Delen:
Nanodeeltjes nanodeeltjes in de geneeskunde
inhoud
- definitie
- Wat is er zo speciaal aan Nano?
- Gemeenschappelijke nanomaterialen
- nanomedicine
- Magnetic Particle Imaging
- Kunstmatige organen
- Nanotech en science fiction
- nanogeneeskunde risico's
definitie
Het is ongeveer 10.000 keer kleiner dan het gemiddelde van een mensenhaar, één nanometer is een miljoenste millimeter. Tegenwoordig zijn er al verschillende kunstmatig geproduceerde nanoproducten - in zonnebrandcrème, bijvoorbeeld nanodeeltjes titaniumdioxide, in zilveren kleding nanodeeltjes, en in voedselverpakkingen.
Afbeelding: Cybrain - fotolia De Europese Commissie gedefinieerd: "Nano materiaal een natuurlijk, accumuleren bij werkwijzen of vervaardigde materiaal de deeltjes in ongebonden toestand, bevat een aggregaat of agglomeraat en waarbij ten minste 50 percent van de deeltjes in de gekwantificeerde grootteverdeling een of meer externe dimensies tussen 1 Nanometers tot 100 nanometer. (...) afwijking (...) zijn fullerenen grafeenvlokken en enkelwandige koolstofnanobuizen met één of meer externe dimensies beneden 1 nm als nanomaterialen worden beschouwd. '
Allereerst moet nanotechnologie dingen kleiner en dus preciezer produceren. Ten tweede biedt het toegang tot atomen en moleculen, het creëren van nieuwe materialen en complete materiaalsystemen.
Er zijn natuurlijke nanodeeltjes zoals roetdeeltjes, eiwitten in het bloed of vetdeeltjes in de melk. Synthetische nanodeeltjes produceren onderzoekers opzettelijk of als bijwerking, bijvoorbeeld als dieselbrandt.
Wat is er zo speciaal aan Nano?
Nanostructuren ontwikkelen speciale functies op het niveau van atomen en moleculen, zowel in levende als in levenloze materie. De laatste decennia werden gekenmerkt door onderzoek: het eerste was om nanosystemen te vangen.
Tegenwoordig passen wetenschappers deze kennis toe in levende systemen - dit is de basis van het Naon-medicijn. Zoals bij elke nieuwe technologie die het lichaam aangrijpt, zelfs dit houdt risico's in: moet bijvoorbeeld precies waar te gebruiken in het lichaam waar de ziekte zitten nanocapsules drugs, en de beloften als een enorme vooruitgang in medicijnen tegen kanker. Maar deze konden nanodeeltjes door celmembranen passeren, zich ophopen in het lichaam of wakkeren de luchtwegen.
Gemeenschappelijke nanomaterialen
Nano Silver: Zilver doodt bacteriën, en de wetenschap gebruikt het in nanodeeltjes, bijvoorbeeld als een oppervlaktelaag op de deurgrepen, in wondverband of in textiel - nanozilver helpt tegen transpiratiegeur.
Roetdeeltjes kunnen kunstmatig worden geproduceerd om te dienen als een zwart pigment in verven, maar ook als een antistatisch additief in kunststoffen.
Koolstofnanobuizen zijn gemaakt van koolstof, zeer stabiel en versterken zo kunststoffen. Vandaag sta je in fietsen van de extra klas.
Titaniumdioxide verfijnt oppervlakken om vuil te verdrijven. Het bevordert de afbraak van organische materialen door zonlicht, bijvoorbeeld door de kleur van gevels van gebouwen schoon te houden.
Nanodeeltjes in zinkoxide absorberen de UV-straling van de zon en worden daarom aangetroffen in zonnebrandmiddelen. Bovendien gebruikt de industrie het in schermen van vloeibare kristallen of LED's. Zinkoxidebekledingen bevorderen ook de werking van zonnecellen.
nanomedicine
De American Visionary Robert Freitas lijkt te komen met nanomedicine een gouden tijdperk: nanorobots de nabije toekomst zijn om genetische schade vast te stellen, te voorkomen kunstmatig rode bloedcellen hartaanvallen - nanomachines dood dan virussen, reparatie cellen of downloaden van het bloed met zuurstof.
Geneeskunde belooft veel nanotechnieken. Meer dan 100 geneesmiddelen bevatten al nanodeeltjes, samen met diagnostische methoden en apparaten die nanoprocessing gebruiken. In het geval van drugs gaat het minder om nieuwe actieve ingrediënten dan om nieuwe effectiviteit: Nanocapsules, die de stoffen alleen in de omgeving van bepaalde moleculen afgeven, moeten de actieve ingrediënten direct naar het doel vervoeren.
