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Nanoparticelle di nanomedicina in medicina
contenuto
- definizione
- Cosa c'è di speciale in Nano?
- Nanomateriali comuni
- nanomedicina
- Imaging di particelle magnetiche
- Organi artificiali
- Nanotech e fantascienza
- rischi nanomedicina
definizione
È circa 10.000 volte più piccolo della media di un capello umano, un nanometro è un milionesimo di millimetro. Oggi esistono già vari nanoprodotti prodotti artificialmente: nella protezione solare, ad esempio, nanoparticelle di biossido di titanio, nell'abbigliamento di nanoparticelle d'argento e negli imballaggi alimentari.
Immagine: Cybrain - fotolia La Commissione europea ha definito: "materiale Nano è un naturale, deposita nei processi o materiale fabbricato, le particelle in uno stato non legato, contiene come un aggregato o agglomerato, e in cui almeno il 50 per cento delle particelle nella distribuzione dimensionale numerica, una o più dimensioni esterne nell'intervallo 1 Nanometri a 100 nanometri. (...) deroga (...) sono fullereni, fiocchi di grafene e nanotubi di carbonio a parete singola con una o più dimensioni esterne inferiori a 1 nanometro essere considerate nano-materiali. "
Innanzitutto, la nanotecnologia dovrebbe produrre cose più piccole e quindi più precise. Secondo, consente l'accesso agli atomi e alle molecole, creando nuovi materiali e interi sistemi materiali.
Esistono nanoparticelle naturali come particelle di fuliggine, proteine nel sangue o particelle di grasso nel latte. Le nanoparticelle sintetiche producono ricercatori intenzionalmente o come effetto collaterale, ad esempio quando si consumano gasolio.
Cosa c'è di speciale in Nano?
Le nanostrutture sviluppano funzioni speciali a livello di atomi e molecole, sia nella materia animata che in quella inanimata. Gli ultimi decenni sono stati caratterizzati dalla ricerca: la prima cosa era catturare i sistemi nano.
Oggi gli scienziati applicano questa conoscenza nei sistemi viventi: questa è la base della medicina Naon. Come ogni nuova tecnologia che impegna il corpo, anche questo comporta dei rischi: per esempio, dovrebbe usare esattamente dove nel corpo in cui la malattia sedersi nanocapsule droga, e le promesse di enormi progressi nel campo della medicina del cancro. Ma queste nanoparticelle potrebbero penetrare nelle pareti cellulari, raccogliere nel corpo o accendere il tratto respiratorio.
Nanomateriali comuni
Nano Silver: argento uccide i germi, e la scienza utilizza in nanoparticelle, per esempio come uno strato superficiale su maniglie delle porte, in medicazioni o nel tessile - nanosilver aiuta contro l'odore del sudore.
Le particelle di fuliggine possono essere prodotte artificialmente come pigmento nero nelle vernici, ma anche come additivo antistatico nelle materie plastiche.
I nanotubi di carbonio sono costruiti in carbonio, molto stabili e quindi rafforzano la plastica. Oggi ti troverai in bici della classe extra.
Il diossido di titanio affina le superfici per respingere lo sporco. Promuove la decomposizione dei materiali organici dalla luce solare, ad esempio mantenendo pulito il colore delle facciate degli edifici.
Le nanoparticelle di ossido di zinco assorbono le radiazioni UV del sole e si trovano quindi nella crema solare. Inoltre, l'industria lo utilizza in schermi di cristalli liquidi o LED. I rivestimenti di ossido di zinco promuovono anche l'azione delle celle solari.
nanomedicina
L'American Visionary Robert Freitas sembra venire con nanomedicina un periodo d'oro: nanorobot prossimo futuro sono per riparare danni genetici, prevenire globuli attacchi di cuore rossi prodotti artificialmente - nanomacchine poi uccidere i virus, le cellule di riparazione o scaricare il sangue con l'ossigeno per.
La medicina promette molte nanotecnologie. Più di 100 farmaci contengono già nanoparticelle, insieme a metodi e dispositivi diagnostici che utilizzano nanoprocessing. Nel caso dei farmaci, si tratta meno di nuovi principi attivi che di nuova efficacia: le nanocapsule, che rilasciano le sostanze solo nell'ambiente di determinate molecole, dovrebbero trasportare gli ingredienti attivi direttamente sul bersaglio.
