Cómo la nanotecnología está cambiando el futuro de la medicina

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Hemos estado escuchando sobre nanotecnología durante mucho tiempo tanto en ciencia ficción como en los medios, pero hasta ahora no ha llegado mucho de eso. Sin embargo, una nueva ola de terapias basadas en nanotecnología están en el horizonte y están listas para cambiar el mundo de la medicina.

La nanotecnología, un concepto tecnológico propuesto por primera vez por Richard Feynman en su conferencia de 1959, "Hay mucho espacio en la parte inferior", fue popularizado por Erik Drexler en 1986 a través de su libro "Los motores de la creación. " El libro describió la posibilidad de máquinas de escala molecular autorreplicantes capaces de hacer... prácticamente cualquier cosa.

La premisa ha inspirado muchas obras de ciencia ficción, como "Prey" de Michael Crichton y "The Diamond Age" de Neil Stephenson. El potencial de la nanotecnología tomó mucho tiempo Es hora de mostrar su rostro, pero finalmente está comenzando a llegar en forma de sofisticadas intervenciones médicas que cambiarán profundamente la naturaleza de la atención médica en el futuro cercano.

Nanotecnología y medicina

El potencial de la nanotecnología, en el sentido Drexleriano completo, no tiene precedentes. Los verdaderos ensambladores universales, si podemos descubrir cómo construirlos, marcarán el comienzo de un cambio profundo en la condición humana. Por supuesto, hay un largo camino por recorrer. En muchos sentidos, ni siquiera estamos cerca. En otros aspectos, el progreso ha continuado de maneras sorprendentes, y útiles.

Ley de Moore ¿Qué es la ley de Moore y qué tiene que ver contigo? [MakeUseOf explica]La mala suerte no tiene nada que ver con la Ley de Moore. Si esa es la asociación que tenía, la está confundiendo con la Ley de Murphy. Sin embargo, no estabas lejos porque la Ley de Moore y la Ley de Murphy ... Lee mas impulsa continuamente los avances en nanotecnología: ahora podemos fabricar transistores que existen literalmente en la nanoescala, con diámetros de cientos de átomos.

Del mismo modo en medicina, uno de los mayores problemas es nuestra incapacidad para dirigir correctamente las intervenciones. En medicina psicoactiva y Psicología clínica 6 charlas TED alucinantes sobre psicología y comportamiento humanoEl cerebro humano es complejo y confuso, lo que explica por qué el comportamiento humano es tan complejo y confuso. Las personas tienden a actuar de una manera cuando sienten algo completamente diferente. Aquí hay algunos ... Lee mas Por ejemplo, lo que los médicos realmente quieren hacer es estimular algunas regiones del cerebro y suprimir otras para resolver selectivamente cualquier problema que tenga el paciente. Es un simple accidente de la historia que la mejor manera de hacerlo en este momento es administrar medicamentos que dicho sea de paso, de todas las formas en que cambian el cerebro y el cuerpo, tienen algunos de los deseados efectos

Si los cirujanos pudieran poner cables en el cerebro de las personas y estimular selectivamente regiones específicas de manera segura, el campo de la salud mental podría evitar los efectos secundarios de las drogas psicoactivas tradicionales. La técnica básica tiene ya se ha mostrado trabajar en la depresión, según un artículo en Neurona resumiendo una serie de diferentes ensayos clínicos.

Piense también en el cáncer: lo que los médicos realmente quieren, en oncología, es matar las células tumorales. Es lamentable que una de las mejores herramientas para matar células tumorales sea la quimioterapia, que tiene el desafortunado efecto secundario de matar células normales. Esto también enferma a los pacientes.

La nanotecnología ofrece una forma de dirigir las intervenciones en el cuerpo humano, potencialmente a nivel individual. células, utilizando elementos operativos inteligentes que son tan pequeños que no interfieren físicamente con el cuerpo normal función. Los dedos finos causan menos daño, y las máquinas más pequeñas que el capilar más fino del cuerpo pueden ir a todas partes donde la sangre va.

Si pueden hacerse lo suficientemente inteligentes, tales dispositivos nanomédicos pueden elegir juiciosamente dónde y cómo intervenir. Obviamente, será más posible cuando los ingenieros puedan construir robots que tengan comportamientos más sofisticados (como la capacidad de moverse bajo su propio poder), pero incluso las nanomáquinas relativamente primitivas de hoy en día tienen muchas valor.