Veel artsen verwachten een mijlpaal in de geneeskunde voor de behandeling van neurologische aandoeningen die verband houden met bloed en hersenen. Omdat nanodeeltjes deze "bloed-hersenbarrière" kunnen doorbreken. Dit opent nieuwe perspectieven, bijvoorbeeld voor Alzheimer en Parkinson, mogelijk ook voor multiple sclerose.
Apparaten, vloeren, wanden en meubels met nanos kunnen de steriliteit bevorderen. Resistente bacteriën kunnen dit waarschijnlijk beter bestrijden. Wondverband bevat al nanozilver, bijvoorbeeld bij brandwonden.
Nanotechnologie moet ook de diagnostiek verbeteren: de nanodeeltjes zijn zo voorbereid dat ze zich aan organen of cellen hechten. Tumorweefsel kan bijvoorbeeld worden gedetecteerd met nano-ijzeroxidedeeltjes.
Dit leidt tot de waarschijnlijke nanotherapieën van de nabije toekomst: in de geneeskunde voor kanker zal waarschijnlijk binnenkort nanotechnologie tumoren detecteren en bestrijden. Tegenwoordig experimenteren artsen al met kankerbehandeling, waarbij magnetische nano-ijzeroxidedeeltjes de tumor elektromagnetisch verwarmen, waardoor de kankercellen worden vernietigd.
Nanocapsules kunnen bijvoorbeeld pancreascellen bevatten, insuline in het bloed afstaan en dus diabetes behandelen.
Er is al een tandpasta, Theramed S.O.S. Gevoelig op basis van nanodeeltjes. Ze gebruikt nanodeeltjes om een laag kunsttandmateriaal op te bouwen; dus de tanden moeten minder pijn voelen.
Hydroxyapatite is vergelijkbaar met de mineralen van bot en tandimplantaten zijn beter geïmplanteerd met de helft, het nanomateriaal verkort het proces tot maximaal twee weken, in tegenstelling tot conventionele 2-4 maanden.
Nanoporeus silicium of titaniumdioxide wordt gekenmerkt door gatstructuren. Deze stimuleren de botgroei op de implantaten en stoppen de ontsteking door actieve stoffen zoals een spons af te geven.
Nanotechnologie zal zeker ook van bijzonder belang zijn bij andere implantaties, omdat oppervlakken gemaakt van nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om biologische organen en kunstmatige apparaten beter te verbinden dan met conventionele methoden. Of het nu pacemakers of endoprothesen zijn, zoals kunstmatige knie-, heup- of schoudergewrichten: nanolagen verminderen waarschijnlijk de afweer van het lichaam tegen vreemde voorwerpen.
Reeds vandaag kan hydroxyapatiet worden geïnjecteerd als een pasta om een kaak op te bouwen. Dergelijk nanomateriaal wordt goed verdragen omdat het lijkt op de minerale delen in het bot. De volgende stap zou hydroxyapatites moeten zijn, die met koolstofnanobuizen in een samengestelde matrix worden gecombineerd en als beencement dienen.
Slachtoffers van ongevallen kunnen binnenkort baat hebben bij vervangende weefsels in de vorm van composieten van glas-collageen op nanoschaal met kunstmatige huid en kunstmatige botten. Bovendien moeten implantaten met nanotechnologie stabieler zijn dan conventionele implantaten.
Al in 1998 deed Abraxis BioScience LLC in de VS klinische onderzoeken naar nanogeneesmiddelen tegen kanker. De agent Abaxane werd uiteindelijk goedgekeurd. Het bestaat uit onoplosbaar paclitaxel en albumine, dit albumine bindt zich aan het eiwit SPARC, dat wordt beïnvloed door alvleesklierkanker - in tegenstelling tot andere geneesmiddelen.
Nanos is ontwikkeld door Tekmira Pharmaceuticals uit Canada voor lipoproteïnen waarvan wordt gedacht dat ze hypercholesterolemisch zijn in de lever. Een proefpatiënt vertoonde echter symptomen zoals een griep, waarna het experiment werd gestopt.
De Franse Bioalliance Pharma gebruikte de drug dexorubicine nanodeeltjes tegen leverkanker. Maar drie proefpersonen stierven aan longproblemen.
