Nanomédecine

La nanomédecine est l' médicale application de la nanotechnologie. Les approches de la plage de la nanomédecine de l'usage médical de nanomatériaux, à biocapteurs nanoélectroniques et les applications futures de même possibles nanotechnologie moléculaire. Les problèmes actuels de la nanomédecine impliquent la compréhension des questions liées à la toxicité et impact environnemental des matériaux à l'échelle nanométrique.

la recherche de la nanomédecine est directement financé, avec les Etats-Unis Instituts nationaux de la santé en 2005 de financer un plan de cinq ans pour mettre en place quatre centres de nanomédecine. En Avril 2006, la revue Nature Materials estime que 130 médicaments à base de nanotechnologie et de systèmes de livraison ont été mises au point dans le monde entier.

Vue d'ensemble

Nanomédecine cherche à offrir un précieux ensemble d'outils de recherche et dispositifs cliniquement utiles dans un proche avenir. Le National Nanotechnology Initiative prévoit de nouvelles applications commerciales dans l'industrie pharmaceutique qui peuvent inclure des systèmes de délivrance de médicaments de pointe, les nouvelles thérapies, et dans l'imagerie in vivo. Interfaces neuro-électronique et les autres capteurs à base de nanoélectronique-sont un autre but actif de la recherche. Plus bas sur la ligne, le domaine spéculatif de nanotechnologie moléculaire estime que machines de réparation cellulaire pourraient révolutionner la médecine et le domaine médical.

La nanomédecine est une grande industrie, avec des ventes de la nanomédecine atteindre 6,8 milliards de dollars en 2004, et avec plus de 200 entreprises et 38 produits à travers le monde, un minimum de 3,8 milliards de dollars dans les nanotechnologies R & D sont investis chaque année. Comme l'industrie de la nanomédecine continue de croître, il devrait avoir un impact significatif sur l'économie.

L'utilisation médicale des nanomatériaux

L'administration de médicaments

Nanomédicale approches centre de livraison de la drogue sur le développement des nanoparticules ou des molécules pour améliorer la la biodisponibilité d'un médicament. Biodisponibilité se réfère à la présence de molécules de médicaments où ils sont nécessaires dans le corps et où ils feront le plus de bien. L'administration de médicaments se concentre sur la maximisation de la biodisponibilité à la fois à des emplacements spécifiques dans le corps et sur une période de temps. Cet objectif sera atteint par un ciblage moléculaire par des dispositifs de nanoengineered. Il se agit de cibler les molécules et délivrer des médicaments avec une précision de cellule. Plus de 65 milliards de dollars sont gaspillés chaque année en raison d'une mauvaise biodisponibilité. Imagerie in vivo est un autre domaine où les outils et appareils sont en cours d'élaboration. Utilisation nanoparticule agents de contraste, les images telles que l'échographie et l'IRM ont une distribution favorable et l'amélioration de contraste. Les nouvelles méthodes de matériaux nanoengineered qui sont développés pourraient être efficaces dans le traitement des maladies et des maladies comme le cancer. Que nanoscientifiques seront en mesure d'atteindre à l'avenir dépasse l'imagination actuelle. Cela se fera par auto assemblied nanodispositifs biocompatibles capables de détecter, évaluer, traiter et rendre compte au médecin clinicien automatiquement.

