Наносензори: бъдещето на диагностичната медицина?

Жизнено важно е обективна диагностика медицина е способността да се диагностицира здравословни проблеми възможно най-скоро, което позволява на лекарите да лекуват пациенти, преди да ще има някакъв дългосрочен или необратими щети.

Наносензори nanotrubochek изработен от въглерод, всеки от които 100, 000 пъти по-тънка коса.

Ускоряване на процеса на диагностика - един от основните области на научните изследвания. Едно скорошно проучване установи, че един нов кръвен тест може да предскаже риска от рецидив при жените в продължение на почти осем месеца преди началото на видими симптоми.

Друго изследване показва, че естественото съединение открива в издишвания въздух, е ранен етап биомаркер за чернодробна цироза. Това биомаркер за един ден може да стане на основата на дихателния тест за диагностициране на това заболяване.

Един проблем, който възниква при диагностициране на заболявания е, че симптомите на някои заболявания се проявяват само след определен период от време. По времето, когато основното заболяване, тези симптоми вече са достигнали етапа, на който му лечение е много по-трудно, отколкото, ако проблемът е бил открит преди.

Най-ярък пример на този проблем може да бъде злокачествени неоплазми, такива като рак на панкреаса, което често причинява никакви симптоми или признаци по време на ранното си stadii- тези симптоми и признаци се проявяват, когато ракът се разпространява в други части на тялото.

Но този проблем е често срещана.

Друг пример е, че когато имплантът - например, хип протеза - заразени или възпаление, което води до образуването на прекомерно съединителна тъкан. По времето, когато стане ясно, че хип протезата е заразен, единственото решение е неговото отстраняване и замяна с нов.

Професор Томас Уебстър, ръководител на Катедрата по инженерна химия при Североизточния университет в Бостън, и колегите му се развиват наносензори - нова форма на технология, която е в състояние да контролира натрупването на бактерии върху импланта и да предупреждават лекари за необходимостта от лечение, преди проблемът да ескалира.

Нанотехнология: малък размер, огромен потенциал

Да се ​​каже, че нанотехнологиите - малка, е твърде слабо. А нанометър е една милиардна част от метъра. Листът хартия има дебелина от около 100 000 нанометра. Single-въглеродни нанотръби с диаметър 1 нанометър до 100 000 пъти по-тънки от косъм. За сравнение, косата е 100 000 пъти по-малко от къщата с ширина 10 метра.

Много е трудно да си представим как този малък размер, но ползите, които идват с използването на нанотехнологиите в медицината, да се вземат предвид много по-лесно. Изследователи са били в състояние да се подобри използването на нанотехнологията биологична изображения, така че лекарите могат да открият натрупване на малки частици или молекулярни сигнали, свързани с здравословни проблеми.

Професор Уебстър говори за предишни проекти, в които той и колегите му са изследвали потенциалното използване на наночастици при лечение на бактериални и вирусни инфекции.

Някои хронични бактериални инфекции, причинени от бактерии, които растат в биофилми - че Т. Byarnsholt Университета на Копенхаген в Дания, описва като "инертни материали затворени в тиня." Биофилми са причина за заболявания като пневмония в случаите на кистозна фиброза и свързани импланти инфекция.

"Наркотиците и антибиотиците не проникват в биофилма, - обяснява проф Уебстър - така че единственото нещо, което може да направи - е да работят и да се премахне биофилм от тъканта на ръка."

Наночастиците могат да променят това състояние. Prolfessor Уебстър казва: "Ние бяхме в състояние да се развиват тези наночастици, които действително могат да проникнат в биофилм, а след това да ги унищожи, за да регенерира здрава тъкан-, така че вече няма нужда от операция."

В допълнение, професор Уебстър и колегите му са работили за разработване на наночастици, предназначени да убиват някои вируси. Златни наночастици са направени да се присъединят към вирусите, като Ебола или грип. При нагряване частици с помощта на инфрачервена светлина с дължина на вълната специално, нано-частици могат да разрушават структурата на вируса.

Професор Уебстър накратко обобщи какво нанотехнологиите предимства, което вижда: "Ние вярваме, че е налице огромен потенциал за използването на нанотехнологиите в медицината, защото малкия размер позволява да проникне в клетките, за да се получи вътре в клетките и ги манипулират по такъв начин, функции А, който не е на разположение, когато конвенционалния материал. "

Има много ползи, които могат да бъдат постигнати в областта на медицината с помощта на нанотехнологии. В момента проф Уебстър и колегите му, насочени към изучаването на това как може да се използва тази технология за подобряване на традиционните форми на лечение. В тази индустрия да влезе в игра наносензори.

Лекарят в организма

"В идеалния случай, искаме да създадем сензори, които са много подобни на естествените клетки-убийци на тялото - обяснява проф Уебстър. - Много от нас не може да се каже, че човешкото тяло е най-добрият сензора. Ние можем да се чувстват нещата много по-добре от това, което сме създали досега е изкуствено. "

Един ден може да бъде възможно да се създаде сензори, използващи нанотехнологии, за да имитират човешки имунни клетки, които се движат през тялото, която ще идентифицира и да отговаря на каквито и да било проблеми. Но това е все още предстои.