Molti medici si aspettano una pietra miliare nella medicina per il trattamento di malattie neurologiche correlate al sangue e al cervello. Perché le nanoparticelle possono attraversare questa "barriera emato-encefalica". Questo apre nuove prospettive, ad esempio, per l'Alzheimer e il Parkinson, forse anche per la sclerosi multipla.
I dispositivi, i pavimenti, le pareti e i mobili dotati di nanotecnologie nelle cliniche potrebbero promuovere la sterilità. I batteri resistenti probabilmente possono combattere meglio questo. Le medicazioni per le ferite contengono già nano-argento, ad esempio in caso di ustioni.
La nanotecnologia dovrebbe anche migliorare la diagnostica: le nanoparticelle sono preparate in modo che aderiscano agli organi o alle cellule. Ad esempio, il tessuto tumorale può essere rilevato con particelle di ossido di ferro nano.
Ciò porta alle probabili nanoterapie del prossimo futuro: nella medicina del cancro, la nanotecnologia sarà presto in grado di rilevare e combattere i tumori. Oggi i medici stanno già sperimentando il trattamento del cancro, in cui le particelle di ossido di ferro nano magnetico riscaldano elettromagneticamente il tumore, distruggendo così le cellule tumorali.
Ad esempio, le nanocapsule potrebbero contenere cellule pancreatiche, rilasciare insulina nel sangue e quindi trattare il diabete.
C'è già un dentifricio, Theramed S.O.S. Sensibile sulla base di nanoparticelle. Usa le nanoparticelle per costruire uno strato di materiale dentale artificiale; quindi i denti dovrebbero sentire meno dolore.
L'idrossiapatite è simile ai minerali dell'osso e gli impianti dentali sono meglio impiantati con la sua metà, il nanomateriale accorcia il processo fino a due settimane, in contrasto con i tradizionali 2-4 mesi.
Il silicio nanoporoso o il biossido di titanio sono caratterizzati da strutture di fori. Questi stimolano la crescita ossea sugli impianti e arrestano l'infiammazione rilasciando sostanze attive come una spugna.
La nanotecnologia sarà anche di particolare importanza in altri impianti, perché le superfici fatte di nanoparticelle possono essere utilizzate per collegare organi biologici e dispositivi artificiali meglio che con metodi convenzionali. Che si tratti di pacemaker o endoprotesi come articolazioni artificiali di ginocchio, anca o spalla: gli strati nani riducono probabilmente la difesa del corpo da corpi estranei.
Già oggi l'idrossiapatite può essere iniettata come pasta per costruire una mascella. Tale nanomateriale è ben tollerato perché assomiglia alle parti minerali dell'osso. Il prossimo passo dovrebbe essere idrossiapatite, che sono combinati con nanotubi di carbonio in una matrice composita e servono come cemento osseo.
Le vittime di incidenti possono presto beneficiare di tessuti sostitutivi sotto forma di compositi nanoparticolari di vetro e collagene che trasportano la pelle artificiale e le ossa artificiali. Inoltre, gli impianti con nanotecnologia dovrebbero essere più stabili di quelli convenzionali.
Già nel 1998 Abraxis BioScience LLC negli Stati Uniti ha condotto studi clinici sulla nanomedicina contro il cancro. L'agente Abaxane fu finalmente approvato. Consiste di paclitaxel e albumina insolubili, questa albumina si lega alla proteina SPARC, che è affetta dal cancro del pancreas - a differenza di altri farmaci.
Nanos è stato sviluppato da Tekmira Pharmaceuticals in Canada per le lipoproteine che si ritiene siano ipercolesterolemiche nel fegato. Tuttavia, un paziente in prova ha mostrato sintomi come un'influenza, quindi l'esperimento è stato interrotto.
La Bioalliance Pharma francese ha usato le nanoparticelle di droga dexorubicina contro il cancro del fegato. Ma tre soggetti sono morti per problemi polmonari.
