Նանոտեխնոլոգիաները բժշկության մեջ

Նանոբժշկությունը հիվանդությունների և տրավմատիկ վնասվածքների ախտորոշման, բուժման և կանխարգելման գիտություն է՝ օգտագործելով նանոմաշտաբային նյութեր, բարդ մեքենաներ, կենսատեխնոլոգիա, գենետիկական ճարտարագիտություն , ինչպես նաև նանոռոբոտներ:

Անվան ստուգաբանությունԽմբագրել

«Նանո» նախածանցը ծագում է հին հունարենից ՝ «թզուկ»: Գիտության մեջ դա նշանակում է ինչ -որ բանի մեկ միլիարդերորդ մասը, ուստի նանոմետրը (նմ) կազմում է մետրի մեկ միլիարդերորդ մասը, կամ 10-9մետր: Նանոմետրը ունի մոտ երեքից հինգ ատոմ լայնություն և մոտ 40,000 անգամ ավելի փոքր է, քան մարդկային մազերի հաստությունը: Նանոտեխնոլոգիան ատոմային և մոլեկուլային մասշտաբով բազմաթիվ նոր հատկություններ ունեցող նյութերի ստեղծումն է, որը արագ զարգացող ոլորտ է բազմաթիվ բնագավառներում՝ առողջապահություից մինչև շինարարություն և էլեկտրոնիկա: Բժշկության մեջ նանոմաշտաբով կառուցվածքներն ու հատկությունները մանիպուլյացիայի ենթարկելու կարողությունը մեզ թույլ կտա կարգավորել բջջային բաղադրիչները, վիրուսները կամ ԴՆԹ-ի մասերը՝ օգտագործելով մի շարք փոքրիկ գործիքներ, ռոբոտներ և խողովակներ: Այն հեղափոխություն կմտցնի դեղերի առաքման, գենային թերապիայի, ախտորոշման և հետազոտության, զարգացման և կլինիկական կիրառման բազմաթիվ ոլորտներում:

ՊատմությունԽմբագրել

Չնայած նանոտեխնոլոգիայի թվացյալ նորաստեղծ տիրույթին, տասնամյակներ շարունակ շրջանառվում էր դեղամիջոցի առանձնահատկությունների տարբեր եղանակներով օգտագործումը շատ փոքր մասնիկներում:

Շոտլանդացի ֆիզիկոս Ջեյմս Քլերք Մաքսվելը 1871-ի մտավոր փորձի շրջանակում պատկերացրեց փոքրիկ «դևեր», որոնք կարող էին մեկ առ մեկ վերաուղղորդել ատոմները:Մոլեկուլային ճարտարագիտություն տերմինը իրականում ստեղծվել է MIT(Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտ) պրոֆեսոր Արթուր Ռոբերտ ֆոն Հիփելի կողմից 1950-ականներին:1959–ին Նոբելյան ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանը, ճաշի ժամանակ ասել է «ներքևում շատ տեղեր կան»։ Նա առաջարկել է օգտագործել հաստոցներ՝ ավելի փոքրները պատրաստելու համար, որոնք իրենց հերթին պետք է օգտագործվեն դեռ ավելի փոքր հաստոցներ պատրաստելու համար, և այսպես շարունակ՝ մինչև ատոմային մակարդակ՝ նշելով, որ սա «զարգացում է, որից, կարծում եմ, հնարավոր չէ խուսափել»։

Պաուլ Էռլիխի գաղաբարները ավելի շուտ են ծագել, սակայն ավելի մոտ են ժամանակակից նանոբուժության մեջ: Որպես իր աշխատանքի (թիրախավորված թերապիա) մաս Էրլիխը առաջարկեց որոնել «Zauberkuel» կամ «կախարդական գնդակ» ՝ դեղամիջոց, որը կլիներ թիրախավորված հատուկ բջջի վրա՝ առանց ազդելու նորմալ բջիջների վրա:

