Nanosensorer: fremtiden for diagnostisk medisin?


Nanosensorer: fremtiden for diagnostisk medisin?

Et viktig mål for diagnostisk medisin er å kunne diagnostisere medisinske problemer så raskt som mulig, slik at klinikere kan behandle pasienter før eventuelle irreversible eller langvarige skader kan oppstå.

Nanosensorer er laget av karbonnanorør, hver 100.000 ganger mindre enn en hårstreng.

Hastighet på diagnoseprosessen er et stort fokus på forskning. Nylige studier rapportert av Medical-Diag.com Inkludere en studie som fant en ny blodprøve kunne forutsi en kvinnes risiko for brystkreft-gjentakelse nesten 8 måneder før synlige tegn viste seg.

En annen studie publisert i august 2015 identifiserte en naturlig forbindelse funnet i pusten som en biomarkør av levercirrhose i leveren. Denne biomarkøren kan en dag danne grunnlag for en pustetest for å diagnostisere denne sykdommen.

Et problem som oppstår ved diagnostisering av medisinske tilstander er at symptomene på visse forhold først oppstår etter en viss tid. Når disse symptomene kommer til overflaten, vil den underliggende tilstanden gått til et stadium hvor behandlingen er mye mer komplisert enn det ville ha vært hvis problemet ble oppdaget tidligere.

Det mest åpenbare eksempelet på dette problemet vil være kreft som kreft i bukspyttkjertelen som ofte ikke forårsaker noen tegn eller symptomer i de tidlige stadiene, bare forårsaker symptomer når kreften har spredt seg til andre deler av kroppen.

Men dette problemet er vanlig. Et annet eksempel ville være når et implantat - for eksempel et hoft implantat - blir smittet eller betennelse forårsaker uønsket arrvæv til å danne. Da det blir tydelig at et hoft implantat er blitt smittet, er den eneste løsningen å fjerne implantatet og sette inn en ny.

Denne uka, Medical-Diag.com Snakket med Thomas Webster, professor og leder ved Institutt for kjemisk ingeniørfag ved Northeastern University i Boston, MA, om lagets nåværende arbeid for å håndtere dette problemet.

"Det vi raskt forstod i vårt sykehus i dag er at mye av det vi gjør er veldig reaksjonært," sa han.

I dette punktet ser vi på hvordan Prof. Webster og hans kolleger ser ut til å bevege seg bort fra en reaksjonær modell av helsevesenet med utviklingen av nanosensorer - En ny form for teknologi som vil kunne overvåke oppbyggingen av bakterier på implantater og advare klinikere når behandling er nødvendig før problemet eskalerer.

Nanoteknologi: liten størrelse, stort potensial

Å si at nanoteknologi er liten ville være en underdrivelse - et enkelt nanometer er en milliarddel av en meter. Et papirark er rundt 100 000 nanometer tykk. En enkeltvegget karbonnanorør med en diameter på 1 nanometer er 100.000 ganger mindre enn en hårstreng. Til sammenligning er en hårstreng 100.000 ganger mindre enn et hus 10 meter bredt.

Det kan være vanskelig å visualisere hvor liten dette er, men fordelene som følger med å bruke nanoteknologi til medisin, er mye lettere å se. Forskere har allerede klart å bruke nanoteknologi for å forbedre biologisk bildebehandling slik at klinikere kan oppdage akkumuleringer av småpartikler eller molekylære signaler assosiert med helseproblemer.

Prof. Webster fortalt Medical-Diag.com Om tidligere prosjekter der han og hans kollegaer har undersøkt mulighetene for å bruke nanopartikler for å behandle bakterielle og virusinfeksjoner.

Noen kroniske bakterielle infeksjoner skyldes bakterier som vokser i biofilmer - hva T. Bjarnsholt ved Københavns Universitet i Danmark beskriver som "slime-enclosed aggregates." Biofilmer er årsaken til tilstander som lungebetennelse i tilfeller av cystisk fibrose og implantatassosierte infeksjoner.

"Narkotika og antibiotika vil ikke trenge inn i disse biofilmene," forklarer Prof. Webster, "så det eneste du må gjøre er å bare operere og fjerne den biofilmen nesten for hånd ved å skrape den ut av vevet."

Nanopartikler kunne imidlertid endre denne tilstanden, slik Prof. Webster informerte Medical-Diag.com :

Så vi har kunnet utvikle disse nanopartikler som faktisk kan trenge inn i disse biofilmene, og deretter drepe biofilmen, regenerere sunt vev i prosessen, slik at du ikke trenger den typen operasjon."