Nell'UE è approvata una nanoterapia di tumori cerebrali - l'ipertermia. In questo caso, particelle di ossido di ferro vengono iniettate nel cervello ed eccitate lì con onde magnetiche. Riscaldano il tumore e lo uccidono. Magnetic Particle Imaging (MPI) può anche essere utilizzato per filmare il cuore e i vasi sanguigni.
Michael Bamberg della German Cancer Society ha dichiarato: "L'ipertermia diventerà il quarto pilastro della terapia del cancro - oltre a chirurgia, radioterapia e chemioterapia. La sua idea si basa su comprovati successi terapeutici nel cancro al seno, nel cancro della pelle, nei tumori, nella rinorrea intestinale e cervicale.
Sono previsti test rapidi con nanosensori per rilevare il cancro, nanoormonti, nanobot per riparare le cellule e nanoparticelle per guarire le lesioni del midollo spinale paralizzato. Alcuni ricercatori credono che dare di nuovo ai paraplegici una vita normale. Ma è ancora sulla ricerca di base.
Imaging di particelle magnetiche
Una nuova tecnica di imaging, Magnetic Particle Imaging, ha introdotto i ricercatori di Philips Healthcare nel 2005. Presentavano film tridimensionali del cuore, vasi e tumori, e questo era impossibile con qualsiasi altra procedura.
Questa tecnica consentirebbe di rilevare i problemi cardiaci molto più velocemente di prima. Il medico dovrebbe filmare il cuore e il suo ambiente solo dall'esterno e potrebbe immediatamente rilevare danni alla parete del cuore o debolezze del muscolo cardiaco. Per questo, deve solo iniettare il paziente con nanoparticelle magnetiche. Tuttavia, la diagnostica cardiaca convenzionale a volte richiede mesi.
Organi artificiali
La nanotecnologia fa pensare a cosa fosse la fantascienza di recente, cioè creare artificialmente organi e persino organismi. Ricercatori interdisciplinari vogliono combinare la nanotecnologia con le biotecnologie, le scienze dell'informazione e le scienze cognitive per creare intelligenza artificiale e aumentare le capacità umane oltre i confini naturali.
Lunga vita attraverso organi artificiali. Immagine: benschonewille- fotolia Questa non è un'idea fissa, ma già parzialmente realtà. Ecco come oggi la pelle e la cartilagine possono essere prodotte artificialmente. Per gli organi più grandi, la nanoscienza non è riuscita a fornire ossigeno e cellule nutrienti. Non funziona ancora e questo è il motivo per cui le cellule si stanno estinguendo.
Ma il Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, negli Stati Uniti, sta sviluppando un metodo per risolvere proprio questo problema. Un computer progetta il modello di una rete cellulare e lo incide su una superficie di silicio. Questo modello viene quindi trasferito al materiale biologico, due strati sono sovrapposti e sigillati. Le cellule possono aderire a questa struttura. Le cellule stesse vengono coltivate in piastre di Petri. Le cellule epatiche e renali sono rimaste intatte per due settimane.
I ricercatori hanno impiantato ratti con un "nano-fegato" con uno strato di cellule. Un fegato ha bisogno di circa 30-50 di tali strati per funzionare. Il nano-tessuto è sopravvissuto una settimana.
Nanotech e fantascienza
Greg Bear ha fondato "la nanotecnologia nella fantascienza come tema centrale in" Blood Music "nel 1985. Un ricercatore alleva molecole e le porta a una forma di intelligenza. Si è iniettato una di queste culture.
I Nanobot si moltiplicano ora e agiscono indipendentemente nel corpo: la sua acutezza visiva aumenta, non soffre più di raffreddori. I Nanos sono in continua evoluzione e creano un ambiente ideale: dal servo, diventano i dominatori del loro corpo ospitante. Tu riprogrammi e controlli il ricercatore.
Ciò offre vantaggi per l'inventore: la sopravvivenza dei nanos dipende dalla salute del corpo ospite e migliora costantemente le loro capacità.
Ma non cambiano l'ospite nel modo che sarebbe meglio per lui, ma come i nano-organismi stessi hanno condizioni di vita ideali. Ora il progresso scientifico diventa un orrore.