Ֆեյնմանի գաղափարը հիմնականում չքննարկված մնաց մինչև 1980-ականների կեսերը, երբ MIT կրթված ինժեներ Քիմ Էրիկ Դրեքսլերը հրատարակեց «Արարման շարժիչները»(Engines of Creation) գիրքը, որը հանրաճանաչում էր մոլեկուլային նանոտեխնոլոգիայի ներուժը:Նա պատկերացնում էր, որ մոլեկուլային չափի մեքենաները կարող են արտադրել գրեթե ամեն ինչ: Իր գրքում Դրեքսլերը նկարագրել է նանոտեխնոլոգիայի ապագա դերը գիտության և տեխնոլոգիայի այլ ոլորտներում հեղափոխության մեջ, ինչը կհանգեցնի բժշկության, արհեստական ​​ինտելեկտի և աստղագիտության ոլորտում առաջընթացի: Նրա «համակարգի» գաղափարը, ըստ որի  կարող է «ատոմները տեղավորել գրեթե ցանկացած ողջամիտ դասավորության մեջ», այդպիսով թույլ տալով մեզ կառուցել գրեթե այն ամենը, ինչ թույլ կտան բնության օրենքները:

Ավելի ուշ, 1991 թվականին, հայտնաբերվեցին ածխածնային նանոխողովակներ, որոնք մոտ 100 անգամ ավելի ամուր են պողպատից, կազմում են իրենց քաշի միայն մեկ վեցերորդ մասը և ունեն անսովոր ջերմային և հաղորդունակության բնութագրեր: Juno տիեզերանավը իր ճանապարհին դեպի Յուպիտեր օգտագործում է ածխածնային նանոկառուցվածքային բաղադրիչը, որպեսզի ապահովի էլեկտրական հիմքը և նվազեցնի քաշը:

Քանի որ նանոմասշտաբի կենսաբանական փոխազդեցությունների գիտական ​​ընկալումը շարունակում էր առաջադիմել, պարզ դարձավ, որ նախագծված նանոնյութերը զգալի խոստումներ կունենան հիվանդության ախտորոշման և բուժման համար: Ի պատասխան՝ ԱՄՆ Գիտության և տեխնոլոգիայի ազգային խորհուրդը (NSTC)[1] 2000 թվականին սկսեց նանոտեխնոլոգիայի ազգային նախաձեռնությունը: Այս դաշնային ծրագիրը դյուրացրեց նանոմասշտաբի հետ կապված հետազոտությունները և առաջացրեց նանոմիաբժշկությունը որպես նոր գիտական ​​կարգապահություն:

Ամբողջ աշխարհում նշանակալի հետազոտական ​​ներդրումներ են իրականացվել մշակելու նանոթերապևտիկ միջոցներ, որոնք շրջանցում են փոքր մոլեկուլային ավանդական դեղամիջոցների հետ հանդիպող բազմաթիվ մարտահրավերները, ներառյալ՝

  • Լուծելիություն (օրինակ՝ փոքր մոլեկուլային դեղամիջոցների կրիչ, մեմբրանների միջով տրանսպորտի ավելացում)
  • Դեղերի բարելավված ֆարմակոկինետիկա (PK)[1] (օրինակ ՝ շրջանառության երկարաձգված ժամանակ)
  • Նանաբժշկությունների բազմաֆունկցիոնալ ունակություն (օրինակ՝ պատկերացում և դեղերի նպատակային առաքում)

Ակտիվ և պասիվ թիրախավորում` օգտագործելով լիգանդներ` ներթափանցումն ու հյուսվածքների պահպանումը բարձրացնելու համար

  • Թիրախավորման և շրջանառության ժամանակի պրոֆիլների բարելավման միջոցով համակարգային թունավորության նվազեցում

Այս ոլորտում հետազոտությունների առաջընթացը հանգեցրել է տարբեր նանոմասնիկների պատրաստուկների զարգացման 3 հիմնական դասերի ՝ լիպիդային, պոլիմերային և անօրգանական նյութեր: [2][3]

ԿիրառումԽմբագրել

Գենային թերապիաԽմբագրել

Գենային թերապիան, որը ներառում է առանձին գեների մանիպուլյացիա կամ դրանց արտահայտման վրա ազդող մոլեկուլային ուղիները, ավելի ու ավելի է ուսումնասիրվում որպես հիվանդությունների բուժման տարբերակ: Այս ոլորտի մեծագույն նպատակը հիվանդների գենետիկական կազմին համապատասխան բուժում հարմարեցնելն է: Սա ստեղծում է գործիքների կարիք, որը օգնում ՝ գիտնականներին փորձարկել և մշակել նման բուժում:[4]

