Quý khách thân mến! Mọi tài liệu trên trang web này đều được dịch từ các ngôn ngữ khác nhau. Chúng tôi xin cáo lỗi nếu chất lượng các bản dịch này không như ý, đồng thời cũng hy vọng rằng Quý khách sẽ thu được lợi ích từ trang web của chúng tôi. Trân trọng, Ban quản trị Website. E-mail: admin@vnmedbook.com

Công nghệ nano trong y học: tiềm năng to lớn, nhưng những rủi ro là gì?

Công nghệ nano, thao tác vật chất ở quy mô nguyên tử và phân tử để tạo ra các vật liệu có tính chất đa dạng và mới lạ, là một lĩnh vực nghiên cứu mở rộng nhanh chóng với tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực, từ xây dựng y tế đến điện tử. Trong y học, nó hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc cung cấp thuốc, liệu pháp gen, chẩn đoán và nhiều lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng lâm sàng.

Bài viết này không cố gắng bao quát toàn bộ lĩnh vực, nhưng cung cấp, bằng một số ví dụ, một vài hiểu biết về công nghệ hownan có tiềm năng thay đổi thuốc, cả trong phòng thí nghiệm nghiên cứu và lâm sàng, trong khi chạm vào một số thechallenges và lo ngại rằng nó tăng lên.

Công nghệ nano là gì?

Tiền tố “nano” xuất phát từ tiếng Hy Lạp cổ đại cho “lùn”. Trong khoa học, nó có nghĩa là một phần tỷ (10 đến âm 9) của một cái gì đó, do đó một nanomet (nm) là một phần tỷ của một mét, hoặc 0.000000001 mét. Một nanomet có chiều rộng từ 3 đến 5 nguyên tử, nhỏ hơn 40.000 lần so với độ dày của tóc người. Một loại virus thường có kích thước 100 nm.

Khả năng thao tác các cấu trúc và tính chất ở kích thước nano trong y học giống như có một băng ghế dự bị nhỏ trên phòng thí nghiệm mà bạn có thể xử lý các thành phần tế bào, vi rút hoặc các mảnh DNA, sử dụng một loạt các công cụ, robot và ống nhỏ.

Bàn tay của nhà khoa học cầm mô hình phân tử của quả cầu than chì

Thao tác DNA

Các liệu pháp liên quan đến việc thao tác các gen riêng lẻ, hoặc các con đường phân tử ảnh hưởng đến sự biểu hiện của chúng, được nghiên cứu một cách ngẫu nhiên như một lựa chọn điều trị bệnh. Một trong những mục tiêu cao trong lĩnh vực này là khả năng tailortreatments theo di truyền make-up của bệnh nhân cá nhân.

Điều này tạo ra nhu cầu cho các công cụ giúp các nhà khoa học thử nghiệm và phát triển các phương pháp điều trị như vậy.

Hãy tưởng tượng, ví dụ, có thể kéo dài một phần của DNA như một sợi spaghetti, vì vậy bạn có thể kiểm tra hoặc hoạt động trên nó, hoặc xây dựng nanorobots có thể “đi bộ” và thực hiện sửa chữa bên trong các thành phần tế bào. Công nghệ nano đang đưa khoa học này gần gũi hơn với thực tế.

Ví dụ, các nhà khoa học tại Đại học Quốc gia Úc đã quản lý để gắn các hạt cao su tráng vào đầu của biến đổi DNA, và sau đó sử dụng một “bẫy quang” bao gồm một chùm ánh sáng tập trung để giữ các hạt tại chỗ, chúng đã kéo dài sợi DNA trong để nghiên cứu sự tương tác của các protein liên kết cụ thể.

Nanobots và Nanostars

Trong khi đó, các nhà hóa học tại Đại học New York (NYU) đã tạo ra một con robot cỡ nano từ những đoạn ADN đi trên hai chân dài 10 nm. Trong một bài báo năm 2004 được công bố trên tạp chí Nano Letters, họ mô tả cách “người đi dây nano” của họ, với sự giúp đỡ của các phân tử psoralen gắn vào đầu bàn chân, thực hiện các bước đầu tiên của bé: hai phía trước và hai lưng.

Một trong những nhà nghiên cứu, Ned Seeman, cho biết ông dự tính sẽ có thể tạo ra một dây chuyền sản xuất phân tử quy mô, nơi bạn phân phối một phân tử dọc theo đúng vị trí, và một nanobot thực hiện một chút hóa học trên nó, thay vì -ghi “trên dây chuyền lắp ráp acar. Phòng thí nghiệm của Seeman tại NYU cũng đang tìm cách sử dụng công nghệ nano DNA để tạo ra một máy tính sinh học, và để tìm ra cách thức các phân tử sinh học kết tinh, một khu vực hiện đang đầy thách thức.

