresooned pehmenevad.

· Kõhukinnisus – nanomaterjalidega töödeldud vesi viib sisse aktiivse hapniku, mille tulemusena kaob kõhukinnisus kiiresti.

· Kosmeetiline toime: naha tuhmuse, kortsude, naha kareduse, kuivuse, vanuselaikude, nahapõletike jms kõrvaldamine.

Struktureeritud (madala molekulmassiga) vee valmistamise ja kasutamise protseduur on järgmine:

· Tavaline paremini puhastatud vesi valatakse Huasheni kaubamärgi nanomaterjalidest valmistatud klaasi, mida hoitakse selles 20-30 minutit. Selle aja jooksul muudetakse vesi madala molekulmassiga.

· Juba struktureeritud (madala molekulmassiga) vett võib juua, kasutada toiduvalmistamiseks, kasutada pesemiseks, kasutada lillede kastmiseks jne.

· Klaasist struktureeritud vett võib lisada tavalise puhastatud veega mahutitesse vahekorras 0,5 liitrit 10 liitri kohta (1:20). 20-30 minuti pärast omandab lisaanumas olev vesi õige struktuuri. See suurendab kasutusvalmis vee mahtu.

· Vee struktuur, mis saadakse nanomaterjalide abil, säilib väljaspool klaasi 18-24 tundi.

· Soovitatav on tarbida 30 ml 1 kg inimese kehakaalu kohta. vesi, st. 70 kg kaaluv inimene. peab jooma vähemalt 2,1 liitrit vett päevas ja kaaluma 100 kg. - 3 liitrit päevas.

· Ravist soovitud efekti saavutamiseks on soovitatav pidevalt tarbida struktureeritud vett.

Kasutades HuaSheni kaubamärgi nanomaterjalidest valmistatud klaasi, ei ravita individuaalselt valitud haigusi. Madala molekulmassiga vee joomine parandab kogu keha tervist. Keha puhastub ise kümnetest erinevat tüüpi mürkidest ja toksiinidest. Lisaks rikastab struktureeritud vesi keharakke hapnikuga, luues keskkonna, mis takistab vähirakkude teket.

Ühest küljest on nanotehnoloogiatööstuse väljavaated tõeliselt tohutud. Nanotehnoloogia muudab radikaalselt kõiki inimelu valdkondi. Kuid teisest küljest võib nanotehnoloogia olla ühiskonnale ohtlik.

Teadlased ja keskkonnakaitsjad on ennustanud, et kõige ohtlikumateks keskkonnaohtudeks on tulevikus nanomaterjalid, inimese loodud viirused ja robotid. Kogu ohtude loend koosneb 25 punktist. Kõige tõsisemad probleemid on ekspertide sõnul seotud biorobotidega, millest võivad saada uued invasiivsed liigid, kliimaeksperimentidega, nagu ookeani "väetamine" ja kaitsekilpide kasutuselevõtt Maa kaitsmiseks päikese eest.

Lisaks põhjustavad keskkonnariske suurenenud nõudlus biomassi järele biokütuste valmistamiseks, mere ökosüsteemide hävitamine, mis on põhjustatud avamere elektritootmisest, ja katsed invasiivsete liikide kontrollimiseks geneetiliselt muundatud viirustega.

Muud nimekirjas olevad ohud, mis võivad keskkonda oluliselt kahjustada, on pigem teoreetilised. Nende hulka kuuluvad probleemid loomade käitumist imiteerivate robotite ja sünteetilistest molekulidest loodud mikroobidega. Eksperdid usuvad, et kui need kunstlikud eluvormid loodusesse lastakse, võivad nad hakata käituma nagu invasiivsed liigid.

Aeg lükkab meid kiiresti uute võitude ja avastuste kõrgustesse, nanorobotid pole erand, kõik on alles teekonna alguses ja saame vaid jälgida, kuidas molekulaarsed nanomasinad elu meie ümber muudavad.

