Нанотехнологии в медицине

Управление нанороботами будет  осуществляться акустически путем подачи команд через компьютер. Обратную связь также возможно осуществить акустически, но можно ее создать и на основе внутренней сети с локальными данными, которые пересылаются на некоторый центральный узел связи, откуда они поступают к лечащему врачу. Лечение будет заключаться во введении нанороботов в человеческое тело для дальнейшего анализа ситуации и принятия решения о выборе метода лечения. Врач управляет нанороботами, получая информацию от активных нанороботов. Наномедицинский персонал будущего должен будет отвечать повышенным требованиям к знанию основ наномира, поскольку, к примеру, незнание законов физики может привести к гибели пациента. Категорически планируется исключить репликацию (размножение) нанороботов в теле человека для исключения фатальных последствий.

В настоящее время уже существуют предшественники нанороботов, но в  миллимитровом масштабе. Впервые  к помощи роботов прибегли в 2000г. Хирурги медицинского факультета Вашингтонского университета во время операции на сердце, с тех пор механизированные инструменты стали применяться при проведении целого ряда медицинских процедур. Год спустя нью-йоркские доктора использовали дистанционно управляемого робота для удаления желчного пузыря женщине, находящейся во Франции.

Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация, по области их работы, на микрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие.

Микрофагоциты принадлежат к классу медицинских нанороботов, являющихся искусственными иммунными клетками. Они предназначены для очищения крови человека от вредных микроорганизмов, потенциально помогая в свертывании крови, транспорте кислорода и углекислого газа, и создании надстройки к естественной иммунной системе. Предполагается, что микрофагоциты будут находить в организме человека чужеродные элементы и перерабатывать их в нейтральные соединения. Причем в отличие от натуральных фагоцитов микрофагоциты будут это делать намного быстрее и чище.

 

 

Респироциты являются аналогами  эритроцитов, которые имеют значительно большую функциональность, чем их природные прототипы. Их внедрение позволит снизить постоянную потребность человека в кислороде, позволяя подолгу обходится без него, и поможет людям, страдающим астматическими заболеваниями

.

Эти наномашины будут  анализировать сигналы от своих сенсоров для принятия акустических команд от врача. Команды по нагнетанию кислорода позволят пловцам задерживать дыханию на несколько часов, а спринтерам бежать дистанцию без глотка воздуха.

Клоттоциты - искусственные  аналоги тромбоцитов. Эти машины позволят прекращать кровотечения в течение 1 секунды, будучи более эффективными своих природных аналогов во много раз. Их работа будет заключаться в быстрой доставке к месту кровотечения связывающей сети. Эта искусственная сеть будет задерживать кровяные клетки, останавливая ток крови

.

 

Настоящая задача влечет за собой повешение требований к клоттоцитам, включая решение обратных задач - не только связывания крови, но и ее очистку от тромбов.

Васкулоид - это механический протез, созданной на основе микрофагоцитов, респироцитов и клоттоцитов, и входящий в состав проекта по созданию робототехнической крови, совместно разработанного Крисом Фениксом и Робертом Фрайтасом. Этот проект, названный "Roboblood", представляет собой комплекс медицинских нанороботов, способных жить и функционировать в теле человека, выполняя все функции естественной кровеносной системы, но только гораздо лучше и эффективнее природной. Робототизированная кровь позволит своему владельцу не бояться микробов и вирусов, атеросклероза и венозного расширения вен, не говоря уже о тотальном лечении больных и поврежденных клеток.

Помимо медицинских  нанороботов, существующих пока только в головах ученых, в мире уже  созданы ряд технологий для наномедицинской  отрасли. К ним относятся - адресная доставка лекарства к больным  клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства, имплантаты.

Адресная доставка лекарства к  больным клеткам позволяет  медикаментам попадать только в больные органы, избегая здоровые, которым эти лекарства могут нанести вред. Например, лучевая терапия и химиотерапевтическое лечение уничтожая больные клетки, губит и здоровые. Решение этой проблемы подразумевает создание некоторого "транспорта" для лекарств, варианты которого уже предложены целым рядом институтов и научных организаций.