Andre steder har prof. Webster og hans kolleger jobbet med å utvikle nanopartikler designet for å ødelegge bestemte virus. Gull nanopartikler er laget for å feste til virus som Ebola eller influensa; Ved å varme partiklene med bestemte infrarøde bølgelengder, kan nanopartiklene da ødelegge strukturen av viruset.

Prof. Webster oppsummerte hva han ser som fordelene med nanoteknologi for Medical-Diag.com :

"Vi tror det er et sterkt løfte om nanoteknologi som brukes i medisin, selvfølgelig fordi den lille størrelsen gjør at du kan trenge inn i celler, komme inn i celler og manipulere deres funksjon på måter du ikke kan gjøre med konvensjonelt materiale."

Det er store skritt som kan tas i medisin ved hjelp av nanoteknologi. For tiden er imidlertid fokuset på Prof. Webster og hans team å se på hvordan denne teknologien kan brukes til å forbedre konvensjonelle former for behandling, og dette er hvor nanosensorer Kom inn for å spille.

En lege inne i kroppen

"Ideelt sett ønsker vi å skape sensorer som oppfører seg som naturlige celler i kroppen," forklarer prof. Webster Medical-Diag.com . "Mange av oss vil si at menneskekroppen er den ultimate sensoren. Vi kan føle ting mye bedre enn noe vi har gjort syntetisk så langt."

Konstruerer en sensor ved hjelp av nanoteknologi for å etterligne menneskelige immunceller som sirkulerer rundt kroppen, noe som indikerer når noe er galt og reagerer positivt på eventuelle problemer som overflaten kan være mulig en dag i fremtiden, men for nå er det fortsatt et stort skritt å ta.

Hittil har teamet prøvd sine nanosensorer ved å dyrke dem på titanium hip implantater og katetre.

I stedet har prof. Webster og hans team valgt å transformere konvensjonelle medisinske enheter som er implantert inn i kroppen ved å gi dem sensorer - nanosensorer - som kan bestemme et problem og svare på det hvis og når det oppstår.

"Det vi har gjort som et første skritt er tatt titanium hip implantater - som et sykehus ville kjøpe - og deretter vokst materiale ut av overflaten av det hoft implantatet som faktisk kan elektrisk fornemme hvilken type celle som festes til overflaten," Han rapporterte.

Sensorene, konstruert fra karbonnanorør, er i stand til å avgjøre hvorvidt celler som fester seg til implantatet, er beinceller (som man håper), bakterier eller inflammatoriske celler. De sistnevnte to celletyper kan indikere infeksjon eller arrvevdannelse som kan forårsake problemer for pasienten.

Innebygd i sensoren er en radiofrekvens som sender signaler til en ekstern datamaskin, hvorfra en kliniker kan få tilgang til all informasjonen som overføres av sensoren. Fra denne informasjonen kan en kliniker for eksempel se om implantatet er fritt for bakterier, har en liten mengde bakterier som kroppen skal håndtere, eller et stort antall bakterier som krever antibiotikabehandling før en fullverdig infeksjon kan ta tak.

"Det var klart at det siste scenariet ville være et mye bedre scenario enn det som skjer i dag," sa prof. Webster. "Vesentlig i dag vet vi ikke når det har vært for mye infeksjon eller for mye arrvev inntil det er for sent, og vi må Trekk implantatet ut igjen."

I tillegg til hofteimplantater har teamet testet sine nanosensorer på katetre ved hjelp av samme tilnærming. Personer som får innbyggende katetre er utsatt for infeksjon, noe som betyr at nanosensorer som overvåker bakterierivåer, kan få betydelig innvirkning på deres omsorg.

En felles bekymring som folk har med nanoteknologi inne i menneskekroppen, er om materialene som brukes er giftige. Prof. Webster og hans team har brukt mye tid på å sikre at materialene de brukte - karbonnanorør og noen ekstra polymerer - er ikke-toksiske.

Dessuten har de observert i noen tidlige forsøk med dyremodeller at materialene som brukes har til og med klart å forbedre beinvekst når de brukes med hoftimplantater. Så selv om sensoren ikke identifiserer noen problemer, er den fortsatt i stand til å fremme beinvekst mer enn et vanlig titanimplantat.

"Det er det første skrittet mot et bedre implantat," sa Prof. Webster, "men til slutt er målet vårt å virkelig designe disse sensorene som fungerer som menneskekroppen gjør."


På neste side Vi ser på hvordan nanosensorer kan generere energi og data og hvordan nanosensorene kan brukes til å behandle problemer før de kan forårsake skade på kroppen.

  • 1
  • 2
  • NESTE SIDE ▶

Austad Diagnostikk Helsesjekk (Video Medisinsk Og Faglig 2021).

§ Problemer På Medisin: Medisinsk praksis