systèmes d'administration de médicaments, nanoparticules en lipides ou à base de polymères, peuvent être conçus pour améliorer les pharmacologiques et propriétés thérapeutiques des médicaments. La force des systèmes de délivrance de médicaments est leur capacité à modifier la pharmacocinétique et biodistribution du médicament. Les nanoparticules ont des propriétés inhabituelles qui peuvent être utilisés pour améliorer la prestation de drogue. Lorsque des particules plus grandes auraient été éliminé de l'organisme, les cellules prennent ces nanoparticules raison de leur taille. Mécanismes de délivrance de médicaments complexes sont en cours d'élaboration, y compris la possibilité d'obtenir des médicaments à travers des membranes cellulaires et dans la cellule cytoplasme. L'efficacité est importante parce que beaucoup de maladies dépendent des processus au sein de la cellule et ne peuvent être entravés par des médicaments qui font leur chemin dans la cellule. Réponse déclenchée est une façon pour les molécules de médicament à utiliser plus efficacement. Les médicaments sont placés dans le corps et ne activent en rencontrant un signal particulier. Par exemple, un médicament à faible solubilité sera remplacé par un système de délivrance de médicament lorsque les deux environnements hydrophiles et hydrophobes existent, l'amélioration de la solubilité. En outre, un médicament peut entraîner des lésions tissulaires, mais avec la livraison de la drogue, de médicament à libération régulée peut éliminer le problème. Si un médicament est effacé trop rapidement de l'organisme, ce qui pourrait forcer un patient à utiliser des doses élevées, mais avec un jeu de systèmes d'administration de médicaments peut être réduite en modifiant la pharmacocinétique du médicament. Pauvre biodistribution est un problème qui peut affecter les tissus normaux par la distribution généralisée, mais le particules à partir des systèmes de délivrance de médicaments diminuent le volume de distribution et de réduire l'effet sur le tissu non-cible. Nanomédicaments potentiels travaillent par des mécanismes très spécifiques et bien compris, l'un des principaux impacts des nanotechnologies et les nanosciences seront en premier développement de tout nouveaux médicaments à des comportements plus utile et moins d'effets secondaires.

Cancer

Une illustration schématique montrant comment les nanoparticules ou d'autres médicaments contre le cancer pourraient être utilisés pour traiter le cancer.

La petite taille des nanoparticules leur confère des propriétés qui peuvent être très utiles dans oncologie, en particulier dans l'imagerie. Les points quantiques (de nanoparticules aux propriétés quantiques de confinement, comme la taille accordable émission de lumière), lorsqu'il est utilisé en conjonction avec l'IRM (imagerie par résonance magnétique), peuvent produire des images exceptionnelles de sites tumoraux. Ces nanoparticules sont beaucoup plus lumineux que les colorants organiques et ne ont besoin que d'une seule source de lumière pour l'excitation. Cela signifie que l'utilisation de points quantiques fluorescents pourrait produire une image de contraste plus élevé et à un coût inférieur à celui d'aujourd'hui colorants organiques utilisés comme produits de contraste.

Un autre nanoproperty, grande surface par rapport au volume, permet à de nombreux groupes fonctionnels pour être attachés à une nanoparticule, qui peut rechercher et se lier à certains cellules tumorales. En outre, la petite taille des nanoparticules (10 à 100 nanomètres), leur permet d'accumuler préférentiellement au site de la tumeur (parce que les tumeurs ne ont pas un système de drainage lymphatique efficace). Une question de recherche très excitant, ce est comment faire ces nanoparticules d'imagerie faire plus de choses pour le cancer. Par exemple, est-il possible de fabriquer des nanoparticules multifonctionnelles qui permettrait de détecter, image, puis passez à traiter une tumeur? Cette question est sous enquête vigoureuse; la réponse à ce qui pourrait façonner l'avenir de cancer treatment.A promettant nouveau traitement du cancer qui pourrait un jour remplacer radiothérapie et la chimiothérapie est rapprochant à des essais humains. Traitement Kanzius RF attache nanoparticules microscopiques à des cellules cancéreuses et puis tumeurs "de cuisiniers" l'intérieur du corps avec des ondes radio qui chauffent seulement les nanoparticules et les cellules adjacentes (cancéreuses).

puces de test de détecteur contenant des milliers de nanofils, capables de détecter des protéines et d'autres marqueurs biologiques laissées par les cellules cancéreuses, peuvent permettre la détection et le diagnostic du cancer à un stade précoce de quelques gouttes de sang d'un patient.