Andreas Eschbach ha inventato nanorobot autosufficienti che uccidono le cellule tumorali in "Noccioline di dimensioni di virus" di "Herr aller Dinge" che riconoscono le cellule cancerose con le loro firme. Per controllarli, sono collegati via radio con il medico, in modo che possano compiere azioni errate; La connessione wireless va direttamente al cervello del medico, che viene attraversato da conduttori nanodiali per condurre le cellule curative. Il loro funzionamento è il seguente: le macchine non si limitano a dissolvere le cellule tumorali; sarebbe troppo pericoloso, perché allora il tuo corpo sarebbe inondato di più rifiuti di quanti ne possa scaricare. Invece, invadono la cellula e innescano l'apoptosi, il meccanismo cellulare dell'autodistruzione controllata. La maggior parte dei resti vengono mangiati dai leucociti. Tutto ciò che è rimasto, i sottomarini si trasportano, depositano nella vescica o nell'intestino. "
La nanotecnologia gioca un ruolo in molti romanzi: come trama centrale, come evento marginale o come sfondo.
Bruce Sterling, un inventore della letteratura Cyperpunk, si è dedicato alla sua visione del futuro della nanotecnologia dalla fine degli anni '90. Si considera un futurista e ha detto che con la svolta di Internet, è successo molto di cui aveva scritto nella narrativa - ecco perché ora stava affrontando una tecnica che era solo nella sua infanzia.
Nel 2002 è uscito Michael Crichton, l'autore di Jurassic Park "Prey". I ricercatori del Nevada stanno sviluppando nanocamere per i militari. Ma si rendono indipendenti e uccidono tutto ciò che incontrano. Si moltiplicano e manipolano i pensieri e le capacità motorie dei loro inventori. Dal Nanos si sviluppa un superorganismo che copia la forma degli umani.
I nanos poi si comportano come gli umani, distruggono il pianeta per ottenere risorse per la loro moltiplicazione. La fantascienza, pensando a ciò che sarebbe tecnicamente possibile e progettando uno scenario fittizio e realistico, non era "Prey", ma una storia stantia su "i fantasmi che chiamavo" dall'uomo faustiano che non ha più i suoi mostri tecnici sotto controllo.
Angelika Fehrenbach ha scritto con "The Lotus Effect", tuttavia, un thriller che rimane vicino alla realtà. Uno scienziato dell'Università di Marburg si rende conto che una nanotecnologia recentemente studiata è rischiosa, poiché i ratti di laboratorio muoiono in fila. Si rende conto che i responsabili stanno zittendo, ricercando e combattendo per le loro vite.
Jeff Carlsson ha pubblicato "Plague Year" nel 2007, in tedesco il lavoro è apparso un anno dopo come "Nano". Le nanoparticelle forniscono lo sfondo per un'epica classica di fine tempo. La trama è tradizionale: le intelligenze artificiali si rendono indipendenti e uccidono i loro inventori.
Queste creature di Frankenstein sono nanorobot qui. Si moltiplicano e uccidono tutti gli animali a sangue caldo. La gente fugge sulle alte montagne, perché lì i Nanos non funzionano. Nel frattempo, i sopravvissuti nell'inverno alpino combattono contro il freddo e la fame. Cercano di spingere verso un gruppo in un altro summit, che ha più cibo e un rifugio migliore.
Carlson tratta a fondo con la nanotecnologia; Tuttavia, questo fornisce solo il quadro per la domanda: come si comportano le persone in situazioni estreme?
Un'idea preferita della fantascienza sono i nanorobot autoagglomerati. Questi attraversano il corpo ed eliminano ogni tossina, ogni tenia, correggono le malformazioni sulle cellule, guariscono le lesioni interne, rigenerano le cellule e quindi fermano l'invecchiamento - ogni giorno per 24 ore.
Se ci fossero tali nanomacchine, potremmo persino vivere in modo malsano, perché eliminerebbero immediatamente ogni danno.
rischi nanomedicina
Gli studi americani del 2002 hanno mostrato alcuni risparmi nel carcinoma nanoparticellare, principalmente perché le nanoparticelle avevano meno effetti collaterali. Gli effetti collaterali indesiderati, tuttavia, sono stati un grosso problema, con 100.000 persone che muoiono negli Stati Uniti in un anno.