Công việc mà Seeman và các đồng nghiệp đang làm là một ví dụ tốt về “sinh học”, nơi mà với công nghệ nano, họ có thể bắt chước các quá trình sinh học trong tự nhiên, chẳng hạn như hành vi của DNA, để thiết kế các phương pháp mới và thậm chí là improvethem.

Các nanobots dựa trên DNA cũng đang được tạo ra để nhắm vào các tế bào ung thư. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Trường Y Harvard trong USreported gần đây trong Khoa học làm thế nào họ đã thực hiện một “origami nanorobot” ra khỏi DNA để vận chuyển một trọng tải phân tử. Nanobot hình thùng có thể mang các phân tử chứa các hướng dẫn làm cho các tế bào hoạt động theo một cách đặc biệt. Trong nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã chứng minh thành công cách mà các phân tử phát tán hoạt hóa tự tử trong các tế bào bạch cầu và ung thư hạch.

Nanobots làm từ các vật liệu khác cũng đang được phát triển. Ví dụ, vàng là các nhà khoa học vật liệu tại NorthwesternUniversity sử dụng để làm cho “nanostars”, đơn giản, chuyên ngành, hạt nano hình ngôi sao có thể cung cấp thuốc trực tiếp đến hạt nhân của các tế bào ung thư. Trong bài báo trên tạp chí ACS Nano, họ mô tả cách thức các vật thể nano chứa ma túy hoạt động giống như những người đi lang thang nhỏ, sau khi bị thu hút bởi một protein quá mức trên bề mặt tế bào ung thư cổ tử cung và buồng trứng. .

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nanobot của chúng là hình dạng của một ngôi sao đã giúp vượt qua một trong những thách thức của việc sử dụng các hạt nano để phân phối thuốc: cách giải phóng thuốc một cách chính xác. Họ nói rằng hình dạng giúp tập trung các xung ánh sáng được sử dụng để giải phóng chính xác các vệt ở các điểm của ngôi sao.

Nanofactories mà làm thuốc trong tình huống

Các nhà khoa học đang khám phá ra rằng các loại thuốc dựa trên protein rất hữu ích bởi vì chúng có thể được lập trình để cung cấp các tín hiệu đặc biệt cho tế bào. Nhưng vấn đề với việc phân phối thông thường các loại thuốc như vậy là cơ thể phá vỡ hầu hết trong số chúng xuống trước khi chúng đạt đến đích.

Nhưng nếu có thể sản xuất các loại thuốc đó tại chỗ, ngay tại vị trí mục tiêu thì sao? Vâng, trong một số gần đây của NanoLetters, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Mỹ cho thấy làm thế nào nó có thể có thể làm điều đó. Intheir bằng chứng về nghiên cứu nguyên tắc, họ chứng minh tính khả thi của tự lắp ráp “nanofactories” mà làm cho các hợp chất protein, theo yêu cầu, tại các trang web mục tiêu. Cho đến nay họ đã thử nghiệm ý tưởng trên chuột, bằng cách tạo ra các hạt nano được lập trình để sản xuất protein huỳnh quang eithergreen (GFP) hoặc luciferase tiếp xúc với ánh sáng tia cực tím.

Nhóm nghiên cứu MIT đã đưa ra ý tưởng trong khi cố gắng tìm cách để tấn công các khối u di căn, những người phát triển từ tế bào ung thư đã di cư từ vị trí ban đầu sang các bộ phận khác của cơ thể. Hơn 90% số ca tử vong do ung thư là do ung thư di căn. Hiện tại, họ đang nghiên cứu các hạt nano có thể tổng hợp các loại thuốc ung thư tiềm năng, và cũng có những cách khác để chuyển chúng.

Nhà nghiên cứu làm việc với dụng cụ quang học trong phòng thí nghiệm công nghệ nano.

Nanofibers

Các sợi nano là các sợi có đường kính nhỏ hơn 1.000 nm. Ứng dụng y tế bao gồm các vật liệu đặc biệt cho băng vết thương và vải phẫu thuật, vật liệu được sử dụng trong cấy ghép, mô kỹ thuật và các thành phần cơ quan nhân tạo.

Nanofibers làm bằng carbon cũng giữ lời hứa cho hình ảnh y tế và các công cụ đo lường khoa học chính xác. Nhưng có rất nhiều thách thức để khắc phục, một trong những chính là làm thế nào để làm cho chúng luôn phù hợp với kích thước chính xác. Về mặt lịch sử, điều này đã mang tính thời gian và tốn kém.

Nhưng năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Bắc Carolina đã tiết lộ cách họ đã phát triển một phương pháp mới để chế tạo các sợi nano nanô có kích thước cụ thể. Viết trong ACS Vật liệu & Giao diện được sử dụng vào tháng 3 năm 2011, họ mô tả cách thức phát triển các sợi nano carbon đồng đều, bằng cách sử dụng các hạt nano niken được phủ một vỏ làm bằng các phối tử, các phân tử hữu cơ nhỏ với các bộ phận chức năng liên kết trực tiếp với kim loại.

