Nanotechnologia w medycynie: Miniaturowe roboty naprawią cię od środka

Świat technologii, stwarzających nową rzeczywistość, jest na wyciągnięcie ręki. Zakrojona na szeroką skalę miniaturyzacja elektroniki sprawiła, że wiele rzeczy potrafimy zrobić szybciej i lepiej. Także jeżeli chodzi o walkę z chorobami. Ale czy zastosowanie nanotechnologii w medycynie wprowadzi ją na całkowicie nowe tory?


Reklama

Czym tak naprawdę jest nanotechnologia? Czy to faktycznie idealny sposób na zmianę oblicza świata, czy jedynie modny slogan reklamowy? Nanotechnologia to ogólna nazwa zestawu technik i metod tworzenia różnorodnych struktur w skali nano (od 0,1 do 100 nm), czyli na poziomie pojedynczych atomów. Trudno wyobrazić sobie świat w skali nano, a co dopiero nim manipulować! Dla lepszego zobrazowania używanej nomenklatury świat nano porównuje się do rzeczywistości milion razy mniejszej niż główka szpilki lub uniwersum, w którym Ziemia byłaby wielkości piłeczki pingpongowej. Odpowiedź na pytanie: "Czym jest nanotechnologia?" nie jest zatem jednoznaczna. W zależności od tego, komu je zadamy, uzyskamy różne odpowiedzi.

Za ojca nanotechnologii uważa się Richarda Feynmana, który w 1959 r. wygłosił wykład "There's Plenty Room at the Bottom" (w wolnym tłumaczeniu: "Tam na dole jest jeszcze dużo miejsca"). Feynman przedstawił koncepcję miniaturyzacji rzeczywistości oraz możliwości tkwiące w wykorzystaniu technologii mogącej operować  materią na poziomie pojedynczych atomów.

Wtedy brzmiało to jak science fiction, jednak nieprawdopodobny rozwój technik litograficznych oraz produkcji ultracienkich warstw kryształów sprawił, że nanotechnologia przybrała realne kształty.

Nanotechnologia jest obecnie wykorzystywana w wielu dziedzinach życia, ale tą, w której może odnieść potencjalnie największy sukces, jest medycyna.

Leki w nanokapsułkach

Zastosowanie nanotechnologii w farmakologii to nie melodia przyszłości, a opis teraźniejszości. Technika ta jest szczególnie zalecana w przypadku aplikacji leków w wysokich stężeniach, minimalizując ryzyko wystąpienia skutków ubocznych.

W tradycyjnym leczeniu farmakologicznym substancja lecznicza jest podawana albo przez układ pokarmowy, albo bezpośrednio do układu krwionośnego. Idealnie byłoby, gdyby wprowadzony do wnętrza naszego organizmu medykament trafił bezpośrednio do celu. Niestety, w praktyce większość leków - szczególnie tych aplikowanych w wysokich stężeniach - rozprzestrzenia się do organów nie wymagających terapii.

Nanotechnologia może całkowicie wyeliminować tę niedogodność. Zamknięcie właściwego leku w minikapsule i aktywacja go dopiero po dotarciu do dotkniętego chorobą organu ogranicza działanie substancji na zdrowe organy.

Nanotechnologia w medycynie może być również wykorzystana jako biomarker. Oznaczając obecne w naszym ciele patogeny, nanokonstrukty ułatwią tym samym działanie naszego układu immunologicznego i likwidację celu przez nasze własne komórki odpornościowe. Takie zastosowanie nanotechnologii ma jedynie sens w przypadku chorób nie mających podłoża autoimmunologicznego, czyli takich, w których układ odpornościowy działa prawidłowo.

Małe roboty, wielkie nadzieje

Lekarze ogromne nadzieje wiążą z wykorzystaniem nanotechnologii do walki z nowotworami złośliwymi. Prób było wiele, ale najbardziej skuteczna pochodzi od naukowców z USA. Opracowali oni nanoboty polujące na komórki rakowe, które są rozpoznawane przez przeciwciała.

Gdy komórka zostanie już zidentyfikowana jako nowotworowa, do jej wnętrza jest wprowadzana promieniotwórcza bomba z atomami aktynu lub cząsteczkami chemioterapeutyku. Eksplodująca nanobomba niszczy komórkę rakową, hamując tym samym angiogenezę (tworzenie nowych naczyń krwionośnych) i wzrost nowotworu.

Eksperymenty wykazały, że dawka radioterapeutyczna użyta w tej metodzie jest miliony razy mniejsza niż w przypadku tradycyjnie stosowanych terapii.


Zwalczanie nowotworów z wykorzystaniem nanotechnologii jest zaskakująco skuteczne. Przeprowadzone na myszach testy wykazały, że wyjątkowo podatny na wpływ tych nanobotów jest czerniak złośliwy. Terapia przeprowadzana może być z wykorzystaniem baloników liposomalnych lub fullerenowych. Te pierwsze są w pełni naturalnymi molekułami o średnicy 100 nm, uzyskiwanymi w procesie hydratacji fosfolipidów (składników tworzących błony komórkowe w naszym organizmie). Dzięki temu same transportery medykamentów są obojętni dla organizmu człowieka, ale ich zawartość już nie.