Des chercheurs de Rice University en vertu Prof. Jennifer Ouest, ont démontré que l'utilisation de 120 nm de diamètre nanobilles enduites d'or pour tuer les tumeurs cancéreuses chez les souris. Les nanobilles peuvent être ciblés pour liaison à des cellules cancéreuses par conjugaison d'anticorps ou peptides à la surface de la coquille nanométrique. En irradiant la zone de la tumeur avec un laser infrarouge, qui passe à travers la chair sans le chauffer, l'or est chauffé suffisamment pour provoquer la mort des cellules cancéreuses.

En outre, John Kanzius a inventé un appareil radio qui utilise une combinaison des ondes radio et des nanoparticules de carbone ou d'or de détruire les cellules cancéreuses.

Nanoparticules de le séléniure de cadmium ( quantique points) rougeoient lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette. Lorsqu'elle est injectée, ils se infiltrent dans le cancer tumeurs. Le chirurgien peut voir la tumeur éclatante, et l'utiliser comme un guide pour le déménagement beaucoup plus précise de la tumeur.

Un scientifique, Université de James Baker de Michigan, croit avoir découvert un moyen très efficace et réussie de délivrer des médicaments de traitement du cancer qui est moins nocif pour le corps environnant. Baker a développé une nanotechnologie qui permet de localiser puis éliminer les cellules cancéreuses. Il regarde une molécule appelée un dendrimère. Cette molécule a plus d'une centaine crochets sur elle qui lui permettent de se attacher aux cellules dans le corps pour une variété de fins. Baker attache ensuite en acide folique à quelques-uns des crochets (acide folique, une vitamine étant, est reçu par les cellules dans le corps). Les cellules cancéreuses ont plus de récepteurs de vitamines que les cellules normales, de sorte que la vitamine chargé dendrimère de Baker seront absorbés par la cellule cancéreuse. Pour le reste des crochets sur le dendrimère, Baker place médicaments anticancéreux qui seront absorbés avec le dendrimère dans la cellule cancéreuse, en délivrant ainsi le médicament contre le cancer de la cellule cancéreuse et nulle part ailleurs Bullis (2006).

En la thérapie photodynamique, une particule est placé dans le corps et est éclairé par la lumière provenant de l'extérieur. La lumière est absorbée par la particule et si la particule est un métal, l'énergie de la lumière se chauffer le tissu environnant et de particules. La lumière peut également être utilisé pour produire des molécules d'oxygène à haute énergie qui réagissent chimiquement avec et détruire la plupart des molécules organiques qui sont à côté d'eux (comme les tumeurs). Cette thérapie est attrayant pour de nombreuses raisons. Il ne laisse pas une «piste toxique» de molécules réactives dans tout le corps (chimiothérapie) parce qu'elle est dirigée où seule la lumière est brillé et les particules existe. La thérapie photodynamique a le potentiel pour une procédure non invasive pour le traitement des maladies, des excroissances et des tumeurs.

Chirurgie

À l'Université Rice, un soudeur de chair est utilisée pour fusionner deux morceaux de viande de poulet en une seule pièce. Les deux morceaux de poulet sont placés ensemble touchante. Un liquide verdâtre contenant nanobilles d'or revêtu est réussit le long de la couture. Un laser infrarouge est tracée le long de la couture, ce qui provoque les deux parties à souder ensemble. Cela pourrait résoudre les difficultés et les fuites de sang causées lorsque le chirurgien tente de restitch les artères il / elle a coupé lors d'un rein ou du coeur. Le soudeur de chair pourrait fusionner l'artère dans une parfaite étanchéité.