Диагностика заболеваний  с помощью квантовых точек  основана на отслеживании перемещения  внутри человека различных веществ (лекарств, токсинов, крови). Определив  эти движения, можно узнать степень распределения и введения новых препаратов. До применения квантовых точек вместо них использовали маркеры на базе ядовитых органических красителей, что плохо сказывалось на пациенте. В отличие от них квантовые точки как полупроводниковые кристаллы нанометрового размера лишены этого недостатка.

Лаборатории на чипе, разработанные  рядом компаний позволяют очень  быстро проводить сложнейшие анализы  и получать результаты, что крайне необходимо в критических для  пациента ситуациях. Эти лаборатории, производимые ведущими компаниями мира, позволяют анализировать состав крови, устанавливать по ДНК родство человека, распознавать ядовитые вещества. Технологии создания подобных чипов родственны тем, что используются при производстве микросхем, с поправкой на трехмерность.

Новые бактерицидные средства создаются на основе использования полезных свойств ряда наночастиц. Так, например, применение серебряных наночастиц возможно при очистке воды и воздуха, или при дезинфекции одежды и спецпокрытий.

Создание чипов, комбинирующих  неорганические вещества и живые клетки, тесно связано с созданием имплантатов таких жизненно важных органов, как печень или поджелудочная железа.

Искусственная поджелудочная  железа, размером в половину однокопеечной  монеты уже испытана на крысах, страдавших диабетом.

Несколько лет назад была разработана методика восстановления хрящевой ткани без донорных клеток больного. Специальный гель, содержащий хрящевые клетки, с помощью артроскопа можно вводить через небольшие наружные надрезы. Новая ткань растёт и соединяется с нормальным хрящём, а гель саморазрушается через запрограммированный промежуток времени. Основу геля составляют пептиды, способные формировать нановолокна всего 10-20 нанометров в диаметре. Искусственная природа этих наночастиц исключает возможность заражения пациента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3

ПЕРСПЕКТИВЫ И  ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ В  МЕДИЦИНЕ

В мире наблюдается бум  вложений в наноотрасли. Большая  часть инвестиций в наноразработки приходится на США, ЕС, Японию и Китай. Количество научных публикаций, патентов и журналов непрерывно растет. Существуют прогнозы создания уже к 2015 году товаров и услуг на $1трлн, включая и образование до 2 млн. рабочих мест.

В России Министерство образования  и науки создало Межведомственный научно-технический совет по проблеме нанотехнологий и наноматериалов, деятельность которого направлена на сохранение технологического паритета в будущем мире. Для развития нанотехнологий в целом и наномедицины, в частности, готовится принятие Федеральной целевой программы по их развитию. Данная программа будет включать подготовку целого ряда специалистов в длительной перспективе.

Описанные во второй главе  реферата успехи наномедицины станут доступны по разным оценкам только через 40-50 лет. Однако целый ряд последних  открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10-15 лет в сторону уменьшения, и быть может это еще не предел.

С помощью достижений нанотехнологии в целом, и наномедицины в частности, станет возможной имплантация наноустройств в человеческий мозг, многократно увеличивая знания человека и скорость его мышления. Эти прогнозы, включая потенциал достижения личного бессмертия, и стали одним из главных факторов появления нового философского течения - трансгуманизма, согласно которому человеческий вид является не венцом эволюции, а промежуточным звеном. Этому виду еще только предстоит радикальное усиление своих интеллектуальных и физических возможностей.

Конечно же, «об руку»  с достижениями идут и проблемы —  например, биосовместимость наноматериалов и то, что мало изучаются, возможные вредные для здоровья человека последствия внедрения в организм наночастиц и микроустройств. Научных исследований, посвященных рискам нанотехнологий, публикуется несравненно меньше, чем работ, утверждающих их превосходство и необходимость.

