Comment la nanotechnologie change l'avenir de la médecine

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Nous entendons parler de nanotechnologie depuis longtemps, à la fois dans la science-fiction et dans les médias, mais peu de choses en sont venues à ce jour. Cependant, une nouvelle vague de thérapies basées sur les nanotechnologies se profile à l'horizon et est prête à changer le monde de la médecine.

La nanotechnologie, un concept technologique proposé pour la première fois par Richard Feynman dans sa conférence de 1959, «Il y a beaucoup de place au fond», a été popularisé par Erik Drexler en 1986 via son livre «Les moteurs de la création. " Le livre décrivait la possibilité de machines auto-reproductibles à l'échelle moléculaire capables de faire… à peu près n'importe quoi.

La prémisse a inspiré de nombreuses œuvres de science-fiction, dont «Prey» de Michael Crichton et l'excellent «The Diamond Age» de Neil Stephenson. Le potentiel de la nanotechnologie a pris beaucoup de temps il est temps de montrer son visage, mais il commence enfin à arriver sous la forme d'interventions médicales sophistiquées qui changeront profondément la nature des soins de santé dans un avenir proche.

Nanotechnologie et médecine

Le potentiel de la nanotechnologie, au sens drexlérien complet, est sans précédent. Les vrais assembleurs universels, si nous pouvons comprendre comment les construire, inaugureront un profond changement dans la condition humaine. Bien sûr, le chemin est encore long. À bien des égards, nous ne sommes même pas proches. À d'autres égards, les progrès se sont poursuivis de manière surprenante - et utile.

La loi de Moore Quelle est la loi de Moore et qu'est-ce que cela a à voir avec vous? [MakeUseOf explique]La malchance n'a rien à voir avec la loi de Moore. Si c'est l'association que vous aviez, vous la confondez avec la loi de Murphy. Cependant, vous n'étiez pas loin car la loi de Moore et la loi de Murphy ... Lire la suite stimule en permanence les progrès de la nanotechnologie - nous pouvons maintenant fabriquer des transistors qui existent littéralement à l'échelle nanométrique, avec des diamètres de centaines d'atomes.

De même en médecine, l'un des plus gros problèmes est notre incapacité à cibler correctement les interventions. En médecine psychoactive et Psychologie clinique 6 conférences TED époustouflantes sur la psychologie et le comportement humainLe cerveau humain est complexe et déroutant, ce qui explique pourquoi le comportement humain est si complexe et déroutant. Les gens ont tendance à agir d'une façon lorsqu'ils ressentent quelque chose de complètement différent. Voici quelques-uns... Lire la suite par exemple, ce que les médecins veulent vraiment faire, c'est stimuler certaines régions du cerveau et en supprimer d'autres pour résoudre de manière sélective le problème du patient. C’est un simple accident de l’histoire que la meilleure façon de le faire en ce moment est d’administrer des médicaments d'ailleurs, dans toutes les nombreuses façons dont ils changent le cerveau et le corps, il se trouve que certains effets.

Si les chirurgiens pouvaient mettre des fils dans le cerveau des gens et stimuler de manière sélective des régions spécifiques de manière sûre, le domaine de la santé mentale pourrait éviter les effets secondaires des médicaments psychoactifs traditionnels. La technique de base a déjà montré travailler dans la dépression, selon un article de Neuron résumant un certain nombre d'essais cliniques différents.

Pensez aussi au cancer - ce que les médecins veulent vraiment, en oncologie, c'est tuer les cellules tumorales. Il est regrettable que l'un des meilleurs outils pour tuer les cellules tumorales soit la chimiothérapie, qui a le malheureux effet secondaire de tuer également les cellules régulières. Cela rend également les patients très malades.

La nanotechnologie offre un moyen de diriger les interventions dans le corps humain, potentiellement à un niveau individuel cellules, en utilisant des éléments de fonctionnement intelligents qui sont si petits qu'ils n'interfèrent pas physiquement avec le corps normal fonction. Les doigts fins font moins de dégâts et les machines plus petites que le capillaire le plus fin du corps peuvent aller partout où le sang va.

S'ils peuvent être rendus suffisamment intelligents, ces dispositifs nanomédicaux peuvent judicieusement choisir où et comment intervenir. De toute évidence, plus sera possible lorsque les ingénieurs pourront construire des robots qui ont des comportements plus sophistiqués (comme la capacité de se déplacer par leur propre pouvoir), mais même les nanomachines relativement primitives d'aujourd'hui ont beaucoup de valeur.