Bibliograafia

1. Rybalkina M. - "Nanotehnoloogiad kõigile", 2005

2. G.G. Elenin - "Nanotehnoloogia. Nanomaterjalid, nanoseadmed"

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Teadaolevate farmakopöa ravimtaimede toime ja kasutamise uurimine. Haiguste profülaktikaks ja raviks kasutatavate ürdisegude valmistamise põhimõtete ja iseärasuste uurimine. Ülevaade ravimtaimede pakendamise ja säilitamise uutest tehnoloogiatest.

abstraktne, lisatud 19.05.2012


Apiteraapia omadused kui üldnimetus erinevate inimeste haiguste ravimeetodid elusmesilaste, aga ka mesindussaaduste abil. Mesilase nõelamise ravimeetodi olemus ja roll. Meeravi põhimõtted. Mesindussaaduste analüüs.

esitlus, lisatud 29.03.2015


Desmurgia mõiste määratlus. Sideme paigaldamise ja kasutamise reeglite õpetuse põhitõdedega tutvumine. Sidemete ja nende rakendamiseks vajalike materjalide klassifikatsiooni uurimine. Sidumise reeglitega arvestamine. Splintide ja meditsiinilise kipsi kasutamise meetodid.

esitlus, lisatud 03.02.2016


Stimuleeriva ravi kasutamise näidustuste analüüs: reaktsioonivõime näitajate vähenemine, raviefektide puudumine. Laste parodondihaiguste üldravi meetodite omadused. Sissejuhatus parodondi ravi füsioterapeutilistesse meetoditesse.

esitlus, lisatud 16.05.2014


Dermatomükoosid on naha ja selle lisandite haiguste rühm, mis on põhjustatud seente sattumisest sellesse. Sümptomid, haiguste kliiniliste tunnuste kirjeldused, ravimid mitmete seenhaiguste raviks. Seenevastaste ravimite kirjeldus.

loeng, lisatud 27.11.2009


Neelu lümfoidse rõnga põletikuliste haiguste koht ENT-organite patoloogia struktuuris. Mitmete haiguste ilming, sümptomid ja diagnoosimine: erinevat tüüpi tonsilliit, farüngomükoos, neelu difteeria, adenoidid. Nende haiguste ravi eripära.

abstraktne, lisatud 17.02.2012


Mõiste "neuroos" kasutuselevõtu ajalugu meditsiinis. Selle nähtuse üldised mehhanismid ja omadused. Neurooside klassifikatsioon koduses psühhiaatrias. Erinevat tüüpi neurooside sümptomite kirjeldus, nende seos teiste haigustega, ravi tunnused.

abstraktne, lisatud 09.11.2010


Elektriliste ja elektromagnetiliste mõjude mehhanismid inimkehale. Elektroteraapia kui ravi-, taastus- ja haiguste ennetamise meetod. meetodid meditsiiniline kasutamine praegune Elektroteraapia kasutamise näidustused ja vastunäidustused.

abstraktne, lisatud 16.04.2019


Refleksoloogia kontseptsioon ja rakendamise põhimõtted. Nende meetodite kasutamisele vähiravi erinevates etappides pühendatud publikatsioonide analüüs ja hindamine. Nende tehnikate tõhususe ja nende kasutamise väljavaadete uurimine tulevikus.

esitlus, lisatud 29.11.2015


Näo-lõualuu piirkonna vigastuste tunnused ja klassifikatsioon. Hammaste nihestused ja murrud, alalõualuu murrud. Alalõualuu nihestused: põhjused, kliinilised ilmingud, ravi. Näo-lõualuu piirkonna haiguste diagnoosimise ja ravi meetodite väljatöötamine.