In de EU wordt een nanotherapie van hersentumoren goedgekeurd - de hyperthermie. In dit geval worden ijzeroxidedeeltjes in de hersenen geïnjecteerd en daar opgewekt met magnetische golven. Ze verwarmen de tumor en doden het. Magnetic Particle Imaging (MPI) kan ook worden gebruikt om het hart en de bloedvaten te filmen.
Michael Bamberg van de Duitse kankervereniging zei: "Hyperthermie zal de vierde pijler van kankertherapie worden - naast chirurgie, radiotherapie en chemotherapie. Zijn idee is gebaseerd op bewezen succes bij borstkanker, huidkanker, tumoren, darm- en cervicale rhinorrhea.
Bij de planning snelle tests met nano sensoren kanker Nano hormoon testen detecteren, nanobots cellen en nanodeeltjes reparatie uitharden ruggenmergletsel verlamd. Sommige onderzoekers geloven dat paraplegie weer een normaal leven krijgt. Maar het gaat nog steeds om fundamenteel onderzoek.
Magnetic Particle Imaging
Een nieuwe beeldvormingstechniek, Magnetic Particle Imaging, introduceerde onderzoekers van Philips Healthcare in 2005. Ze presenteerden driedimensionale films van het hart, vaten en tumoren, en dat was onmogelijk met een andere procedure.
Deze techniek zou het mogelijk maken om hartproblemen veel sneller dan voorheen te detecteren. De arts zou het hart en zijn omgeving alleen van buitenaf moeten filmen en kon onmiddellijk schade in de hartwand of hartspierzwakte detecteren. Hiervoor hoeft hij de patiënt alleen met magnetische nanodeeltjes te injecteren. Conventionele hartdiagnostiek duurt echter soms maanden.
Kunstmatige organen
Nanotechnologie doet denken aan sciencefiction, namelijk kunstmatig organen en zelfs organismen maken. Interdisciplinaire onderzoekers willen nanotechnologie combineren met biotech, informatiewetenschap en cognitieve wetenschap om kunstmatige intelligentie te creëren en de menselijke mogelijkheden buiten de natuurlijke grenzen te vergroten.
Lang leven door kunstmatige organen. Afbeelding: benschonewille- fotolia Dit is geen vast idee, maar al gedeeltelijk realiteit. Dit is hoe huid en kraakbeen vandaag kunstmatig kunnen worden geproduceerd. Voor grotere organen heeft nanowetenschap geen zuurstof- en voedingscellen kunnen leveren. Het werkt nog niet en daarom sterven de cellen eruit.
Maar het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, VS, ontwikkelt een methode om alleen dit probleem op te lossen. Een computer ontwerpt het patroon van een celnetwerk en etst het op een siliciumoppervlak. Dit patroon wordt vervolgens overgebracht naar biologisch materiaal, twee lagen worden bedekt en verzegeld. De cellen kunnen zich aan deze structuur hechten. De cellen zelf worden gekweekt in petrischalen. Lever- en niercellen bleven gedurende twee weken intact.
De onderzoekers implanteerden ratten met een "nano-lever" met een laag cellen. Een lever heeft ongeveer 30-50 van dergelijke lagen nodig om te functioneren. Het nanostructuur heeft een week overleefd.
Nanotech en science fiction
Greg Bear heeft 'nanotechnology in science fiction' als centraal thema in 'Blood Music' in 1985 opgericht. Een onderzoeker kweekt moleculen en brengt hen een vorm van intelligentie. Hij injecteerde zichzelf met een van deze culturen.
De nanobots vermenigvuldigen zich nu en handelen onafhankelijk in het lichaam: zijn gezichtsscherpte neemt toe, hij lijdt niet langer aan verkoudheid. De nanos evolueren voortdurend en creëren een ideale omgeving: van de dienaar worden ze de heerser van hun gastlichaam. Je herprogrammeert en controleert de onderzoeker.
Dit biedt voordelen voor de uitvinder: het voortbestaan van nanos hangt af van de gezondheid van het gastlichaam en ze verbeteren constant hun mogelijkheden.
Maar ze veranderen de gastheer niet op de manier die voor hem het beste is, maar hoe de nano-organismen zelf ideale leefomstandigheden hebben. Nu wordt wetenschappelijke vooruitgang een gruwel.
