Nanosensorer: fremtiden for diagnostisk medicin?


Nanosensorer: fremtiden for diagnostisk medicin?

Et afgørende mål med diagnostisk medicin er at kunne diagnosticere medicinske problemer så hurtigt som muligt, hvilket gør det muligt for klinikere at behandle patienter, før der kan opstå irreversibel eller langvarig skade.

Nanosensorer er lavet af carbon nanorør, hver 100.000 gange mindre end en hårstreng.

Fremskyndelse af diagnosticeringsprocessen er et stort fokus for forskning. Nylige undersøgelser rapporteret af Medical-Diag.com Inkludere en undersøgelse, der fandt en ny blodprøve kunne forudsige en kvindes risiko for gentagelse af brystkræft næsten 8 måneder før synlige tegn optrådte.

En anden undersøgelse offentliggjort i august 2015 identificerede en naturlig forbindelse, der blev fundet i åndedrættet som en biomarkør af levercirrhose i leveren. Denne biomarkør kunne en dag danne grundlag for en åndedrættest for at diagnosticere denne sygdom.

Et problem, der opstår ved diagnosticering af medicinske tilstande, er, at symptomerne på nogle tilstande kun opstår efter en vis tid. Når disse symptomer kommer til overfladen, vil den underliggende tilstand have udviklet sig til et stadium, hvor behandlingen er meget mere kompliceret, end det ville have været, hvis problemet var blevet opdaget tidligere.

Det mest oplagte eksempel på dette problem er kræftformer som kræft i bugspytkirtlen, der ofte ikke forårsager tegn eller symptomer i deres tidlige stadier, men kun forårsager symptomer, når kræften har spredt sig til andre dele af kroppen.

Men dette problem er en fælles. Et andet eksempel ville være, når et implantat - for eksempel et hofteimplantat - bliver smittet, eller betændelse forårsager ulovligt arvæv til dannelse. På det tidspunkt viser det sig, at et hofteimplantat er blevet inficeret, men den eneste løsning er at fjerne implantatet og indsætte en ny.

Denne uge, Medical-Diag.com Talte til Thomas Webster, professor og formand for Institut for Kemiteknologi ved Northeastern University i Boston, MA, om hans holds nuværende arbejde med at håndtere dette problem.

"Hvad vi hurtigt forstod i vores lægehjælpssystem i dag er, at meget af det, vi gør, er meget reaktionært," sagde han.

I dette Spotlight tager vi et kig på, hvordan Prof. Webster og hans kolleger søger at flytte væk fra en reaktionær model af sundhedspleje med udviklingen af nanosensorer - En ny form for teknologi, der vil kunne overvåge opbygningen af ​​bakterier på implantater og advare klinikere, når behandling er påkrævet, før problemet eskalerer.

Nanoteknologi: lille størrelse, stort potentiale

At sige at nanoteknologi er lille ville være en underdrivelse - et enkelt nanometer er en milliarddel af en meter. Et ark papir er omkring 100.000 nanometer tykt. En enkeltvægget carbon nanorør med en diameter på 1 nanometer er 100.000 gange mindre end en hårstreng. Til sammenligning er en hårstreng 100.000 gange mindre end et hus 10 meter bredt.

Det kan være svært at visualisere, hvor lille det er, men fordelene ved at anvende nanoteknologi til medicin er meget lettere at se. Forskere har allerede formået at bruge nanoteknologi til at forbedre biologisk billeddannelse, så klinikere kan opdage akkumuleringer af småpartikler eller molekylære signaler forbundet med sundhedsmæssige problemer.

Prof. Webster fortalte Medical-Diag.com Om tidligere projekter, hvor han og hans kolleger har undersøgt muligheden for at bruge nanopartikler til behandling af bakterielle og virale infektioner.

Nogle kroniske bakterieinfektioner er forårsaget af bakterier der vokser i biofilm - hvilken T. Bjarnsholt fra Københavns Universitet i Danmark beskriver som "slime-enclosed aggregates." Biofilmer er årsagen til tilstande som lungebetændelse i tilfælde af cystisk fibrose og implantatassocierede infektioner.

"Narkotika og antibiotika vil ikke trænge ind i disse biofilm", forklarede Prof. Webster, "så det eneste der skal gøres er at operere og fjerne den biofilm næsten for hånd ved at skubbe den ud af vævet."

Nanopartikler kunne imidlertid ændre denne tilstand, som Prof. Webster informerede Medical-Diag.com :

Så vi har udviklet disse nanopartikler, der rent faktisk kan trænge ind i biofilmene og dræbe biofilmen og regenerere det sunde væv i processen, så du ikke behøver den type operation."