Nanotecnología y Cáncer

Las cadenas de ADN personalizadas se construyen de manera que se plieguen en formas arbitrarias y puedan tener proteínas y las enzimas se unen a ellos, lo que les permite comportarse de manera inteligente y responder a situaciones cambiantes en el ser humano cuerpo. Daniel Levner, un bioingeniero de Harvard, cree que este comportamiento es muy poderoso.

Los nanorobots de ADN podrían llevar a cabo programas complejos que algún día podrían usarse para diagnosticar o tratar enfermedades con una sofisticación sin precedentes.

Estas máquinas se pueden usar para construir jaulas que se pueden abrir o cerrar en respuesta a señales químicas, por ejemplo, liberando quimioterapia solo cuando se topan con marcadores de proteínas específicamente asociados con el tumor pañuelo de papel.

Esto permitirá la aplicación de quimioterapia dirigida, mientras minimiza o elimina los efectos secundarios. Esto también permitirá el despliegue de quimioterapias que son más efectivas que las terapias existentes, pero que actualmente no se pueden usar debido a la gravedad de los efectos secundarios.

Un enfoque similar pero diferente es use pequeñas nanopartículas hechas de sílice y oro que se unen al tejido tumoral y saturan el tumor. Luego, se pueden aplicar láseres de infrarrojo cercano, que no interactúan mucho con el tejido humano, pero hacen que las nanopartículas de oro se calienten.

Este proceso permite incinerar áreas específicas de tejido (las que están llenas de nanopartículas y en la trayectoria del láser). Al ajustar tanto el láser como la distribución de partículas, los médicos pueden destruir el tejido canceroso de manera muy selectiva. El tejido inmune puede ser extirpado o limpiado quirúrgicamente por el propio sistema inmune, dependiendo de la escala de la enfermedad. Una variación del procedimiento consiste en utilizar conchas de oro huecas que liberan una carga de quimioterapia cuando se calientan, permitiendo el uso de láseres para refinar aún más dónde se despliegan los medicamentos (si las proteínas marcadoras tumorales no son lo suficientemente específico).

Nanotecnología y Diagnóstico

Otra área en la que la nanotecnología tiene el potencial de revolucionar el campo médico es en la recopilación de datos médicos. Con la nanotecnología, es posible distribuir dispositivos de diagnóstico a nanoescala en todo el cuerpo que detectar cambios químicos como suceden Esto puede permitir un seguimiento más cercano en tiempo real de la salud y el estado de un paciente de formas que de otra manera no serían posibles.

Fuera del cuerpo, la nanotecnología también se puede utilizar para acelerar la secuenciación de genes y el análisis químico mediante el uso de puntos cuánticos unidos a secuencias de ADN parciales o proteínas que se unen a otros materiales en los que los médicos están interesados. Luego, puede mirar la distribución de elementos brillantes para ver qué estaba presente en la muestra.

Potencialmente, esto podría hacer que sea más rápido, más barato y más confiable realizar ciertos tipos de pruebas fuera del cuerpo: podría construya pruebas que tomen una pequeña muestra de tejido y la secuencian para detectar fragmentos del genoma del VIH, detectando infecciones antes y más seguramente. Los investigadores de Stanford han utilizado esta técnica para buscar genes dañados comunes en ciertos tipos de cáncer, como una forma de detectar más rápidamente el tejido tumoral:

Debido a que los qdots pueden rastrear la presencia de múltiples moléculas durante un período prolongado de tiempo, Los investigadores pretenden utilizarlos para generar una especie de código de barras óptico que refleje los niveles de varios marcadores tumorales. El código de barras podría indicar el tipo de tumor y el estadio.

A la larga, si los desarrolladores de nanotecnología pueden continuar miniaturizando las partes (o tomando prestadas técnicas de microchip fabricación), podrían construir cámaras microscópicas simples, más pequeñas que el diámetro de un capilar (10 micras, o alrededor de 100,000 átomos a través). Estas cámaras podrían mapear todo el cuerpo, llamando a casa los resultados.