Andreas Eschbach vond zelfvoorzienende nanorobots uit die kankercellen doden in "Herr aller Dinge" "-grote nanocellen van verschillende grootte die kankercellen herkennen aan hun handtekeningen. Om ze te controleren, zijn ze via de radio verbonden met de dokter, zodat ze foute acties kunnen ondernemen; De draadloze verbinding gaat rechtstreeks naar de hersenen van de dokter, die wordt doorkruist door nanodial leads om de helende cellen te geleiden. Hun werking is als volgt: de machines lossen niet alleen de kankercellen op; dat zou te gevaarlijk zijn, want dan zou je lichaam overspoeld worden met meer afval dan het kan afvoeren. In plaats daarvan dringen ze de cel binnen en activeren ze apoptose, het cellulaire mechanisme van gecontroleerde zelfvernietiging. De meeste overblijfselen worden gegeten door je leukocyten. Als er iets overblijft, vervoeren de onderzeeërs zichzelf, zetten ze het in uw blaas of in de darmen. '
Nanotechnologie speelt een rol in veel romans: als centrale plot, als een marginale gebeurtenis of als achtergrond.
Bruce Sterling, een uitvinder van Cyperpunk-literatuur, wijdde zich sinds eind jaren negentig aan zijn visie op de toekomst van nanotechnologie. Hij ziet zichzelf als een futurist en zegt dat er met de doorbraak van internet veel was gebeurd waarover hij in fictie had geschreven - daarom had hij nu te maken met een techniek die nog maar in de kinderschoenen stond.
In 2002 publiceerde Michael Crichton, de auteur van Jurassic Park "Prey". Onderzoekers in Nevada ontwikkelen nanocamera's voor het leger. Maar ze maken zichzelf onafhankelijk en doden alles wat ze tegenkomen. Ze vermenigvuldigen en manipuleren de gedachten en motoriek van hun uitvinders. Van de Nanos ontwikkelt een superorganisme dat de vorm van mensen kopieert.
De nanos gedragen zich dan als mensen, ze vernietigen de planeet om middelen te krijgen voor hun vermenigvuldiging. Science fiction, nadenken over wat technisch mogelijk zou zijn en het ontwerpen van een fictief realistisch scenario, was geen "prooi", maar een oud verhaal over "de geesten die ik noemde" van de Faustiaanse man die zijn technische monsters niet langer onder controle heeft.
Angelika Fehrenbach schreef met "The Lotus Effect" echter een thriller die dicht bij de realiteit blijft. Een wetenschapper van de Universiteit van Marburg beseft dat een nieuw onderzochte nanotechnologie riskant is, omdat de laboratoriumratten in rijen afsterven. Ze realiseert zich dat de verantwoordelijken zwijgen, onderzoek doen en vechten voor hun leven.
Jeff Carlsson publiceerde "Pestjaar" in 2007, in het Duits verscheen het werk een jaar later als "Nano". Nanodeeltjes vormen de achtergrond voor een klassiek eindtijdperk. De plot is traditioneel: kunstmatige intelligenties maken zichzelf onafhankelijk en doden hun uitvinders.
Deze Frankenstein-wezens zijn hier nanorobots. Ze vermenigvuldigen zich en doden alle warmbloedige dieren. Mensen vluchten naar de hoge bergen, omdat daar de Nanos niet werken. De overlevenden in de alpenwinter vechten intussen tegen kou en honger. Ze proberen naar een groep te duwen op een andere top, die meer voedsel en een betere schuilplaats heeft.
Carlson gaat grondig om met nanotechnologie; Dit biedt echter alleen het kader voor de vraag: hoe gedragen mensen zich in extreme situaties?
Een favoriet idee van sciencefiction zijn zelfwerkende nanorobots. Deze gaan door het lichaam en elimineren elk toxine, elke lintworm, ze repareren misvormingen op cellen, genezen interne verwondingen, ze regenereren de cellen en stoppen zo het ouder worden - elke dag 24 uur lang.
Als er dergelijke nanomachines zouden zijn, zouden we zelfs ongezond kunnen leven, omdat ze elke schade onmiddellijk zouden elimineren.
nanogeneeskunde risico's
Amerikaanse studies in 2002 toonden enige besparingen in nanodeeltjescarcinoom, voornamelijk omdat de nanodeeltjes minder bijwerkingen hadden. Ongewenste bijwerkingen waren echter een groot probleem, met 100.000 mensen stierven in de Verenigde Staten in één jaar tijd.
De risico's van nanotechnieken zijn weinig onderzocht en het is onbekend welke bedrijven welke nanostoffen gebruiken. Een probleem houdt waarschijnlijk verband met het vrijkomen van nanodeeltjes in de omgeving; ze zijn kleiner dan fijn stof en gaan lang mee in de lucht.