Visualisation

Suivi mouvement peut aider à déterminer la façon dont les médicaments sont distribués ou comment les substances sont métabolisés. Il est difficile de suivre un petit groupe de cellules dans tout le corps afin que les scientifiques utilisés pour colorer les cellules. Ces colorants nécessaires pour être excités par la lumière d'une certaine longueur d'onde afin pour eux de se allument. Bien que différents colorants de couleur absorbent différentes fréquences de la lumière, il y avait un besoin pour autant de sources de lumière que les cellules. Une façon de contourner ce problème est avec des étiquettes luminescentes. Ces balises sont points quantiques associées à des protéines qui pénètrent dans les parois cellulaires. Les points peuvent être aléatoire dans la taille, peut être constitué d'un matériau bio-inerte, et ils démontrent la propriété échelle nanométrique que la couleur est fonction de la taille. En conséquence, les dimensions sont choisies de manière que la fréquence de la lumière utilisée pour former un groupe de points quantiques fluorescence est un multiple pair de la fréquence nécessaire de faire un autre groupe d'être incandescent. Ensuite, les deux groupes peuvent être éclairés par une source de lumière unique.

Nanoparticule ciblage

Il est grandement observé que les nanoparticules sont des outils prometteurs pour l'avancement de la délivrance de médicament, l'imagerie médicale, et que des capteurs de diagnostic. Cependant, la biodistribution de ces nanoparticules est principalement inconnu en raison de la difficulté à cibler des organes spécifiques du corps. Les recherches actuelles dans les systèmes excréteurs des souris, cependant, montre la capacité des composites d'or pour cibler sélectivement certains organes en fonction de leur taille et la charge. Ces composites sont encapsulés par un dendrimère et assignés une charge spécifique et la taille. Nanoparticules d'or chargés positivement ont été trouvés à entrer dans les reins tout en nanoparticules d'or chargés négativement sont restés dans le foie et la rate. Il est suggéré que la charge de surface positive de la nanoparticule diminue le taux de osponization de nanoparticules dans le foie, affectant ainsi la voie d'excrétion. Même à une taille relativement petite de 5 nm, cependant, ces particules peuvent devenir compartimentée dans les tissus périphériques, et ne seront donc accumuler dans l'organisme au fil du temps. Bien que l'avancement de la recherche prouve que le ciblage et la distribution peut être augmentée par des nanoparticules, les dangers de nanotoxicité deviennent une étape importante dans une meilleure compréhension de leurs utilisations médicales.

interfaces neuro-électronique

interfaces neuro-électroniques sont un objectif visionnaire portant sur la construction des nanodispositifs qui permettront ordinateurs pour être assemblé et lié au système nerveux. Cette idée nécessite la construction d'une structure moléculaire qui permettra le contrôle et la détection de l'influx nerveux par un ordinateur externe. Les ordinateurs seront capables d'interpréter, inscrivez-vous et de répondre aux signaux du corps dégage quand il ressent des sensations. La demande pour de telles structures est énorme parce que beaucoup de maladies impliquent la désintégration du système nerveux (SLA et la sclérose en plaques). Aussi, beaucoup de blessures et d'accidents peuvent altérer le système nerveux entraînant systèmes dysfonctionnels et la paraplégie. Si les ordinateurs pouvaient contrôler le système nerveux via l'interface neuro-électronique, des problèmes qui compromettent le système pourraient être contrôlés afin que les effets des maladies et des blessures pourraient être surmontés. Deux considérations doivent être prises lors de la sélection de la source d'alimentation pour de telles applications. Ils sont des stratégies ravitaillée et nonrefuelable. Une stratégie implique d'être ravitaillée énergie est rempli en permanence ou périodiquement avec Sonic externe, chimique, captif, ou de sources électriques. Une stratégie nonrefuelable implique que tout pouvoir est tiré de stockage interne d'énergie qui arrête quand toute l'énergie est évacuée.

