Nanotehnologija 5. - Nanotehnološke aplikacije (Medicina)

Številni biološki in zdravstveni raziskovalni inštituti ter druge organizacije s področja medicine so izkoristile unikatne lastnosti nanomaterialov za različno uporabo. Na interakcijo nanotehnologije in drugih področij nas opozarjajo termini kot so biomedicinska nanotehnologija, bionanotehnologija in nanomedicina. Vsi označujejo hibridne znanosti.

Funkcionalnost nanomaterialov se lahko znatno poveča v povezavi z živimi strukturami, npr. biološkimi molekulami, celicami… Zaradi podobne velikosti nanodelcev in bioloških molekul lahko nanodelce uporabljajo in vitro (v laboratorijih – v steklovini) ali in vivo (v organizmu).

Do zdaj so najuspešnejše raziskave potekale na področjih diagnosticiranja, protistrupov, analitičnih orodij, uporabe telesne terapije in na področju odvajanja mamil.

Poglejmo si primer uničevanja rakavih celic. Za današnja zdravljenja raka kot so kemoterapija, obsevanje in operacije vemo, da so invazivni ali slabijo telo. V nasprotju s tem pa nanotehnologija obljublja nove načine zdravljenja, ki bodo potekali skoraj brez dotika. Znanstveniki so izdelali silicijeve kroglice, obdane s tanko plastjo zlata, s premerom okoli 120nm (na sliki). Če jih vbrizgamo v krvni obtok, lahko preniknejo v tumorje. Ko nato z infrardečim laserjem tumor obsevamo, močna svetloba potuje brez škode skozi zdravo tkivo in segreje nanokroglice. Te uničijo maligne celice, sosednje zdravo tkivo pa pustijo nepoškodovano. Pri laboratorijskih testih (testiranjih) so miši ostale zdrave in brez tumorjev še več kot 90 dni po tovrstnem postopku.

Diagnostika

Nanotehnologija posega tudi v laboratorije in pomaga pri novih načinih proučevanja, testiranja. Biološki testi, s katerimi določamo prisotnost ali aktivnost izbranih substanc postanejo dosti bolj občutljivi, hitrejši in prilagodljivi, če dodamo nanodelce. Magnetni nanodelci, zvezani s prilegajočim antitelesom, so v uporabi za določanje specifičnih molekul, struktur in mikroorganizmov. Nanodelci zlata (na sliki) pripeti na kratke segmente molekule DNK lahko zaznajo gensko sekvenco v vzorcu. Večbarvno optično določanje prisotnosti molekul je bilo doseženo s pomočjo kvantnih pik. Nanodelci bodo najbrž v prihodnosti lahko zaznavali povišano prisotnost radioaktivnih elementov. Bistveni del diagnosticiranja je tudi prenos informacij v nam razumljivo obliko, bodisi elektronsko, bodisi analogno.

Učinkovitost zdravil

Splošna poraba zdravil in stranski učinki so lahko pomembno znižani z vnosom aktivnih snovi le v bolne predele telesa in v odmerkih, ki niso niti malo preveliki ali premajnhni, kakor je potrebno. Takšne močno selektivne terapije reducirajo stroške in zmanjšajo trpljenje bolnika. Primere lahko najdemo v dendrimerih (posebne, zelo razvejane molekule) in v materialih z nanoporami. Takšni materiali lahko zadržujejo majhno količino zdravila in ga prinesejo do specifičnega mesta v organizmu, kjer se počasi in konstantno sprošča. Druga verzija zviševanja učinkovitosti zdravil je v majhnih elektromehanskih sistemih (NEMS), ki so posebej pomembni kot pomoč ravno pri sproščanju zdravil. Nekateri potencialno pomembni pristopi so tudi pri zdravljenju raka z železovimi nanodelci ali z izjemno majhnimi lističi zlata…

Nanotehnologija prispeva pomemben delež tudi pri zdravljenju z implantatni, še posebej pri zdravilih, ki se vbrizgajo s pomočjo injekcij. Pogosto je namreč problem razporeditve zdravila po želenem predelu telesa. Tudi tu bodo v prihodnosti prišli v poštev nanodelci, ki bodo ustrezno razporedili zdravilo po krvi ali kakšnem drugem tkivu.

Inženiring tkiv

Nanotehnologija lahko pomaga pri reprodukciji ali popravilu poškodovanega tkiva. To se imenuje tkivski inženiring. Umetno stimulirane celice se bujno delijo ob uporabi primernih skeletnih in rastnih faktorje, ki temeljijo na nanomaterialih. Inženiring tkiv bi lahko nadomestil klasične načine zdravljenja, npr. transplantacije organov in umetne implantante. Na drugi strani se pojavlja ogromno etično–moralnih vprašanj, ki zaenkrat še kar precej zavirajo uporabo sodobnih odkritij.