Todos esos datos, sintetizados juntos, podrían proporcionar un mapa completo de la mayoría de los tejidos del cuerpo humano, desde perspectiva de sus capilares, que muestra un cuerpo humano completo en un nivel de detalle que es imposible con rayos X o Resonancia magnética Una propuesta para construir algo como esto es el llamado "Nanodispositivo de escaneo cartográfico vascular", desarrollado por Frank Boehm, el autor de ‘Diseño de dispositivos y sistemas nanomédicos. ’Boehm cree:

El diagnóstico y la terapéutica nanomédicos operan a niveles celulares y moleculares, precisamente donde muchos procesos de enfermedades encuentran su génesis […] [N] anomedicina tiene el potencial de diagnosticar y tratar muchas afecciones de manera preventiva, antes de que tengan la oportunidad de proliferar. […] [I] t es concebible que estará dotado de capacidades para el diagnóstico altamente preciso y la erradicación meticulosa y exhaustiva de prácticamente cualquier estado de enfermedad, patógeno o tóxico amenaza.

Nanotecnología y Neurociencia

La nanotecnología también tiene el potencial de cambiar la forma en que los médicos tratan los trastornos cerebrales. En el lado de la recopilación de datos, es posible usar partículas de diamante a nanoescala, que se iluminan en respuesta a la actividad eléctrica del cerebro, para convertir la actividad cerebral en frecuencias de luz que podrían escapar del cráneo y ser registradas por sensores externos.

Esto permitiría a los investigadores estudiar el cerebro con mucho mayor detalle. Ser capaz de ver patrones exactos de actividad cerebral sería útil para descubrir la dinámica de las convulsiones y enfermedades mentales en cerebros individuales, permitiendo intervenciones dirigidas para resolver el problema.

Por otro lado, puede ser posible usar nanotubos de carbono para transportar señales hacia y desde las neuronas individuales. En este momento, la tecnología es siendo aplicado por investigadores italianos para llevar actividad eléctrica a través del tejido cerebral muerto dejado por accidentes cerebrovasculares o infecciones, pero también podría usarse para hacer rejillas de electrodos que son mucho más finas y más biocompatibles que la tecnología existente, lo que permite implantes más sofisticados mientras hace menos daño al tejido original.

Esto podría, en principio, operar a una resolución mucho más alta y en un alcance más amplio que los electrodos implantados tradicionales, permitiendo nuevos tipos de implantes cerebrales Enchufar el cerebro y el cuerpo: el futuro de las computadoras implantadasCon la tendencia actual de innovación técnica y avance, ahora es un buen momento para explorar el estado del arte en tecnologías informáticas-humanas. Lee mas y dispositivos estimulantes del cerebro. Incluso con la implantación de electrodos relativamente tosca disponible en la actualidad, los efectos de la estimulación cerebral son significativos:

Alternativamente, es posible usar el mismas técnicas Se utiliza para la quimioterapia de nano-administración para administrar otras sustancias químicas, como neurotransmisores y psiquiátricos. medicamentos a regiones cerebrales específicas con mucha más precisión (incluida la administración de medicamentos dentro del individuo células). Junto con mejores marcapasos neurales, esto también podría extenderse a una gama mucho más amplia de terapias, incluido el tratamiento para la depresión, la ansiedad e incluso los trastornos de la personalidad.

Este tipo de terapia también podría usarse para crear interfaces más estrechas con dispositivos protésicos y proporcionar más opciones de comunicación a los pacientes "encerrados".

Este tipo de tecnología dirigida con precisión podría cambiar radicalmente la forma en que se practica la medicina neurológica. Podría conducir a la medicina psiquiátrica que se basa en datos y se basa en una intervención directa que es mucho más eficaz y mucho más perturbadora existencialmente (imagine el primer virus informático que puede infectar el cerebro con regulación del estado de ánimo implantes).

A medida que avanza, la nanotecnología tendrá un profundo impacto en la condición humana, lo que nos permitirá reparar el daño celular y tratar una variedad de afecciones humanas en situaciones nuevas y mejores formas, pero también conlleva la necesidad de una mayor comprensión de los sistemas corporales que estamos manipulando, así como una apreciación de la ética que acompaña a ese.

¿Cuál es su opinión sobre la nanotecnología en medicina? ¿Sientes que es la nueva frontera para la ciencia médica o está condenado al fracaso desde el principio? Comparte tus pensamientos en la sección de comentarios a continuación.

Créditos de imagen: Nanobots A través de Shutterstock, "El ADN puede actuar como velcro para nanopartículas", Por Argonne National Labs,"B0006421 Células de cáncer de mama", Por Amy Dame,"Puntos cuánticos", Por Argonne National Labs,"estudio de neuroimagen del autismo", Por Ian Ruotsala,"vida-mano 2", Por la Università Campus Bio-Medico di Roma