Une limitation de cette innovation réside dans le fait que des interférences électriques est une possibilité. Les champs électriques, impulsions électromagnétiques (EMP), et des champs parasites provenant d'autres appareils électriques dans vivo peuvent tous causer d'interférence. Aussi, isolants épais sont nécessaires pour éviter les fuites d'électrons, et si haute conductivité du milieu in vivo se il ya un risque de perte de puissance soudaine et «court-circuiter». Enfin, fils épais sont également nécessaires pour mener des niveaux de puissance importantes sans surchauffe. Peu de progrès ont été réalisés pratique même si la recherche se passe. Le câblage de la structure est extrêmement difficile, car ils doivent être positionnés avec précision dans le système nerveux de sorte qu'elle est capable de surveiller et de répondre à des signaux nerveux. Les structures qui fourniront l'interface doivent également être compatibles avec le système immunitaire du corps de sorte qu'ils ne sont pas affectés dans l'organisme pendant une longue période. En outre, les structures doivent également sentent courants ioniques et être capable de provoquer des courants de circuler vers l'arrière. Bien que le potentiel de ces structures est incroyable, il n'y a pas de calendrier pour quand ils seront disponibles.

Les applications médicales des nanotechnologies moléculaires

Nanotechnologie moléculaire est un sous-champ spéculatif de la nanotechnologie sur la possibilité de l'ingénierie assembleurs moléculaires, des machines qui pourrait re-commander la matière à l'échelle moléculaire ou atomique. Nanotechnologie moléculaire est très théorique, cherchant à anticiper ce que les inventions dont la nanotechnologie pourrait donner et de proposer un ordre du jour de l'enquête avenir. Les éléments proposés de la nanotechnologie moléculaire telles que les assembleurs moléculaires et nanorobots sont bien au-delà des capacités actuelles.

Nanorobots

Les revendications peu spéculatives sur la possibilité d'utiliser nanorobots en médecine, avocats disent, serait totalement changer le monde de la médecine une fois qu'il est réalisé. Nanomédecine ferait usage de ces nanorobots (par exemple, Les gènes de calcul), introduites dans le corps, de réparation ou de détecter les dommages et les infections. Selon Robert Freitas de l'Institut pour la fabrication moléculaire, typique sang nanorobots médicaux supportés serait entre 0,5 à 3 micromètres, parce que ce est la taille maximale possible en raison de exigence de passage capillaire. carbone serait l'élément principal utilisé pour construire ces nanorobots en raison de la force inhérente et d'autres caractéristiques de certaines formes de carbone ( diamant / composites de fullerènes), et nanorobots seraient fabriqués en bureau nano-usines spécialisée à cet effet.

Nanodispositifs pourraient être observé au travail à l'intérieur du corps en utilisant l'IRM, surtout si leurs composants ont été fabriqués en utilisant la plupart des ¹³ atomes de carbone plutôt que le naturel ¹² C isotopes du carbone, depuis ^{le 13} C a un moment magnétique nucléaire non nul. Nanodispositifs médicaux seraient d'abord injectés dans un corps humain, et seraient ensuite aller travailler dans une masse d'organe ou de tissu spécifique. Le médecin suivra les progrès, et se assurer que les nanodispositifs ont appris à la bonne région de traitement cible. Le médecin veut être en mesure de numériser une partie du corps, et de réellement voir les nanodispositifs rassemblés parfaitement autour de leur cible (une masse tumorale, etc.) afin qu'il ou elle peut être sûr que la procédure a réussi.

Machines de réparation cellulaire

Utilisation de médicaments et la chirurgie, les médecins ne peuvent qu'encourager les tissus à se réparer. Avec des machines moléculaires, il y aura des réparations plus directs. La réparation cellulaire utilisera les mêmes tâches que les systèmes vivants prouvent déjà possible. L'accès aux cellules est possible parce que les biologistes peuvent coller des aiguilles dans des cellules sans les tuer. Ainsi, les machines moléculaires sont capables d'entrer dans la cellule. En outre, toutes les interactions biochimiques spécifiques montrent que les systèmes moléculaires peuvent reconnaître d'autres molécules par le toucher, construire ou reconstruire chaque molécule dans une cellule, et peuvent démonter molécules endommagées. Enfin, les cellules qui se répliquent prouvent que les systèmes moléculaires peuvent assembler chaque système trouve dans une cellule. Par conséquent, puisque la nature a démontré les opérations de base nécessaires pour effectuer la réparation de la cellule au niveau moléculaire, à l'avenir, les systèmes de base de nanomachines seront construits qui sont capables de pénétrer dans les cellules, détecter des différences de celles qui sont saines et apporter des modifications à la structure.