Meie, kes elasime olulise osa oma elust enne sajandivahetust, oleme harjunud pidama oma praegust ajaperioodi omamoodi kaugeks tulevikuks. Kuna me kasvasime üles vaadates selliseid filme nagu Blade Runner (mis toimub 2019. aastal), ei avalda meile millegipärast erilist muljet, kuidas tulevik kujuneb – vähemalt esteetilisest vaatenurgast. Jah, lendavaid autosid, mida meile pidevalt lubati, ei pruugi kunagi juhtuda. Aga näiteks meditsiinis toimuvad nii muljetavaldavad läbimurded, et oleme juba praktilise surematuse lävel. Ja mida kaugemale tulevikku, seda hämmastavamad on selle valdkonna väljavaated.

Biomaterjalidest valmistatud liigeseasendus

Liigeste ja luude asendamise tehnoloogiad on viimastel aastakümnetel edasi arenenud, kuna plast- ja keraamilised osad on üle võtnud metallosadest ja uusim põlvkond kunstlikud luud ja liigesed lähevad veelgi kaugemale: need tehakse biomaterjalidest nii, et need sulanduvad praktiliselt kehaga.

See sai võimalikuks muidugi tänu 3D-printimisele (naaseme selle teema juurde rohkem kui korra). Ühendkuningriigi Southamptoni üldhaigla kirurgid leiutasid tehnika, mis kasutab eaka patsiendi puusaimplantaadi paigal hoidmiseks patsiendi enda tüvirakkudest valmistatud "liimi". Lisaks tõi protsessi Toronto ülikooli professor Bob Pilliar uus tase, luues uue põlvkonna implantaadid, mis tegelikult jäljendavad inimese luud.

Kasutades protsessi, mis seob asendusluu komponendi (kasutades ultraviolettvalgust) äärmise täpsusega uskumatult keerukateks struktuurideks, loovad Pilliar ja tema meeskond pisikese kanalite ja kaevikute võrgustiku, mis transpordivad toitaineid implantaadi enda sees.

Seejärel jaotatakse patsiendi kasvanud luurakud kogu sellesse võrku, ühendades luu implantaadiga. Aja jooksul kunstlik luukomponent lahustub ning looduslikult kasvanud rakud ja koed säilitavad implantaadi kuju.

Pisike südamestimulaator

Alates esimese südamestimulaatori implanteerimisest 1958. aastal on see tehnoloogia loomulikult oluliselt paranenud. Kuid pärast 1970. aastate hiiglaslikke arenguhüppeid jäi 80ndate keskel kõik kuidagi soiku. Medtronic, kes lõi esimese akutoitega südamestimulaatori, on turule tulemas seadmega, mis võib südamestimulaatorite tööstust muuta sama palju kui selle esimene seade. See on vitamiinipudeli suurune ja ei vaja operatsiooni.

See uus mudel sisestatakse kubemesse (!) asuva kateetri kaudu, kinnitatakse väikeste harudega südame külge ja edastatakse vajalikud regulaarsed elektriimpulsid. Kui tavapärased südamestimulaatorid nõuavad tavaliselt keerulist operatsiooni, et luua seadmele südame lähedal tasku, siis väike versioon lihtsustab oluliselt protseduuri ja vähendab tüsistuste esinemissagedust 50%, kusjuures 96% patsientidest ei ilmne tüsistuste märke.

Ja kuigi Medtronic võib sellel turul olla esimene (FDA heakskiiduga), arendavad teised suuremad südamestimulaatorite tootjad konkureerivaid seadmeid ega kavatse jääda 3,6 miljardi dollari suurusest aastasest turust väljapoole. Medtronic alustas pisikeste elupäästjate väljatöötamist 2009. aastal.

Google'i silmaimplantaat

Üldlevinud pakkuja otsingumootor ja globaalne hegemoon Google näib plaanivat integreerida tehnoloogia meie elu igasse aspekti. Siiski tasub tõdeda, et koos hunniku prügiga toodab Google ka väärt ideid. Üks Google'i uusimaid pakkumisi võib muuta maailma või muuta selle õudusunenäoks.