Досега учените са се опитали техните наносензори, след като ги увеличават в титаниеви феморалната протези и катетри.

Вместо това, професор Уебстър и колегите му решават да се променят традиционните медицински устройства за имплантиране в тялото, оборудването им сензори - наносензори - които могат да идентифицират проблема и да реагират на него, ако това се случи.

"В първия етап взехме титанов протезен бедрената кост, след това се отглеждат върху повърхността на материал, който може да електрически определи какъв тип клетки, прикрепени към повърхността," - каза проф Уебстър.

Сензори изградени от въглеродни нанотръби могат да се определи кои клетки прилепват към импланта - кост (както бихме искали), бактериални или възпалителни. Последните два вида клетки могат да показват инфекция или съединителна тъкан, която може да осигури на пациента с проблем.

радиочестотен предавател, вграден в сензора изпраща сигнали към външен компютър, от който лекарят може да получи достъп до цялата информация, предаде. С тази информация на лекаря може да се види, че имплантът е свободна от бактерии, тя има малък брой бактерии, които организъм дръжка, или има голямо количество бактерии, които изискват антибиотици до пълно развитие на процеса на инфекция.

"Очевидно е, че вторият вариант е много по-добре, отколкото на скрипта, който се провежда в момента - каза проф Уебстър. - в действителност, днес ние не знаем за инфекциозен процес или прекомерни белези, преди да го докато не е станало твърде късно, а вие трябва да премахнете протезата ".

В допълнение протеза на бедрената кост, изследователите тествали наносензори на техните катетри, като се използва същия подход. Хората с дългосрочни пребиваващи катетри са податливи на инфекция, което означава, че наносензори, наблюдавани нива на бактерии, могат да имат значително въздействие върху грижите на катетри.

Често на тревогите на хората, е фактът, дали нанотехнологиите се използва вътре в тялото токсични. Професор Уебстър и колегите му са прекарали много време, за да се уверите, че използваните от тях материали, - въглеродни нанотръби и някои допълнителни полимери - нетоксичен.

Нещо повече, те са намерени в някои ранни изследвания в животински модели, че използваните материали са още в състояние да подобри растежа на костите, когато се използва с протезна бедрената кост. По този начин, дори ако сензора не открива никакви проблеми, той все още е в състояние да стимулира растежа на костната тъкан в по-голяма степен, отколкото конвенционалните титанов имплант.

"Това е първата стъпка за подобряване на импланта, - казва проф Уебстър, - но в крайна сметка, нашата цел е да се създадат такива сензори, които действат като човешко тяло."

Проблеми с генерирането на енергия и данни

Въпреки че тези наносензори имат големи перспективи, има няколко проблеми, които трябва да бъдат решени преди тази технология може да се използва при хора. Учените искат да сонди са имали една и съща продължителност на живота като на имплантите, на които те са презастроени. Въпреки че това не е проблем за катетъра, който се въвежда в продължение на седмица или две, феморалната протеза може да остане в тялото в продължение на 15 години.

В момента, учените са генерирани мощност за сензорите, като се използва способността на въглеродни нанотръби да се свие. Когато се компресира от силата на заобикалящата тъкан, генерирани eletkrichesky ток. Все пак, въпреки че този метод може да генерира енергия в краткосрочен план, когато все повече и повече тъкан ще нарасне над сензорите, те са в края на краищата, вече няма да бъде в състояние да се свие.

Този пъзел - един от двата основни проблеми, които трябва да преодолеят изследователи преди сензорите могат да се използват при пациенти с импланти. Друго голямо предизвикателство за учените е да се генерира достатъчно количество данни от изпитвания, така че тяхната технология е одобрена за използване от съответните регулаторни органи.

Учените се надяват, че един ден им нанотехнологиите ще се използва не само за наблюдение на разпространението на инфекцията, но също и за лечение на заболявания като рак.

Ранните етапи на изпитване също са били успешни. Учените в момента се провеждат на втория етап от проучвания при гризачи, а след това ще провери технологията на по-големите животни.

Професор Уебстър признава, че клиничните изпитвания върху хора ще бъдат 5-10 години.

Не само, какви проблеми, но и да се отнасяме към тях

Планове Учените използват наносензори да излиза извън рамките на надзорната роля, с която те предоставят информация на лекарите. Професор Уебстър описва как сензори може да се използва за лечение на проблеми, преди те да могат да причинят увреждане на организма: "ако сензорите леко подобрени, те могат да бъдат програмирани от малко устройство, което те освобождава лекарството да убие бактериите или намаляване на растежа на съединителна тъкан, така че костта до импланта може да расте здрав.

С пускането на наркотици, а в някои случаи - чрез освобождаване на малък електрически заряд, е възможно да се избегне токсичност на здрави клетки и по-ефективно лечение ".

Дори и по-нататък в бъдещето, професор Уебстър прогнозира, че нанотехнологиите ще може да се отнасят към своите ракови клетки чрез въвеждане на лекарства за химиотерапия с висока точност в близост до или вътре опасните клетки.

Все още много дълъг път, за да се развие тази технология. Но с течение на времето, тази малка технология може да доведе до огромна революция в здравеопазването.