Nanotechnologia

Nanotechnologia jako dziedzina rozwoju technologii i rozwiązań technologicznych na poziomie mikro- i nanometrycznym jest obiecującym obszarem nauki w wielu dziedzinach. Dzięki możliwości zmiany właściwości materiałów na skalę nieosiągalną w przypadku materiałów konwencjonalnych, możemy wywnioskować, że nanotechnologia może zrewolucjonizować medycynę, szczególnie w dziedzinie dostarczania leków, diagnostyki, inżynierii tkankowej, obrazowania i terapii. Już dzisiaj powszechnie wykorzystuje się nanotechnologię w diagnozowaniu oraz leczeniu chorób. Pokrótce omówimy kilka z wykorzystywanych rozwiązań i tych wciąż będących w fazie badań.

Diagnostyka

Jedno z zastosowań obejmuje obrazowanie diagnostyczne opartą na nanocząsteczkach, w której   można je przyłączać do określonych biomarkerów. Dzięki temu, wyraźnie ulega poprawie jakość, czułość i precyzja obrazowania w takich metodach jak rezonans magnetyczny (MRI), tomografia komputerowa (CT) i tomografia emisyjna pozytonowa (PET). Inne zastosowanie obejmuje sekwencjonowanie struktury białek (np. DNA lub RNA) przy pomocy nanoporów, czyli porów o wielkości nanometrowej. Sekwencjonowanie DNA to technika odczytywania par zasad, które tworzą w łańcuchu DNA nasz unikalny kod genetyczny. Z kolei nanoporowe urządzenia mogą powstawać przy wykorzystaniu białek tworzących pory lub przy użyciu porowatych materiałów syntetycznych, takich jak krzem czy grafen. Sekwencjonowanie, w tym przykładzie, DNA przez nanopory polega na przepuszczaniu przez kanały cząsteczek DNA, wytwarzając sygnały umożliwiające badaczom identyfikację odpowiednich sekwencji. Metoda ta pozwala m.in. na szybką i dokładną diagnozę zaburzeń genetycznych, takich jak nowotwory i choroby genetyczne. Znajduje również zastosowanie w rozpoznawaniu patogenów wirusów czy też monitorowaniu środowiska i epidemiologii upraw Warto też wspomnieć o badaniach nad diagnostyką in vivo, w zakresie opracowywania urządzeń zdolnych do pracy, reagowania i modyfikowania wewnątrz ludzkiego organizmu w celu zwiększenia dokładności i miarodajności badań.

Stomatologia

Niektóre najnowsze osiągnięcia w dziedzinie stomatologii mogą obejmować takie opcje leczenia jak znieczulenie, renaturalizacja uzębienia, leczenie nadwrażliwości, korekta ortodontyczna problemów oraz zmodernizowane możliwości emaliowania w celu utrzymania zdrowia jamy ustnej. Przykładami badań w tej dziedzinie są prowadzone przez naukowców z Indian Institute of Science w Bengaluru, w Indiach prace nad dentystycznymi mikrorobotami. Urządzenia te, sterowane magnetycznie, mają docelowo przeciskać się przez kanały zębowe i unicestwiać mnożące się w nich bakterie.  Nowa technologia została przetestowana na świeżo usuniętych zębach pacjentów ortodontycznych i przyniosła bardzo dobre rezultaty. Warto również wspomnieć o szerokim wykorzystaniu nanotechnologii w implantologii i protetyce, której rozwiązania są już powszechnie stosowane nawet w Polsce.

Nanorobotyka chirurgiczna

Nanorobotyka chirurgiczna obejmuje opracowywanie mikrorobotów, które mogłyby wykonywać zabiegi chirurgiczne z dużą precyzją i skutecznością. Dziedziny robotyki, inżynierii i biologii współpracują ze sobą, aby opracować , które byłyby w stanie wyciąć pojedynczy dendryt i neuron na poziomie chirurgii komórkowej nie powodując przy tym uszkodzenia innych neuronów połączonych w złożoną sieć.

Onkologia

Nowotwory jako choroby, które wciąż przysparzają nam wiele problemów, są szczególnie głęboko badane pod kątem możliwych rozwiązań w zakresie nanotechnologii. Jednym z obszarów badań jest technologia magnetycznego dostarczania leków. Wykorzystuje ona zewnętrzne pole magnetyczne, aby wprowadzić nanocząsteczki zawierające lek do określonego miejsca w organizmie. Przykładając zewnętrzne pole magnetyczne, nanocząstki można skierować w pożądanym kierunku, do lokalizacji, takiej jak np. guz. Takie podejście pozwala na bardziej precyzyjne podanie leku, minimalizując narażenie ogólnoustrojowe i redukując skutki uboczne. W przypadku chemioterapii, przy klasycznych metodach leczenia, typową wadą jest mała efektywność w dystrybucji leków do komórek nowotworowych. Ponadto, niewystarczająca rozpuszczalność wielu leków w wodzie, słaba wchłanialność  i niski stosunek dawki leku powodującej objawy zatrucia do dawki skutecznej leczniczo przyczyniają się do ich małej skuteczności w ludzkim organizmie. Komórki nowotworowe wytwarzają mechanizmy obronne, przez co rośnie ich odporność na podawane leki. Pokrycie nanocząsteczek specyficznymi ligandami powoduje ich bezpośrednie połączenie z odpowiednim receptorem na komórkach guza i przenikanie leku do wnętrza komórek, co umożliwia ominięcie wzrastającego zjawiska oporności na czynniki terapeutyczne. Z kolei, aby uniknąć uszkodzeń zdrowych komórek podczas naświetlania promieniowaniem jonizujacym w radioterapii, stosuje się radiouczulacze, które zwiększają produkcję wolnych rodników w komórkach nowotworowych. Popularnym przykładem zastosować nanomateriałów w leczeniu nowotworów jest wykorzystanie nanocząstek złota ów, ze względu na ich biokompatybilność i łatwe połączenie z biomolekułami.

Podsumowanie

Chociaż rynek nanotechnologiczny niesie ogromne nadzieje i potencjał w medycynie, nie jest on pozbawiony trudności. Największe przeciwności w procesie tworzenia nowych rozwiązań w medycynie pojawiają się na etapie przeprowadzenia badań klinicznych, aby uzyskać akceptację instytucji kontrolujących bezpieczeństwo wprowadzania na rynek nowych leków. Brakuje również specjalistów z dziedziny nanotechnologii, którzy opracowywaliby nowe metody diagnozy i leczenia. Problemy przysparza także wdrażalność atestowanych rozwiązań na masową skalę. Jednakże bazując na ilości prowadzonych badań, pojawiających się publikacji oraz dobrych wyników wielu z nich można się spodziewać, że w najbliższych latach sytuacja ta ulegnie poprawie i rozwiązania nano poprawią jakość służby ochrony zdrowia.

Bibliografia

• Shiza Malik, Khalid Muhammad and Yasir Waheed Emerging Applications of Nanotechnology in Healthcare and Medicine
• Yinglei Zhang , Yuepeng Zhang, Yaqian Han and Xue Gong Micro/Nanorobots for Medical Diagnosis and Disease Treatment
• Shaghayegh Agah, Ming Zheng, Matteo Pasquali and Anatoly B Kolomeisky DNA sequencing by nanopores: advances and challenges
• Katarzyna Błaszczak-Świątkiewicz, Paulina Olszewska, Elżbieta Mikiciuk-Olasik Zastosowanie nanocząsteczek w leczeniu i diagnostyce nowotworów