Դեղերի առաքումԽմբագրել

Բժշկության մեջ նանոտեխնոլոգիայի կիրառություններից մեկը, որը ներկայումս մշակվում է, ներառում է նանոմասնիկների օգտագործումը դեղամիջոցներ, ջերմություն, լույս կամ այլ նյութեր բջիջների որոշակի տեսակների (օրինակ՝ քաղցկեղի բջիջներ) հասցնելու համար: Մասնիկներն այնպես են նախագծված, որ դրանք ձգվում են դեպի հիվանդ բջիջները, ինչը թույլ է տալիս ուղղակիորեն բուժել այդ բջիջները: Այս տեխնիկան նվազեցնում է մարմնի առողջ բջիջների վնասը և թույլ է տալիս ավելի վաղ հայտնաբերել հիվանդությունը:

Հյուսիսային Կարոլինայի պետական համալսարանի հետազոտողները մշակում են սրտի ցողունային բջիջները սրտի վնասված հյուսվածքին հասցնելու մեթոդ: Նրանք կցում են նանովեզիկուլներ, որոնք ձգվում են ցողունային բջիջների վնասվածքի պատճառով, որպեսզի ավելացնեն վնասված հյուսվածքին մատակարարվող ցողունային բջիջների քանակը:[5][6]

Ախտորոշիչ տեխնիկաԽմբագրել

Վուսթերի պոլիտեխնիկական ինստիտուտի հետազոտողները օգտագործում են հակամարմիններ, որոնք կցված են չիպերի ածխածնային նանոխողովակներին՝ արյան հոսքում քաղցկեղային բջիջները հայտնաբերելու համար: Հետազոտողները կարծում են, որ այս մեթոդը կարող է օգտագործվել պարզ լաբորատոր թեստերի համար, որոնք կարող են ապահովել արյան մեջ քաղցկեղի բջիջների վաղ հայտնաբերում:

Մշակվում է երիկամների վնասվածքի վաղ հայտնաբերման թեստ։ Մեթոդն օգտագործում է ոսկու նանոձողեր, որոնք ֆունկցիոնալացված են վնասված երիկամների կողմից առաջացած սպիտակուցի տեսակին միանալու համար: Երբ սպիտակուցը կուտակվում է նանորոդի վրա, նանձողի գույնը փոխվում է: Թեստը նախատեսված է խնդրի վաղ հայտնաբերման համար՝ արագ և համեմատաբար էժան կերպով:[7]

Հակաբակտերիալ բուժումԽմբագրել

Հյուսթոնի համալսարանի գիտնականները մշակում են բակտերիաների ոչնչացման տեխնիկա՝ օգտագործելով ոսկու նանոմասնիկներ և ինֆրակարմիր լույս: Այս մեթոդը կարող է հանգեցնել հիվանդանոցային պայմաններում գործիքների մաքրման բարելավմանը:

Կոլորադոյի Բոուլդերի համալսարանի գիտնականները ուսումնասիրում են քվանտային կետերի օգտագործումը հակաբիոտիկների նկատմամբ կայուն վարակների բուժման համար:[8]

Վերքերի բուժումԽմբագրել

Վիսկոնսինի համալսարանի գիտնականները ցուցադրել են վիրակապ, որը էլեկտրական իմպուլսներ է կիրառում վերքի վրա՝ օգտագործելով հիվանդի կողմից կրած նանոգեներատորների արտադրած էլեկտրականությունը:

Ներքին արյունահոսությամբ տրավմատիկ հիվանդների համար անհրաժեշտ է արյան կորուստը նվազեցնելու ևս մեկ միջոց: Chase Western Reserve համալսարանի հետազոտողները մշակում են պոլիմերային նանոմասնիկներ, որոնք գործում են որպես սինթետիկ թրոմբոցիտներ: Լաբորատոր հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այս սինթետիկ թրոմբոցիտների ներարկումը զգալիորեն նվազեցնում է արյան կորուստը:[9]

Դեռևս կան որոշ անհանգստություններ նանոմասնիկների անվտանգության վերաբերյալ, որոնց հետազոտությունները դեռ շարունակվում են, սակայն, երբ այս մտահոգությունները վերանան, մենք կարող ենք մեծ աճ ակնկալել այս ոլորտում։

ԳրականությունԽմբագրել

ԾանոթագրություններԽմբագրել

Արտաքին հղումներԽմբագրել