Projekt, mida tuntakse Google'i kontaktläätsena, on kontaktlääts: silma implanteeritud lääts asendab silma loomulikku läätse (mis selle käigus hävib) ja kohandub kehva nägemise korrigeerimiseks. Lääts kinnitatakse silmale sama materjaliga, mida kasutatakse pehmete kontaktläätsede valmistamisel, ja sellel on palju praktilisi meditsiinilisi rakendusi – näiteks glaukoomihaigete vererõhu mõõtmine, suhkurtõvega patsientide glükoositaseme lugemine või juhtmevaba värskendamine, mis põhineb läätsede seisundi halvenemisel. patsiendi nägemine.

Teoreetiliselt võib Google'i tehissilm nägemise täielikult taastada. Muidugi pole see veel kaamera, mida otse silmadesse implanteeritakse, kuid nad ütlevad, et kõik liigub selle poole. Lisaks on ebaselge, millal objektiiv turule jõuab. Kuid patent saadi ja kliinilised uuringud kinnitasid protseduuri võimalikkust.

Tehisnahk

Kunstnaha areng on viimastel aastakümnetel teinud märkimisväärseid edusamme, kuid kaks hiljutist läbimurret täiesti erinevatest valdkondadest võivad avada uusi uurimisvõimalusi. Teadlane Robert Langer Massachusettsist Tehnoloogiainstituut töötas välja "teise naha", mida ta nimetas XPL-iks ("ristseotud polümeerikiht"). Uskumatult õhuke materjal jäljendab pingul, nooruslikku nahka – efekt, mis ilmneb kohe loomisel, kuid kaob umbes päeva pärast.

Kuid keemiaprofessor Chao Wong alates California ülikool Riverside'is töötab veelgi futuristlikuma polümeermaterjali kallal: selline, mis võib toatemperatuuril kahjustustest ise paraneda ja on täis pisikesi metalliosakesi, mis suudavad paremate mõõtmiste jaoks elektrit juhtida. Professor kinnitab, et ta ei püüa luua superkangelaste nahka, kuid tunnistab, et on suur Wolverine'i fänn ja püüab tuua ulme reaalsesse maailma.

Tähelepanuväärselt on mõned iseparanevad materjalid juba turule jõudnud, näiteks LG Flex telefoni iseparanev kate, mille Wong toob näitena, kuidas selliseid tehnoloogiaid tulevikus kasutada saaks. Lühidalt öeldes üritab see kutt tõesti superkangelasi luua.

Ajuimplantaadid, mis taastavad motoorseid võimeid

24-aastane Ian Burkhart elas üheksateistkümneaastaselt üle kohutava õnnetuse, mis jättis ta rinnast varvasteni halvatuks. Viimased kaks aastat on ta töötanud koos arstidega, kes on näpistanud ja katsetanud tema ajusse siirdatud seadet – mikrokiipi, mis loeb aju elektrilisi impulsse ja muudab need liikumiseks. Kuigi seade pole kaugeltki täiuslik – seda saab kasutada vaid laboris, kui implantaat on käel oleva hülsi kaudu arvutiga ühendatud –, võimaldas see patsiendil pudelilt korgi maha keerata ja isegi videomängu mängida.

Yang tunnistab, et tal ei pruugi neist tehnoloogiatest kasu olla. Ta teeb seda rohkem selleks, et tõestada kontseptsiooni võimalikkust ja näidata, et tema ajust lahti ühendatud jäsemed saab sellega väliste vahenditega uuesti ühendada.

Tõenäoliselt on aga tema abi ajuoperatsioonidel ja katsetel, mida tehakse kolm korda nädalas, suureks abiks selle tehnoloogia tutvustamisel tulevastele põlvkondadele. Kuigi sarnaseid protseduure on kasutatud ka ahvide liikumise osaliseks taastamiseks, on see esimene näide inimestel halvatust põhjustavast neuraalsest katkestusest edukalt ülesaamisest.

Bioabsorbeeruvad pookoksad

Stendid – võrgust polümeerist torud, mis sisestatakse kirurgiliselt arteritesse, et vältida nende blokeerimist – on tõeline pahe, mis põhjustab patsiendile tüsistusi ja näitab mõõdukat efektiivsust. Tüsistuste potentsiaal, eriti noorematel patsientidel, muudab hiljutise bioabsorbeeruvaid vaskulaarseid siirikuid hõlmava uuringu tulemused paljulubavaks.