Nanotechnologie et cancer

Des brins d'ADN personnalisés sont construits de telle sorte qu'ils se plient en formes arbitraires et peuvent avoir des protéines et des enzymes s'y sont liées, leur permettant de se comporter de manière intelligente et de réagir aux changements de situations chez l'homme corps. Daniel Levner, bio-ingénieur à Harvard, estime que ce comportement est très puissant.

Les nanorobots à ADN pourraient potentiellement exécuter des programmes complexes qui pourraient un jour être utilisés pour diagnostiquer ou traiter des maladies avec une sophistication sans précédent.

Ces machines peuvent être utilisées pour construire des cages qui peuvent s'ouvrir ou se fermer en réponse à des signaux chimiques - pour par exemple, libérer la chimiothérapie uniquement lorsqu'ils se heurtent à des marqueurs protéiques spécifiquement associés à la tumeur tissu.

Cela permettra l'application de la chimiothérapie dirigée, tout en minimisant ou en éliminant les effets secondaires. Cela permettra également le déploiement de chimiothérapies qui sont plus efficaces que les thérapies existantes, mais ne peuvent pas être utilisées actuellement en raison de la gravité des effets secondaires.

Une approche similaire mais différente consiste à utiliser de minuscules nanoparticules de silice et d'or qui se lient au tissu tumoral et saturent la tumeur. Ensuite, des lasers proche infrarouge peuvent être appliqués, qui n'interagissent pas beaucoup avec le tissu humain, mais provoquent le réchauffement des nanoparticules d'or.

Ce processus permet d'incinérer des zones spécifiques de tissu (celles remplies de nanoparticules et sur le trajet du laser). En réglant à la fois les lasers et la distribution des particules, les médecins peuvent détruire très sélectivement les tissus cancéreux. Le tissu mort peut être enlevé chirurgicalement ou nettoyé par le système immunitaire lui-même, selon l'ampleur de la maladie. Une variante de la procédure consiste à utiliser des coquilles d'or creuses qui libèrent une charge utile de chimiothérapie lorsqu'elles sont chauffées, permettant l'utilisation de lasers pour affiner davantage où les médicaments sont déployés (si les protéines de marqueur tumoral ne sont pas suffisamment spécifique).

Nanotechnologie et diagnostic

Un autre domaine dans lequel la nanotechnologie a le potentiel de révolutionner le domaine médical est dans la collecte de données médicales. Avec la nanotechnologie, il est possible de distribuer des dispositifs de diagnostic à l'échelle nanométrique dans tout le corps qui détecter les changements chimiques comme ils se produisent. Cela peut permettre un suivi en temps réel plus précis de la santé et de l'état d'un patient d'une manière qui ne serait pas possible autrement.

En dehors du corps, la nanotechnologie peut également être utilisée pour accélérer le séquençage des gènes et l'analyse chimique en utilisant points quantiques attaché à des séquences d'ADN partielles ou à des protéines qui se lient à d'autres matériaux qui intéressent les médecins. Ensuite, vous pouvez simplement regarder la distribution des éléments lumineux pour voir ce qui était présent dans l'échantillon.

Cela pourrait potentiellement rendre plus rapide, moins cher et plus fiable de faire certains types de tests en dehors du corps - vous pourriez construire des tests qui prennent un petit échantillon de tissu et le séquencent pour des morceaux du génome du VIH, détectant les infections plus tôt et plus de manière fiable. Les chercheurs de Stanford ont utilisé cette technique pour rechercher des gènes endommagés communs à certains cancers, afin de dépister plus rapidement les tissus tumoraux:

Étant donné que qdots peut suivre la présence de plusieurs molécules sur une période de temps prolongée, les chercheurs visent à les utiliser pour générer une sorte de code-barres optique reflétant les niveaux de divers Marqueurs tumoraux. Le code à barres pourrait indiquer le type et le stade de la tumeur.

À long terme, si les développeurs de nanotechnologies peuvent continuer à miniaturiser les pièces (ou emprunter des techniques aux puces électroniques) fabrication), ils pourraient construire de simples caméras microscopiques, plus petites que le diamètre d'un capillaire (10 microns, soit environ 100 000 atomes à travers). Ces caméras pourraient cartographier tout le corps, téléphonant aux résultats.