Deskundigen pleiten daarom voor een centraal register van rapporterende nanomaterialen en onderzoeken van elke stof.
Het is onwaarschijnlijk dat nanodeeltjes in filtersystemen een gevaar voor de gezondheid vormen tijdens het gebruik omdat ze goed zijn afgedicht in kunststoffen. Problamatisch, maar in de toekomst dreigt de verwijdering een vergelijkbare inspanning als in asbest.
Alle producten die nanodeeltjes in het milieu vrijkomen, moeten worden vermeden. De nano-zilverdeeltjes in bepaalde sokken lossen dus al op in de eerste wasbeurt, komen in het riool en kunnen Baktierien waarschijnlijk beschadigen in rioolwaterzuiveringsinstallaties.
Tot nu toe weet niemand hoe goed de risico's van nanomateriaal moeten worden geclassificeerd: gaat het om de grootte of zijn de eigenschappen van de stoffen belangrijk? Gaat het om de hoeveelheid stoffen in de omgeving zoals bij andere drempels, of zijn het aantal en de structuur van de deeltjes kritisch voor het gevaar??
Hoewel nanotechnologie bij de meeste Europeanen nauwelijks bekend is, weet elke derde in Duitsland niet wat het is. Degenen die iets over nanotechnologie zeggen, zijn er over het algemeen positief over.
Het wordt duidelijk dat mensen die bekend zijn met de term nanotechnologie, over het algemeen alleen kennis hebben opgedaan en zich daarom kritiekloos kritiseren of afkeuren..
Consumentenbeschermingsgroepen eisen dat nanodeeltjes uit cosmetica en voedsel worden verwijderd totdat ze als onschadelijk kunnen worden geclassificeerd. Bij Naturland zijn bijvoorbeeld nanodeeltjes verboden.
Nanomaterialen in Duitsland kunnen zowel als actieve ingrediënten als als hulpstoffen worden beschouwd, afhankelijk van hoe ze worden gebruikt. De Duitse geneesmiddelenwet bepaalt hoe de veiligheidscontroles eruit zien, namelijk zowel de consultatieprocedures als de pre-toelating klinische proeven, de goedkeuringsprocedures zelf en de follow-up en post-autorisatierapportage..
Ethische commissies moeten klinische proeven goedkeuren. Het Duitse Federale Instituut voor Geneesmiddelen en Medische Hulpmiddelen bewaakt de goedkeuring.
Bijzonder controversieel is de doorgang van de bloed-hersenbarrière. Hoewel het het mogelijk maakt de hersenprestaties van Alzheimerpatiënten te verbeteren, kan het ook worden gebruikt om de prestaties te verbeteren bij niet-therapeutisch geïnduceerde mensen - met onvoorspelbare bijwerkingen.
De EU verbiedt onderzoek naar methoden om materialen te ontwikkelen om gezonde mensen te verbeteren. De ethische commissies besteden bijzondere aandacht aan hun militaire missie: Nanotech-geneesmiddelen zijn ontworpen om de concentratie van soldaten te verhogen of hen in staat stellen om continu te werken zonder slaap. En last but not least biedt nanotechnologie talloze mogelijkheden om synthetische biologische agentia te ontwikkelen.
Ethiekcommissies behalen echter niet veel, omdat projecten die in deze zin gebruikmaken van nanotechnologie, in afzondering plaatsvinden.
Terwijl echt medisch onderzoek tegenwoordig massaal de functionele vervanging van beschadigde lichaamsdelen door nanomedicine drijft, bespreken ethici het probleem van organen en prothesen waarvan wordt gezegd dat ze het oorspronkelijke menselijke overtreffen..
Deze discussie is niet eenvoudig: welke verbeteringen van het lichaam medisch noodzakelijk, aanvaardbaar of onaanvaardbaar zijn, wordt heel anders gedefinieerd in samenlevingen.
Het debat over wat medisch en technisch mogelijk is met nanogeneeskunde en wat ethisch verantwoord is, vindt momenteel in Duitsland afzonderlijk plaats. (Dr. Utz Anhalt)
Specialistische begeleiding: Barbara Schindewolf-Lensch (arts)
bronnen:
http://www.ingenieur.de/Fachbereiche/Mikro-Nanotechnik
http://www.nano.fraunhofer.de/de/nanotech.html
http://library.fes.de/pdf-files/stabsabteilung/05709.pdf
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/nanotechnik