Protseduuri nimetatakse endogeenseks kudede parandamiseks. Lihtsamalt öeldes: noorte patsientide puhul, kes sündisid ilma vajalike sidemeteta südames, suutsid arstid luua need ühendused täiustatud materjali abil, mis toimib "tellingutena", võimaldades kehal oma struktuuri kopeerida. orgaanilisi materjale kasutades ja seejärel lahustub implantaat ise. Uuring oli piiratud, hõlmates ainult viis noort patsienti. Kuid kõik viis paranesid ilma tüsistusteta.

Kuigi see kontseptsioon pole uus, uus materjal(mis koosneb „supramolekulaarsetest bioabsorbeeruvatest polümeeridest, mis on valmistatud patenteeritud elektroketrustehnoloogia abil”) on oluline samm edasi. Eelmise põlvkonna stendid koosnesid muudest polümeeridest ja isegi metallisulamitest ning andsid erinevaid tulemusi, mis viis selle raviviisi aeglasele kasutuselevõtule kogu maailmas.

Bioklaasist kõhre

Teine 3D-prinditud polümeeride disain võib revolutsiooniliselt muuta väga kurnavate haiguste ravi. Londoni Imperial College'i ja Milano-Bicocca ülikooli teadlaste meeskond on loonud materjali, mida nad kutsuvad "bioklaasiks": räni-polümeeri kombinatsiooni, millel on kõhre tugevad ja painduvad omadused.

Need meenutavad stente, millest me eespool rääkisime, kuid on valmistatud täiesti erinevast materjalist täiesti erineva rakenduse jaoks. Üks selliste implantaatide kavandatud kasutusala on ehitada karkassid, et soodustada kõhre loomulikku kasvu. Need taastuvad ka ise ja sidemete katkemisel saab neid taastada.

Kuigi meetodi esimene katse on ketta asendamine, on väljatöötamisel veel üks implantaadi püsiversioon, et ravida põlvevigastusi ja muid vigastusi piirkondades, kus kõhre ei saa uuesti kasvada. 3D-printimine muudab implantaadid odavamaks ja kättesaadavamaks ning veelgi funktsionaalsemaks kui teised seda tüüpi implantaadid, mis meil praegu saadaval on ja mida tavaliselt kasvatatakse laboris.

Iseparanevad polümeersed lihased

Stanfordi keemik Cheng-Hee Lee töötab kõvasti materjali kallal, mis võiks olla tegeliku tehislihase ehitusplokk, mis võiks ületada meie nõrku lihaseid. Tema side on kahtlane orgaaniline ühend räni, lämmastik, hapnik ja süsinik – on võimelised venima oma pikkusest kuni 40 korda ja naasma seejärel tavaasendisse.

Samuti võib see torketest taastuda 72 tunni jooksul ja pärast komponendis sisalduva rauasoola põhjustatud pisaraid uuesti kinnituda. Tõsi, selleks tuleb lihase osad lähedale asetada. Tükid ei rooma veel üksteise poole. Hüvasti.

Praegu on selle prototüübi ainus nõrk koht selle piiratud elektrijuhtivus: kokkupuutel elektriväli aine suureneb vaid 2%, samas kui tõelised lihased suurenevad 40%. Sellest tuleb üle saada niipea kui võimalik– ja siis saavad Lee, bioklaaskõhreteadlased ja dr Wolverine kokku tulla ja arutada, mida edasi teha.

Südame kummitus

See meetod, mille leiutas Texase südameinstituudi regeneratiivse meditsiini direktor Doris Taylor, ei erine palju 3D-prinditud biopolümeeridest ja muust ülalmainitud asjadest. Meetod, mida dr Taylor on juba loomadel demonstreerinud – ja on valmis demonstreerima ka inimestel – on täiesti fantastiline.