Andre steder har Prof. Webster og hans kolleger arbejdet med at udvikle nanopartikler beregnet til at ødelægge bestemte vira. Guld nanopartikler er lavet til at vedhæfte til vira som Ebola eller influenza; Ved at opvarme partiklerne med visse infrarøde bølgelængder kan nanopartiklerne ødelægge virussens struktur.

Prof. Webster opsummerede det, han ser som fordelene ved nanoteknologi til Medical-Diag.com :

"Vi mener, at der er et stærkt løfte om nanoteknologi, der bruges i medicin, naturligvis fordi den lille størrelse giver dig mulighed for at trænge ind i celler, komme ind i celler og manipulere deres funktion på måder, du ikke kan gøre med konventionelt materiale."

Der er enorme skridt, der kan tages i medicin ved hjælp af nanoteknologi. På nuværende tidspunkt er fokuset på Prof. Webster og hans team imidlertid at se på, hvordan denne teknologi kan bruges til at forbedre konventionelle former for behandling, og det er her nanosensorer komme i spil.

En læge inde i kroppen

"Ideelt set ønsker vi at skabe sensorer, der opfører sig meget som naturlige celler i kroppen," forklarer Prof. Webster Medical-Diag.com . "Mange af os vil sige, at menneskekroppen er den ultimative sensor. Vi kan fornemme ting meget bedre end noget, vi har lavet syntetisk indtil nu."

Konstruerer en sensor ved hjælp af nanoteknologi for at efterligne humane immunceller, der cirkulerer rundt om kroppen, hvilket angiver, når noget er forkert og reagerer positivt på eventuelle problemer, som overfladen kan være mulig en dag i fremtiden, men for nu er det stadig et stort skridt at tage.

Hidtil har holdet forsøgt deres nanosensorer ved at dyrke dem på titaniumhøftimplantater og katetre.

I stedet har prof. Webster og hans team valgt at transformere konventionelle medicinske anordninger, der implanteres i kroppen ved at give dem sensorer - nanosensorer - der kan bestemme et problem og reagere på det, hvis og når det opstår.

"Hvad vi har gjort som et første skridt, er titaniumhimplantater - som et hospital ville købe - og så vokset materiale ud af overfladen af ​​det hofteimplantat, der faktisk kan mærke hvilken type celle der er knyttet til overfladen". Han rapporterede.

Sensorerne, der er konstrueret ud fra carbon nanorør, er i stand til at føle, om celler, der vedhæftes implantatet, er knogleceller (som man ville håbe), bakterier eller inflammatoriske celler. De sidstnævnte to celletyper kan indikere infektion eller arvævdannelse, der kan forårsage problemer for patienten.

Indbygget i sensoren er en radiofrekvens, der sender signaler til en ekstern computer, hvorfra en kliniker kan få adgang til alle de informationer, der transmitteres af sensoren. Af denne information kan en kliniker for eksempel se om implantatet er fri for bakterier, har en lille mængde bakterier, som kroppen skal håndtere, eller et stort antal bakterier, der kræver antibiotikabehandling, før en fuldstændig infektion kan tage fat.

"Det er klart, at det sidste scenarie ville være et meget bedre scenario end det, der sker i dag", udtaler prof. Webster. "Væsentligt i dag ved vi ikke, hvornår der har været for meget infektion eller for meget arvæv, indtil det er for sent, og vi skal Træk implantatet ud igen."

I tillæg til hofteimplantater har teamet testet deres nanosensorer på katetre ved hjælp af samme tilgang. Personer, der får indbyggede katetre, er udsat for infektion, hvilket betyder at nanosensorer, der overvåger bakterieniveauer, kan have en betydelig indvirkning på deres pleje.

En fælles bekymring, som folk har med nanoteknologi inde i menneskekroppen, er, om de anvendte materialer er toksiske. Prof. Webster og hans team har brugt meget tid på at sikre, at de materialer, de brugte - carbon nanorør og nogle ekstra polymerer - er ikke-toksiske.

Desuden har de i nogle tidlige forsøg med dyrmodeller observeret, at de anvendte materialer endda har formået at forbedre knoglevæksten, når de anvendes med hofteimplantater. Så selvom sensoren ikke identificerer nogen problemer, er den stadig i stand til at fremme knoglevækst mere end et almindeligt titaniumimplantat.

"Det er det første skridt mod et bedre implantat," sagde prof. Webster, "men i sidste ende er vores mål at virkelig designe disse sensorer, som virker som menneskekroppen gør."


På næste side Vi ser på, hvordan nanosensorer kan generere energi og data, og hvordan nanosensorerne kan bruges til at behandle problemer, før de kan forårsage skade på kroppen.

  • 1
  • 2
  • NÆSTE SIDE ▶

Breath analyzer - fremtidens diagnostik (Video Medicinsk Og Professionel 2020).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis