Нанотехнологија - доктор по крв - здравје

Тековни новости во Зидојче цајтунг

Контролна табла

економија

Минхен

Култура

општеството

Знаење

Нанотехнологија: доктор во крв

Наномедицинските специјалисти развиваат мали уреди кои се движат низ крвотокот на пациентот.
Тие се дизајнирани да ослободуваат лекови таму каде што се потребни.
Ова може да биде особено корисно во борбата против тумори, згрутчување на крвта или болести на мрежницата.

Од Кристијан Ј. Мејер

Идејата е стара, уште во 1966 година во холивудскиот филм „Фантастичното патување“, смалена подморница и екипаж се движеа низ вените на еден пациент. Треба да се ласери неоперабилен тромб во неговиот мозок. Она што е ново е дека веќе неколку години, лекарите и инженерите навистина сакаат да спроведат такви визии, на пример во лабораторија во Универзитетската болница во Ерланген. Не изгледа баш како работилница за медицински визии, повеќе како сосема нормална просторија за третман: кауч на пациент, масивен апарат и монитори на кои може да се забележат рендгенски зраци на циркулација на крв.

Овде лекарот Кристоф Алексиу работи на мали суштества кои би требало да ги елиминираат болестите одвнатре. „Сакам да го внесам тоа кај пациентот“, вели раководителот на одделот за експериментална онкологија и наномедицина. За неколку години тој би сакал да уништи тумори во клинички тестови со еден вид водено оружје со големина на вирус. Тимот од Ерланген е насочена и кон артериосклероза и сепса.

„Хируршката интервенција ќе остане златен стандард за третман на рак“, вели Алексиу. Сепак, туморите не можат секогаш да се отстранат со скалпел, на пример затоа што се наоѓаат во мозокот. Лековите за карцином инјектирани во крвта го достигнуваат фокусот на болеста. Но, само мал дел од тоа. Поголемиот дел се дистрибуира низ целото тело. Хемотерапијата затоа често има огромни несакани ефекти.

Истражувачите создадоа робот со големина од само неколку милиметри, што би требало да патува околу човечкото тело. Таму можеше да пренесува лекови или да согорува туморски клетки.

Извештај од Јан Швенкенбехер, Штутгарт

Овој пристап на пушка му пречел на медицинскиот пионер Пол Ерлих уште во 1907 година. Тој сакал да „фрли волшебни куршуми што само го погодуваат патогенот“. Во тоа време тоа беше далечен сон. Дури скоро 80 години подоцна, американскиот инженер Ерик Дрекслер планираше роботи со големина на бели крвни клетки. Внатрешниот компјутер треба да ги контролира овие "машини за поправка на клетки" преку крвотокот, да користи сензори за откривање на фокуси на болест, на пример, таложење во мал сад во мозокот и да го отстрани со алатки не поголеми од молекула. Овој проект остана и визија.

„Наместо да опремиме машина со интелигенција, ние ја користиме логиката на биологија.

Точно е дека истражувачите денес градат погони, сензори или роботски краци кои се толку ситни што за нив течната внатрешност на ќелијата наликува на езеро за капење. Но, компјутерскиот брод со големина од неколку нанометри (милионити дел од милиметар) што ќе може да контролира комплексен уред составен од такви компоненти, сè уште не е на повидок. Но, денешните истражувачи и онака веќе не се потпираат на смалување на роботите до нано големина. Тоа им се чини премногу незгодно.

„Ние сакаме во голема мера да ја намалиме комплексноста“, вели Волкер Мајлондер, лекар и научник од Медицинскиот центар на универзитетот во Мајнц и тамошниот институт за истражувања на полимери во Макс Планк. Ова е единствениот начин да се донесе технологијата во секојдневната клиничка пракса во догледна иднина. Пристапот преземен од тимот предводен од Мејлдер и хемичарката Катарина Ландфестер е сепак незгоден: истражувачите полнат мали пластични капсули со лекот против рак и ги инјектираат во телото. Наночестичките треба сами да ги пронајдат клетките на ракот.

За да го направите ова, тимот ги покрива честичките со таканаречени антитела. Секоја од овие молекули личи на клуч. Бравата што одговара е протеин што туморските клетки го носат само на нивната површина. Ако случајно се сретнат двете биомолекули, тие се комбинираат. Честичката ја достигна целта, продира во клетката на ракот и го ослободува својот смртоносен товар таму. Ова донекаде потсетува на „магичните сфери“ на Пол Ерлих, бидејќи наночестичките пливаат покрај здравите клетки. Волкер Мејландер ги сумира тактиките: „Наместо да ја опремат машината со интелигенција, нашите честички ја користат логиката на биологијата“.

Лекови врне дожд на згрутчување на крвта

Тоа е волшебна идеја, но која може да се спроведе само со макотрпни детали. На пример, тимот од Мајнц истражуваше шест години со цел да се надмине само една од многуте пречки. Еден проблем беше што протеините во крвта лежеа над наночестичките и со тоа ги покриваа повеќето антитела - сензорите за рак. Повеќето честички би скитале бесцелно низ телото. Истражувачите тогаш откриле дека многу антитела во форма на Y не биле прицврстени на честичката исправена на нивното „стебло“, туку лежеле преку други. Тие ќе излегуваат вертикално од протеинската обвивка. Само со неколку трикови научниците од Мајнц успеаја да соберат најголем дел од антителата; сега протеините веќе не се мешаат. Наномедицините наскоро ќе бидат тестирани во експерименти со животни.

Но, наномедицините не сакаат само да се борат против ракот. Други болести исто така испраќаат сигнали што може да се насетат со едноставни нано-подморници. Истражувачите кои соработуваат со Доналд Ингбер на Универзитетот Харвард во Бостон развија вид на сензор за метеж кој покажува стегања во крвните садови. Згрутчување на крвта предизвикува мозочен удар, срцев удар или белодробна емболија. Постојат лекови, т.н. тромболитици, кои можат да ги растворат. Но, овие супстанции понекогаш имаат сериозни несакани ефекти, како што се мозочно крварење. Значи, лекарите бараат лекови кои делуваат директно на затка. Затоа, истражувачите од Бостон ги премачкале наночестичките млечна киселина со тромболитичко средство. Ова создава лабави грутки кои пливаат низ крвта како влажни, релативно кревки топчиња од песок.

Структурата може да биде најмногу голема за да се вклучи во областа на нанотехнологијата, нанометарот е милијардити дел од метарот. По овој редослед, својствата на површината добиваат важност. Веќе има премази кои сами се чистат (лотосов ефект) или, на пример, дозволуваат кечапот да тече подобро.

Протокот на крв се забрзува во тесни области. Ова ги повлекува групите честички, тие се нанесуваат меѓу прстите како топчиња од песок. Индивидуалните наночестички паѓаат на штекерот и активните состојки можат да си ја завршат својата работа. Во експеримент со животни, тимот на Ингбер покажа дека нивниот мобилен уред за мерење притисок специфично растворал тромб. Бидејќи за тоа беше доволна само една илјадити дел од вообичаената доза, помалку опасни се опасни несакани ефекти. Затоа нано-медицината може да се администрира на сцена на итен случај, а не само во клиниката без многу загриженост, вели Ингбер - можеби заштеда на живот за време.

Во споредба со вистинска подморница, наночестичките што ја препознаваат нивната цел не се многу независни. Без погон или управување, тие се дистрибуираат низ целото тело, а само мал дел се исфрла до изворот на болеста. Зголемениот ефект во споредба со класичната хемотерапија се должи на фактот дека секоја честичка носи голема количина активна состојка: цело комбе полно, наместо само пакет. „Ние веруваме дека можеме да ја дуплираме дозата за туморот“, вели Мејлдер. Но, дури и тогаш, само неколку проценти од вкупната доза ја достигнуваат целта. Кога лекарите би знаеле точна локација на метастази во карцином или згрутчување на крвта, тие би биле во можност да обезбедат уште насочена терапија. Сепак, тогаш ќе ви треба погон и контролер за нано-агентите.

Но, истражувачите веќе работат на вакви проекти, на пример во Институтот за интелигентни системи Макс Планк (MPI-IS) во Штутгарт. И тие се засноваат на примерот на природата, бидејќи никој сè уште не бил во можност да произведе класичен бродски пропелер во нано димензии. Една од нивните идеи беше да имитираат школки што веслаат низ водата со симетрично отворање и затворање на нивните школки и лизгање низ водата помеѓу.

Пилулите што искра од стомакот се само почеток. Наскоро, малите роботи можеа да ги следат и лекуваат дури и најоддалечените агли на човечкото тело.

Од Хубертус Бруер

Всушност, научниците беа во можност да изградат таков микроскопски плови. За жал, не се лизга во повеќето течности - за него, водата или крвта е тешка како медот. Со затворање би требало еден чекор напред, со отворање ќе требаше еден назад. Резервирана е можна употреба на специјални медиуми, на пример во синовијалната течност. Тука функционира трик: истражувачите ги контролираат школките на школките така што тие брзо се отвораат и полека се затвораат. Ова ја прави течноста потенка.

Како алтернатива на школките, истражувачите користат одредени бактерии како модели. Овие се пробиваат низ течности со камшик-како зло. Ситни тапирачки може да се произведат со употреба на нанотехнологија со изгорување на ротирачки диск со атоми. Магнет ги ротира завртките. Тијан Киу од MPI-IS откри дека големината навистина е важна. Физичарот сакал да управува со такво возило преку очното јаболко на мртва свиња.

Позадина: Кога третираат дегенерација на макулата, лекарите сакаат да ја насочат мрежницата со лекови што е можно поконкретно. Првата верзија на микро-пливач се заглави во мрежа на протеински нишки кои ја проникнуваа водата во очното јаболко. „Требаше да ги направиме пливачите уште помали за да можат да се лизгаат низ мрежата“, вели Чиу. Новите пливачи се упатија кон мрежницата и ја пречекаа. Сепак, експериментот е само доказ дека технологијата може да работи во принцип. Покрај тоа, сложената технологија на производство веќе забранува широка употреба во клиниките.

PH вредноста се зголемува во близина на тумори. Ова може да се користи за навигација

Завртката ја црпи својата енергија однадвор - од магнетот што ја врти. Други истражувачи се обидуваат да ја направат својата нано-подморници енергија само-доволна. „Микро ракетите“ го црпат горивото директно од течноста низ која пливаат. Конусна цевка е наредена со катализатор кој претвора хемиско соединение од околината. Резултирачките меурчиња излегуваат од широкиот крај и ја поттикнуваат ракетата со назад. Најмалиот проектил од овој вид е мал како вирус.

Слично на бактериите, ваквите нано-подморници треба да се ориентираат кон сигнали од нивната околина: гравитација, на пример, или зголемување на осветленоста. Болестите испраќаат и хемиски пораки; рН вредноста се зголемува во близина на тумори, на пример. Се создава електрично поле на свежо скршени коски, кое привлекува електрично наелектризирани наночестички, како што беше прикажано во епруветата.

Лекарите користат рентген на крвните садови како еден вид мапа на патот на телото

Ваквото основно истражување е далеку далеку од тоа да се користи кај пациенти. Малку поблиску до практиката е можеби уште еден пристап на кој работи Кристоф Алексиу од Ерланген. Во лабораторијата за хемија на неговиот оддел, член на тимот покажува колку лесно можат да се насочуваат наночестичките. Во раката држи епрувета која содржи два слоја течност: црвена од 'рѓа на дното и транспарентна одозгора. Истражувачот држи магнет до долниот дел и го води по стаклениот wallид. Црвената течност се привлекува по theидот. Тие се магнетни наночестички кои го следат магнетното поле.

Таквите честички веќе се користат како контрастни средства во потрагата по метастази. Тимот на Алексиу, сепак, сака да го користи како возило за лекови против рак. Покрај каучот на пациентот во соседната лабораторија, на кој се извршени експерименти само врз зајаци и донации на тела, има прилагодлив електромагнет: погон и управувач за нано-подморници „Алексиус“. „Ние инјектираме честички близу до туморот“, објаснува лекарот. Тогаш истражувачите ја користат силата на електромагнетот за да ги повлечат во садовите на туморот. Ова е затоа што овие имаат нешто поголеми пори во нивните wallsидови отколку нормалните вени. Честичките се лизгаат низ нив во растечкото ткиво и го фрлаат нивниот смртоносен товар.

Неколку нови хируршки машини ќе се користат кај луѓето. Може да работите во ограничен простор и со повеќе краци истовремено. Но, тие носат придобивки и за пациентите?

Од Борис Ханлер

Благодарение на управувачот, повеќе од 60 проценти од администрираната активна состојка завршува во туморот, како што покажаа тестовите на зајаци. Ракот исчезна кај скоро третина од животните по осум недели. Дозата на лекот против рак беше 20 пати помала отколку со нормална терапија.

За да се подобри водењето на рутата, истражувачите прават рентгенска слика на крвните садови, што ја користат како мапа на патот. „Ние користиме катетер за да ги донесеме честичките на идеално место за да ги носиме со магнет“, објаснува Алексиу. На овој начин, тие сакаат да избегнат честичките да погрешат и да го пропуштат туморот. Покрај тоа, нова роботска рака треба да го води магнетот со поголема прецизност. „На овој начин се надеваме дека ќе можеме да ги концентрираме честичките уште посилно во туморот“, вели Алексиу. Отворено прашање е како наночестичките можат да бидат насочени во тумори длабоко во телото. Бидејќи магнетното поле слабее со растојанието од магнетот. Со менување на обликот на магнетот, истражувачите сакаат повеќе да го концентрираат полето за да продира подлабоко. За три години, научниците се надеваат дека ќе ги извршат првите клинички тестови врз пациенти.

Значи, „фантастичното патување“ низ човечкото тело може да се случи наскоро. Истражувачите не веруваат дека загриженоста за токсичноста на наночестичките го спречува ова. „Наночестичките од железен оксид добро се толерираат“, вели Алексиу. Телото ја користи супстанцијата. Волкер Мејлдер исто така уверува: „Ние ги произведуваме честичките од супстанции што телото може да ги излачува“.

На крајот на краиштата, терапијата не треба да заврши како што заврши во холивудскиот филм споменат на почетокот. Притоа, хирурзите на подморницата случајно оставија член на екипажот и смалената подморница во телото на пациентот.