Ühesõnaga, looma – näiteks sea – süda leotatakse keemiavannis, mis hävitab ja imeb välja kõik rakud peale valgu. Jäetakse tühi "kummitussüda", mille saab seejärel täita patsiendi enda tüvirakkudega.

Kui vajalik bioloogiline materjal on paigas, ühendatakse süda seadmega, mis asendab kunstlikku vereringesüsteemi ja kopse (“bioreaktor”), kuni see toimib organina ja seda saab patsiendile siirdada. Taylor demonstreeris seda meetodit edukalt rottidel ja sigadel.

Sama meetod oli edukas ka vähem keeruliste elundite puhul, nagu põis ja hingetoru. Protsess pole aga kaugeltki täiuslik, kuid selleni jõudes võivad siirdamiseks südant ootavate patsientide järjekorrad sootuks seiskuda.

Ajuvõrgu süstimine

Meil on lõpuks olemas tipptehnoloogia, mis suudab aju kiiresti, lihtsalt ja täielikult ühendada ühe süstiga. Harvardi ülikooli teadlased on välja töötanud elektrit juhtiva polümeerivõrgu, mis süstitakse sõna otseses mõttes ajju, kus see tungib selle nurgatagustesse ja sulandub ajuainega.

Seni on võrk 16 elektrilised elemendid, siirdati viieks nädalaks kahe hiire ajju ilma immuunsüsteemi äratõukereaktsioonita. Teadlased ennustavad, et seda tüüpi sadadest sarnastest elementidest koosnev suuremahuline seade võib lähitulevikus aktiivselt juhtida aju kuni iga üksiku neuronini ja on kasulik selliste neuroloogiliste häirete nagu Parkinsoni tõve ja insuldi ravis.

Lõppkokkuvõttes võib see uuring viia teadlased kõrgemate kognitiivsete funktsioonide, emotsioonide ja muude ajufunktsioonide sügavamale mõistmiseni, mis praegu jäävad ebaselgeks.

Tere tulemast puuri

Sõna "nano" muutub kiiresti moes. Eriti reklaamitegijate ja PR-inimeste seas: nad on juba leiutanud "nanoefiiri" ja "nanokreemid", varsti hakkavad nad looma "nanosauruseid" ja "nanoights". Kuid tegelikult tegelevad nanoosakestega juba paljud teadmiste harud. Nende hulgas on ka meditsiin..

Minist nanoni

Kaasaegse meditsiini ajalugu on võidujooks suurest väikeseni. Paljud diagnostikaseadmed on järk-järgult muutunud mürisevatest koletistest elegantseteks kohvriteks. Üsna mahukad joogi- ja tilgutiklaasid arenesid pisikesteks tablettideks, nahaalusteks ravimireservuaarideks või isegi plaastriteks. Hirmutavad kõhuoperatsioonid on asendanud pisikesed torked, mille kaudu kirurgid videokaamera pilgu all manööverdavad.

Kuid täiuslikkusele pole piire. Paljud haigused saavad alguse muutustest mõnes rakus Inimkeha, ning patogeensed bakterid ja viirused on samuti mikroskoopilised ained. Seetõttu unistab meditsiin julgelt haiguse ravimisest seal, kus see esineb – rakus.

Nanotehnoloogiaga tegeletakse praegu aktiivselt ligikaudu 50 riigis. Esikohal on USA ja Jaapan. Lõuna-Korea, Saksamaa. Venemaa on teises kümnes. Aga nanoteemaliste publikatsioonide arvu poolest oleme auväärsel 8. kohal

Ja neid unistusi saab ellu viia vaid nanotehnoloogia abil – manipulatsioonid sama suurusega molekulide, aatomite ja tehisstruktuuride tasemel. Neid on võimatu ette kujutada, kuna inimsilmal pole neid millegagi võrrelda. Siiski teame, et 1 nanomeeter on meetri miljardik.