Spore nadzieje wiąże się z umieszczeniem wewnątrz nanotransporterów leków przeciwnowotworowych z grupy taksanów. Powodują one całkowite zatrzymanie podziałów komórek nowotworowych, doprowadzając jednocześnie do ich obumierania. Taksany są jednak wyjątkowo toksyczne dla organizmu człowieka, a kontrolowany "wybuch" nanobota znacznie ogranicza spustoszenie jakie substancja wywołuje w organizmie.

Badania przeprowadzone przez amerykański National Institute of Health (NIH) wykazały, że skuteczne w walce z nowotworami mogą być również miniaturowe roboty pokryte złotem koloidalnym. Złoto jest jednym z najbardziej niereaktywnych metali w przyrodzie i dobrze znosi duże wahania temperatur. Wprowadzone do organizmu nanokapsułki ze złota mogą namierzyć cel i doprowadzić do jego zniszczenia, bez wchodzenia w jakąkolwiek interakcję ze zdrowymi komórkami.

Rusztowanie dla niepełnosprawnych

Nanotechnologia może być również wykorzystana do naprawy uszkodzonych tkanek. Amerykańscy naukowcy opracowali samoorganizujące się nanorurki, które idealnie nadają się do pokrywania implantów. Wszczepy tradycyjnie stosowane w medycynie, nie przylegają dobrze do powierzchni tkanek lub stawów. Dzięki swoim niewielkim rozmiarom, nanorurki perfekcyjnie wyrównują nierówności białkowe, a na dodatek są obojętne wobec organizmu, zatem nie występuje ryzyko odrzutu.

W nieco inny sposób nanotechnologię postanowił wykorzystać Samuel Strupp z Northwestern University. Zastosował on nanowłókna jako rusztowanie do odbudowy kości. Iniekcja takiego "zestawu naprawczego" w miejsce ubytku kostnego ułatwia osiedlanie się osteocytów, a przez to szybszą regenerację tkanki. Metoda ta może być w przyszłości powszechnie wykorzystywana w przypadku złamań kości, ale i konieczności odbudowy organów miękkich.

Nanowłókna zaaplikowane w odpowiednie miejsce organizmu mogą stać się rusztowaniem do odbudowy takich narządów jak trzustka, wątroba, a nawet serce. Przedstawiona metoda łączy wykorzystanie nanotechnologii z inną wielką nadzieją medycyny, którą są komórki macierzyste. Za pomocą liposomowych nanokapsułek, komórki macierzyste mogą zostać wprowadzone praktycznie w każdy zakamarek ludzkiego organizmu.

Pod stałą kontrolą lekarza

Manipulowanie światem w skali nano może być pomocne nie tylko na etapie planowania czy przeprowadzania terapii, ale i przed rozpoczęciem choroby. Diagnostyka z wykorzystaniem nanobotów ma sens, bowiem sprawia, że lekarz może mieć dostęp do informacji o stanie pacjenta przez cały czas.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której do organizmu pacjenta jest wprowadzany diagnostyczny nanobot. Taki obiekt, napędzany glukozą i tlenem, których w układzie krwionośnym pod dostatkiem, za pomocą akustycznego transmitera mógłby być sterowany przez lekarza specjalistę. Wydawanie miniaturowemu robotowi prostych poleceń czy odbieranie szczegółowych informacji o stanie zdrowia pacjenta, może znacznie usprawnić diagnostykę.

Metoda ta być może sprawi, że lekarze przestaną być tacy straszni. Zamiast nieprzyjemnej gastroskopii, kolonoskopii czy bronchoskopii, do organizmu wstrzyknięty zostanie robot, który zda dokładną relację "z pola bitwy".

Nanotechnologia - perpetuum mobile nauki

Badania nad nanotechnologią trwają i będą prowadzone. Największych postępów dokonuje się w japońskich i amerykańskich ośrodkach naukowych, chociaż Europa także ma się czym pochwalić.

Najważniejszy jest fakt, że to społeczeństwo i kolejne odkrycia na polu nanotechnologii stymulują rządy różnych krajów do finansowania tego typu badań. W 2011 roku nanotechnologia kosztowała świat aż 70 mld dolarów i warto zaznaczyć, że jest to tendencja wzrostowa.

Wydaje się, że słowa Richarda Feynmana, który napisał kiedyś, że "zasady fizyki nie przeciwstawiają się możliwości zmieniania rzeczy atom po atomie", okazały się prorocze. Następnym krokiem ewolucji nanonauk będzie manipulacja naszym organizmem, komórka po komórce.

Dowiedz się więcej na temat: medycyna | nanotechnologia | onkologia | terapia genowa | rak | nowotwory | diagnostyka | lekarze