Les possibilités de ces machines de réparation cellulaire sont impressionnants. Comparable à la taille des virus ou des bactéries, de leurs pièces compactes leur permettent d'être plus complexe. Les premières machines seront spécialisés. Comme ils ouvrir et fermer les membranes cellulaires ou voyagent à travers les tissus et pénétrer dans les cellules et les virus, les machines ne seront en mesure de corriger un désordre moléculaire unique comme dommages de l'ADN ou de déficience enzymatique. Plus tard, machines de réparation cellulaire seront programmées avec plus de capacités avec l'aide de systèmes d'IA avancés.

Nano-ordinateurs seront nécessaires pour guider ces machines. Ces ordinateurs diriger machines à examiner, de démonter, et de reconstruire des structures moléculaires endommagés. machines de réparation seront en mesure de réparer les cellules par toute structure de travail par la structure. Puis par la cellule de travail en cellules et de tissus par des tissus, des organes entiers peuvent être réparés. Enfin, par l'organe de travail par un organe, est rétablie à la santé du corps. Cellules endommagées au point d'inactivité peuvent être réparés en raison de la capacité des machines moléculaires pour construire des cellules à partir de zéro. Par conséquent, machines de réparation cellulaire permettra de libérer la médecine de la dépendance sur l'auto réparation.

Une nouvelle vague de la technologie et de la médecine est en cours de création et de son impact sur le monde va être monumentale. De les applications possibles telles que la livraison de la drogue et de l'imagerie in vivo aux machines potentiels de l'avenir, les progrès dans la nanomédecine sont faits tous les jours. Il ne sera pas long pour l'industrie de 10 milliards de dollars pour exploser en une industrie de 100 milliards de dollars ou 1000000000000, et la livraison de médicaments, l'imagerie in vivo et la thérapie est que le début.

Nanonephrology

Nanonephrology est une branche de la nanomédecine et nanotechnologies qui traite avec 1) l'étude des structures de protéines du rein au niveau atomique; 2) se approche de nano-imagerie pour étudier les processus cellulaires dans les cellules de rein; et 3) les traitements de nano médicaux qui utilisent des nanoparticules et pour traiter diverses maladies rénales. La création et l'utilisation de matériaux et de dispositifs aux niveaux moléculaires et atomiques qui peuvent être utilisés pour le diagnostic et le traitement des maladies rénales est aussi une partie de Nanonephrology qui jouera un rôle dans la gestion des patients atteints de maladie rénale à l'avenir. Les progrès de la Nanonephrology seront basées sur les découvertes dans les domaines ci-dessus qui peuvent fournir des informations à l'échelle nanométrique sur la machinerie moléculaire cellulaires impliqués dans les processus de reins normaux et dans les états pathologiques. En comprenant les propriétés physiques et chimiques des protéines et d'autres macromolécules à l'échelle atomique dans diverses cellules dans le rein, de nouvelles approches thérapeutiques peuvent être conçues pour lutter contre les principales maladies rénales. Le rein artificiel à l'échelle nanométrique est un objectif que de nombreux médecins rêvent. Avancées d'ingénierie à l'échelle nanométrique permettront robots nanométriques programmables et contrôlables pour exécuter des procédures de traitement et de reconstruction dans le rein humain au niveau cellulaire et moléculaire. Concevoir nanostructures compatibles avec les cellules de rein et qui peut fonctionner en toute sécurité in vivo est également un objectif futur. La capacité de diriger les événements de manière contrôlée au niveau de nano cellulaire a le potentiel d'améliorer considérablement la vie des patients souffrant de maladies rénales.