Kujutagem ette, et teie ja mina oleme 1 nanomeetri pikkused. Siis muutuks vaid ühemeetrine maapealne vahemaa meie jaoks 1 miljardiks meetriks (s.o 1 miljon km) ehk ligikaudu lühim tee Kuule (356 tuhat km), mida korratakse kolm korda. See tähendab, et me poleks kunagi Kuult tagasi tulnud... Nii peadpööritav on neid salapäraseid nanomeetreid ette kujutada.

Kes selle kõige välja mõtles

Idee kasutada mikroskoopilisi seadmeid meditsiinis väljendas esmakordselt 1959. aastal kuulus Ameerika füüsik. Richard Feynman tunnustatud loengus "There’s Plenty of Space Down There". Ta kirjeldas mikrorobotit, mis suudab tungida veresoone südamesse ja teha seal klapiparandusoperatsiooni.

1967. aastal biokeemik ja ulmekirjanik Isaac Asimov oli esimene, kes esitas idee "märgtehnoloogiast" - looduses eksisteerivate elusmehhanismide kasutamisest inimeste ravimiseks. Eelkõige koguge neid nukleiinhapped ja ensüümid. Pärast Robert Ettinger tegi ettepaneku kasutada rakkude parandamiseks modifitseeritud mikroobe.

Mõiste "nanotehnoloogia" sai maailmas laialt levinud pärast füüsiku kuulsa raamatu "Loomise masinad" avaldamist 1986. aastal. Eric Drexler. Ta hakkas nimetama oma ettepanekuid soovitud omadustega üksikute molekulide kujundamiseks "molekulaarseks nanotehnoloogiaks". Seega ulatub nanotehnoloogia ajalugu juba rohkem kui 20 aasta taha.

Võimalusi on lõputult...

Mida tõotab nanotehnoloogia meditsiinile peale juba laialdaselt reklaamitud, kuid seni ebareaalsete “nanorobotite”, mis inimese sees ringi rändavad ja midagi parandavad?

Tegelikult palju rohkemgi. Nad saavad luua :

• kindlaksmääratud omadustega nanomaterjalid – nanoosakesed (fullereenid ja dendrimeerid)
• mikro- ja nanokapslid (näiteks ravimitega sees)
• nanotehnoloogilised andurid ja analüsaatorid – nanotööriistad ja nanomanipulaatorid
• automaatsed nanoseadmed (lisaks samadele nanorobotidele).

Loodan, et kõik siin on teile selge, välja arvatud võib-olla "fullereenid" ja "dendrimeerid". Fullereen on viies (peale teemandi, grafiidi, karabiini ja kivisöe) süsiniku vorm, mida algul teoreetiliselt ennustati ja seejärel loodusest avastati. Välimuselt näeb fullereeni molekul (C60) välja nagu viisnurkadest ja kuusnurkadest koosnev jalgpallipall. Meditsiini jaoks on fullereenid huvitavad, kuna need võivad tungida läbi DNA molekuli, seda painutada ja isegi "lahti harutada".

Dendrimeerid- Need on puutaolised polümeerid (pikad molekulid, mis koosnevad korduvatest identsetest elementidest). Nad on võimelised toimetama nendega seotud ravimeid otse rakkudesse, näiteks vähirakkudesse.

...ja saavutused on tagasihoidlikud

Kuid hoolimata sellest, kui põnevad on nanotehnoloogia väljavaated, on tegelikud saavutused siiski väikesed.

Ameeriklased on loonud materjali, mis imiteerib tõelist luukude. Looduslikku kollageeni imiteerivate kiudude isekoostumise meetodit kasutades "istutasid" nad neile hüdroksüapatiidi nanokristallid. Ja alles siis liimiti selle "kitti" külge inimese enda luurakud - seda materjali saab kasutada luudefektide asendamiseks pärast vigastusi või operatsioone.