Наномедицина и нанотехнология вообще являются новыми областями, и существует немного экспериментальных данных об их неблагоприятных эффектах. Нехватка знаний о том, как наночастицы будут встраиваться в биохимические процессы в человеческом теле, доставляет особое беспокойство. В недавней статье в Медицинском Журнале Австралии говорится, что правила безопасности для нанопрепаратов могут потребовать уникальных методов оценки риска, учитывая новизну и разнообразие продуктов, высокую подвижность и реакционную способность проектируемых наночастиц, и что их внедрение в практику вызовет размывание диагностических и терапевтических классификаций «лекарство» и «лечебное устройство». В настоящее время некоторые учёные говорят о ещё более глобальных проблемах наномедицины, ставя под вопрос её существование, как реальной науки, среди них - один из мировых ведущих экспертов в нанотоксикологии – Гюнтер Обердостер, профессор токсикологии в отделе экологической медицины в Университете Рочестера. «Во многом обещания наномедицины – это пускание пыли в глаза. Действительно, многие вещи выглядят очень многообещающими, но до сих пор проводились только исследования на животных, чтобы показать принцип работы», – говорит Обердостер.

http://saberespoder.sitecity.ru/ltext_2607051654.phtml?p_ident=ltext_2607051654.p_2104013318

Кроме очевидных потенциальных рисков для пациентов, есть другие токсикологические риски, связанные с наномедициной. Существуют еще и проблемы по утилизации наноотходов и загрязнению окружающей среды в результате производства наномедицинских препаратов и материалов. «Эти потенциальные риски должны быть также тщательно оценены, – говорит Обердостер. – До сих пор этого не сделано».

http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=2801

Русские ученые обнаружили, что в среде обитания человека огромное множество биологически активных наночастиц, которые попадают в организм человека без врачебного контроля и влияют на организм человека далеко не самым лучшим образом. Например, вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. Опыты на аквариумных рыбах и собаках показали, что фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.

Многе считают, что развитие наномедицины приведёт к ряду социальных проблем. Эрик Дрекслер - классик в области нанотехнологических разработок и предсказаний, отметил, что создание технологии производства репликаторов может, например, способствовать деспотическим формам правления (организация слежки за населением, контроль тела и сознания человека).

Может усилиться социальное неравенство, особенно на первых стадиях  внедрения достижений нанотехнологии в медицину, когда стоимость новых  лекарств и методов будет ещё  достаточно высока. Вследствие этого  усугубятся некоторые моральные  проблемы, уже существующие в современной медицине.

Значительное увеличение продолжительности жизни вызовет  необходимость пересмотра пенсионного  законодательства и усугубит проблему перенаселения земли.

Основную проблему для нашей страны составляет переход от научных лабораторных исследований к экономически выгодному промышленному производству. В то время как в мировой практике вложение в нанотехнологию являются самыми доходными, в России пока мало частных компаний и лиц решаются инвестировать средства в нанотехнологию.

Широко обсуждается ещё одна проблема, которую Дрекслер назвал проблемой «серой слизи». Речь идёт о возможной потере контроля над наночастицами, которые начнут при этом безудержно размножаться.  Однако учёные считают, что решение этой проблемы не является столь сложным, особенно по сравнению с основной проблемой создания этих частиц.

Нанотехнология принципиально  изменит жизнь человечества, создаст  для каждого человека новые перспективы  не только в области бытовых удобств, но и в области здоровья. Положительное  влияние нанотехнологий  на все сферы человеческой жизнедеятельности, несомненно, перевешивает те опасности, которые сопутствуют её конкретным приложениям и которые требуют конкретных предосторожностей.

Нанотехнология –  это не только научные и технические  достижения. Появление этой науки знаменует собой принципиальные изменения в познании мира и во взаимодействии различных научных дисциплин и разных отраслей промышленности. Нанотехнология – междисциплинарное направление развития науки и техники. Она объединяет физику, химию, биологию, информатику, и, несомненно, в области нанотехнологии  предстоит сделать ещё много великих открытий, способных изменить существующий мир.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе я рассказала в максимально доступной  форме о таком важном изобретении, как нанотехнология, о его применении  в медицине, и о перспективах его разработки. Было дано определение понятия «нанотехнология», пояснено, что означает приставка «нано», то есть диапазон размеров, в котором частица считается наночастицей. Было подробно рассказано о наноматериалах – группах наночастиц, из которых собственно и составляются современные нанотехнологии, была приведена их классификация. В первой главе я также рассказала о тех областях жизни человека, в которых применяются нанотехнологии, сделав вывод, что самая интересная для подробного рассмотрения - это область применения нанотехнологий в медицине, поскольку наномедицина - самое перспективное и, на мой взгляд, самое интересное направление науки о нанотехнологиях, потому что непосредственно связано с людьми и требует самых точных и сложных наноустройств.