I rischi delle nanotecnologie sono poco ricercati ed è sconosciuto quali aziende utilizzino le nanotecnologie. Un problema è probabilmente legato alle nanoparticelle rilasciate nell'ambiente; sono più piccoli della polvere sottile e durano a lungo nell'aria.
Gli esperti chiedono pertanto un registro centrale di segnalazione dei nanomateriali e indagini su ciascuna sostanza.
È improbabile che le nanoparticelle nei sistemi di filtrazione comportino rischi per la salute durante il funzionamento perché sono sigillate ermeticamente in plastica. Problamatisch, ma in futuro, lo smaltimento, minaccia quindi uno sforzo simile a quello dell'amianto.
Tutti i prodotti che rilasciano nanoparticelle nell'ambiente dovrebbero essere evitati. Quindi, le particelle di nanoargento in alcuni calzini si dissolvono già nel primo lavaggio, entrano nelle acque reflue e probabilmente danneggiano i Baktierien negli impianti di trattamento delle acque reflue.
Finora, nessuno sa quanto sia giusto classificare i rischi del nanomateriale: si tratta delle dimensioni o delle proprietà delle sostanze importanti? Riguarda la quantità di sostanze presenti nell'ambiente come con altre soglie o il numero e la struttura delle particelle critiche per il pericolo??
Sebbene la nanotecnologia sia poco conosciuta dalla maggior parte degli europei, ogni terzo in Germania non sa cosa sia. Coloro che dicono qualcosa sulle nanotecnologie sono generalmente positivi al riguardo.
Diventa chiaro che le persone che hanno familiarità con il termine nanotecnologia hanno generalmente acquisito conoscenza da sole e, per questo motivo, raramente svalutano o si scusano acriticamente.
I gruppi di protezione dei consumatori chiedono che le nanoparticelle vengano rimosse dai cosmetici e dal cibo fino a quando non possono essere classificate come innocue. Ad Naturland, ad esempio, le nanoparticelle sono proibite.
I nanomateriali in Germania possono essere considerati sia come ingredienti attivi che come sostanze ausiliarie, a seconda di come vengono utilizzati. La legge tedesca sui medicinali determina l'aspetto dei controlli di sicurezza, ossia le procedure di consultazione e le sperimentazioni cliniche precedenti l'ammissione, le stesse procedure di approvazione e la segnalazione successiva e successiva all'autorizzazione.
I comitati etici devono approvare le sperimentazioni cliniche. L'Istituto federale tedesco per la droga e i dispositivi medici monitora l'approvazione.
Particolarmente controverso è l'attraversamento della barriera emato-encefalica. Sebbene sia possibile migliorare le prestazioni cerebrali dei malati di Alzheimer, può anche essere usato per aumentare le prestazioni nelle persone non terapeuticamente indotte - con effetti collaterali imprevedibili.
L'UE proibisce la ricerca sui metodi per lo sviluppo di materiali per migliorare le persone sane. I comitati etici prestano particolare attenzione alla loro missione militare: le medicine Nanotech sono progettate per aumentare la concentrazione di soldati o consentire loro di lavorare continuamente senza dormire. Infine, ma non meno importante, la nanotecnologia offre innumerevoli opportunità per sviluppare agenti biologici sintetici.
Tuttavia, i comitati etici non ottengono molto, perché i progetti che utilizzano le nanotecnologie in questo senso, si svolgono in isolamento.
Mentre oggi la vera ricerca medica sta spingendo in maniera massiccia la sostituzione funzionale delle parti del corpo danneggiate con la nanomedicina, gli esperti di etica stanno discutendo il problema degli organi e delle protesi che si dice superino l'originale umano.
Questa discussione non è diretta: quali miglioramenti del corpo sono necessari dal punto di vista medico, accettabili o inaccettabili sono definiti in modo molto diverso nelle società.
Il dibattito su ciò che è medicalmente e tecnicamente possibile con la nanomedicina, e ciò che è eticamente giustificabile, si sta svolgendo separatamente in Germania. (Dr. Utz Anhalt)
Supervisione specialista: Barbara Schindewolf-Lensch (medico)
fonti:
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