Teine areng, vastupidi, takistab rakkude kleepumist pinnale. See on vajalik näiteks tüvirakke sisaldavate bioreaktorite loomiseks. Probleem on selles, et niipea, kui tüvirakk mingile pinnale “istub”, hakkab see kohe spetsialiseeruma – muutuma konkreetse koe rakuks. Ja selleks, et see säilitaks oma potentsiaali, on vaja mitte lasta tal "maha istuda".

Fullereenide ja dendrimeeridega katsetades otsivad paljud riigid nüüd tõhusaid ravimeid AIDSi, gripi, Parkinsoni tõve, vähi jne vastu. Nanopooridega mikrokapslid võivad teenindada 1. tüüpi diabeediga patsiente – need suudavad viia inimkehasse loomade kõhunäärmerakke ja vabastada õigeaegselt insuliini, jäädes samal ajal inimese immuunsüsteemile nähtamatuks.

Kunstlikult ehitatud respirotsüütide rakk suudab asendada veres puuduvaid punaseid vereliblesid – see võib kanda nii hapnikku kui ka süsinikdioksiid. Sel juhul on respirotsüütide suspensiooni vaja sadu kordi vähem kui doonorveretooteid või vereasendajaid.

Kõik pole kuld ja hõbe

U Vene teadus rekordeid on ka nanotehnoloogia tohutus valdkonnas . Seega oleme metalli nanoosakeste uurimisel ja meditsiinis rakendamisel selged liidrid. Ühel mainekas teaduskonverentsil "Nanotehnoloogiad ja nanomaterjalid bioloogias ja meditsiinis", mis toimus eelmise aasta lõpus Novosibirskis, oli ligi 90% aruannetest pühendatud kullale, hõbedale, tsingile, vismutile ja erinevatele polümeeride kombinatsioonidele, sorbentidele jne.

Hõbeda bakteritsiidsed ja haavu parandavad omadused on meditsiinile teada olnud pikka aega. Meie teadlased on aga leidnud, et kui hõbedat ja teisi metalle nanoosakesteks muuta, suurenevad need omadused järsult. Ja seda on tõestatud paljudes kliinilistes uuringutes. Põletused, laskehaavad, luumurrud, naha-, günekoloogilised ja muud põletikud/haavad paranevad palju kiiremini ja tõhusamalt. Meie teadlased on nende metallide elupäästvate omaduste põhjal loonud kümneid ravimeid. Lihtsalt ärge vaadake apteekidest - neid pole olemas. Miks pole küsimus teadlastele, vaid neile, kes ostavad tuhandeid kordi kallimaid imporditud antibiootikume.

Muide, meie siberlane Nina Bogdanchikova, kes tegeles hõbeda uurimisega Venemaal ja kolis seejärel Mehhikosse ja asus tööle Rahvusülikool , algatas selle väljatöötamise teaduslik suund kõik Ladina-Ameerika. Ja nüüd areneb see mandril kiiresti. On selge, miks - seal on vähemalt palju hõbedat ja sellest valmistatud ravimid ei ole liiga kallid. Kõik lõpeb, nagu tavaliselt, sellega, et hakkame neid importima.

Meil on, mille üle uhkust tunda

Teine valdkond, milles võiksime maailma juhtida, on biokiipide loomine. Kiip- see on väike plaat, mille pinnal on erinevate ainete retseptorid - valgud, toksiinid, aminohapped jne. Piisab, kui tilgutada kiibile pisike tilk plasmat, verd või muud bioloogilist vedelikku ja “seotud” molekulid kinnituvad retseptoritele. Ja siis analüsaator loeb teavet.

aastal loodud biokiibid Instituut molekulaarbioloogia neid. Engelhardt RAS akadeemiku juhendamisel Andrei Mirzabekov, juba teavad, kuidas peaaegu koheselt tuvastada tuberkuloosi patogeenid, HIV, eriti ohtlikud infektsioonid, paljud mürgid, vähivastased antikehad jne. Pealegi osutusid meie biokiibid palju odavamaks ja edukamaks kui Ameerika omad. Kuid selle rakendamine uusim tehnoloogia praktilise meditsiini areng on palju aeglasem, kui me tahaksime.