Toutes ces données, synthétisées ensemble, pourraient fournir une carte complète de la plupart des tissus du corps humain, perspective de ses capillaires, montrant un corps humain entier avec un niveau de détail impossible avec les rayons X ou IRM. Une proposition pour construire quelque chose comme ça est le soi-disant «Nanodispositif de balayage cartographique vasculaire», développé par Frank Boehm, l'auteur de «Conception de dispositifs et de systèmes nanomédicaux. ’Boehm croit:

Les diagnostics et thérapies nanomédicaux opèrent aux niveaux cellulaire et moléculaire, précisément là où de nombreux processus pathologiques trouvent leur genèse […] [N] anomédecine a le potentiel de diagnostiquer et de traiter de nombreuses affections de manière préventive, avant qu'elles n'aient la possibilité de proliférer. […] [I] l est concevable qu'elles sera imprégné de capacités pour les diagnostics très précis et l'éradication méticuleuse et approfondie de pratiquement tous les états pathologiques, pathogènes ou toxiques menace.

Nanotechnologie et neuroscience

La nanotechnologie a également le potentiel de changer la façon dont les médecins traitent les troubles cérébraux. Du côté de la collecte de données, il peut être possible d'utiliser particules de diamant à l'échelle nanométrique, qui s’éclairent en réponse à l’activité électrique du cerveau, pour convertir l’activité cérébrale en fréquences de lumière pouvant s'échapper du crâne et être enregistrées par des capteurs externes.

Cela permettrait aux chercheurs d'étudier le cerveau de manière beaucoup plus détaillée. Être capable de voir les modèles exacts d'activité cérébrale serait utile pour découvrir la dynamique des crises et des maladies mentales dans le cerveau individuel, permettant interventions ciblées résoudre le problème.

D'un autre côté, il peut être possible d'utiliser des nanotubes de carbone pour transporter des signaux vers et depuis les neurones individuels. À l'heure actuelle, la technologie est appliqués par des chercheurs italiens pour transporter l'activité électrique à travers les tissus cérébraux morts laissés par des accidents vasculaires cérébraux ou des infections, mais il pourrait également être utilisé pour fabriquer des grilles d'électrodes qui sont beaucoup plus fines et plus biocompatibles que la technologie existante, permettant implants plus sophistiqués tout en endommageant moins le tissu d'origine.

Cela pourrait, en principe, fonctionner à une résolution beaucoup plus élevée et sur une portée plus large que les électrodes implantées traditionnelles, permettant de nouveaux types de implants cérébraux Brancher votre cerveau et votre corps - L'avenir des ordinateurs implantésAvec la tendance actuelle de l'innovation technique et du progrès, c'est le bon moment pour explorer l'état de l'art des technologies informatiques et humaines. Lire la suite et les appareils de stimulation cérébrale. Même avec l'implantation d'électrodes relativement grossière disponible aujourd'hui, les effets de la stimulation cérébrale sont importants:

Alternativement, il est possible d’utiliser le mêmes techniques utilisé pour la nanothérapie chimiothérapie pour délivrer d'autres produits chimiques, comme les neurotransmetteurs et psychiatrique médicaments à des régions cérébrales spécifiques avec beaucoup plus de précision (y compris l'administration de médicaments à cellules). Avec de meilleurs stimulateurs neuronaux, cela pourrait également s'étendre à une gamme beaucoup plus large de thérapies, y compris le traitement de la dépression, de l'anxiété et même des troubles de la personnalité.

Ce type de thérapie pourrait également être utilisé pour créer des interfaces plus étroites avec les prothèses et offrir plus d'options de communication aux patients «enfermés».

Ce type de technologie ciblée avec précision pourrait changer radicalement la façon dont la médecine neurologique est pratiquée. Cela pourrait conduire à une médecine psychiatrique basée sur les données et reposant sur une intervention directe beaucoup plus efficace et beaucoup plus bouleversant existentiellement (imaginez le premier virus informatique qui peut infecter le cerveau régulateur de l'humeur implants).

La nanotechnologie, à mesure qu'elle progressera, aura un impact profond sur la condition humaine, nous permettant de réparer les dommages cellulaires et de traiter une variété d'affections humaines dans de meilleures façons, mais cela entraîne également un besoin d'une meilleure compréhension des systèmes corporels que nous altérons, ainsi qu'une appréciation de l'éthique qui va de pair avec cette.

Quelle est votre vision de la nanotechnologie en médecine? Pensez-vous que c'est la nouvelle frontière pour la science médicale, ou est-elle vouée à l'échec dès le départ? Partagez vos pensées dans la section des commentaires ci-dessous.

Crédits image: Nanobots Via Shutterstock, "L'ADN peut agir comme velcro pour les nanoparticules», Par Argonne National Labs,«B0006421 Cellules du cancer du sein", Par Amy Dame,"Points quantiques", Par Argonne National Labs,"étude de neuro-imagerie de l'autisme", Par Ian Ruotsala,"vie-main 2“, Par Università Campus Bio-Medico di Roma