Các hạt nano niken đặc biệt thú vị vì ở nhiệt độ cao, chúng giúp phát triển các sợi nano cacbon. Các nhà nghiên cứu tìm thấy có lợi ích khác khi sử dụng các hạt nano này, chúng có thể xác định nơi mà các sợi nano phát triển và bằng cách hiệu chỉnh các hạt nano chúng có thể phát triển các sợi nano trong một mẫu cụ thể mong muốn: một tính năng quan trọng cho vật liệu hữu dụng.

Chì là một chất khác đang tìm kiếm sử dụng như một sợi nano, rất nhiều để nhà khoa học thần kinh Matthew MacEwan, người đang theo học tại Trường Y khoa Đại học Washington ở St. Louis, bắt đầu công ty nanomedicine của mình nhằm giải phóng lưới phẫu thuật được sử dụng trong các rạp chiếu phim trên toàn thế giới.

Sản phẩm chì là một polyme tổng hợp bao gồm các sợi nano riêng lẻ, và được phát triển để sửa chữa các tổn thương não và cột sống, nhưng MacEwan nghĩ rằng nó cũng có thể được sử dụng để sửa chữa thoát vị, rò và các chấn thương khác.

Hiện nay, các mắt lưới phẫu thuật được sử dụng để sửa chữa màng bảo vệ bao gồm não và tủy sống được làm từ vật liệu dày và cứng, rất khó để làm việc. Lưới nanofiber dẫn đầu mỏng hơn, linh hoạt hơn và có khả năng tích hợp với các mô của cơ thể, MacEwan nói. Mỗi sợi dây nano có kích thước nhỏ hơn hàng nghìn lần so với đường kính của tế bào asingle. Ý tưởng là sử dụng vật liệu nano không chỉ để phẫu thuật dễ dàng hơn mà còn có những biến chứng ít hơn cho bệnh nhân, bởi vì nó phân hủy tự nhiên theo thời gian.

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa thuộc Đại học New York (NYU-Poly) gần đây đã chứng minh một cách mới để tách ra khỏi các protein. Viết gần đây trong tạp chí Advanced Functional Materials, các nhà nghiên cứu cho biết họ cam kết tìm kiếm của họ gần như tình cờ: họ nghiên cứu một số protein hình trụ có nguồn gốc từ sụn, khi họ chú ý rằng ở nồng độ cao, một số protein tự nhiên đến với nhau và tự lắp ráp intonanofibers.

Họ thực hiện các thí nghiệm khác, như thêm các axit amin nhận dạng kim loại và các kim loại khác nhau, và thấy rằng chúng có thể kiểm soát sự hình thành sợi, thay đổi hình dạng và cách nó liên kết với các phân tử nhỏ. Ví dụ, việc thêm niken đã biến đổi các sợi thành các tấm thảm kết dính, có thể được sử dụng để kích hoạt sự giải phóng của một phân tử thuốc gắn liền.

Các nhà nghiên cứu hy vọng phương pháp mới này sẽ cải thiện đáng kể việc cung cấp thuốc để điều trị ung thư, rối loạn tim và bệnh Alzheimerdisease. Họ cũng có thể thấy các ứng dụng trong tái tạo mô, xương và sụn của con người, và thậm chí là một cách để phát triển các bộ vi xử lý mạnh mẽ hơn để sử dụng trong máy tính và điện tử tiêu dùng.

Phân tử
Một minh họa sơ đồ cho thấy các hạt nano hoặc các loại thuốc ung thư khác có thể được sử dụng như thế nào để điều trị ung thư. Hình minh họa này đã được thực hiện cho Sách hướng dẫn mở rộng về khoa học nano và công nghệ nano

Điều gì trong tương lai và mối quan tâm xung quanh vật liệu nano?

Những năm gần đây đã chứng kiến ​​sự bùng nổ về số lượng các nghiên cứu cho thấy sự đa dạng của các ứng dụng y học về công nghệ nano và vật liệu nano. Trong bài viết này, chúng tôi đã thoáng nhìn thấy một mặt cắt ngang nhỏ của cánh đồng rộng lớn này. Tuy nhiên, trên phạm vi, tồn tại những thách thức đáng kể, lớn nhất trong số đó dường như là làm thế nào để mở rộng quy mô sản xuất vật liệu và công cụ, và làm thế nào để giảm chi phí và thời gian.

Nhưng một thách thức khác là làm thế nào để nhanh chóng bảo đảm sự tự tin của công chúng rằng công nghệ mở rộng nhanh chóng này là an toàn. Và cho đến nay, vẫn chưa rõ liệu điều đó có đang được thực hiện hay không.

Có những người đề xuất những lo ngại về công nghệ nano có thể được phóng đại quá mức. Họ chỉ ra thực tế rằng chỉ vì vật chất là nanosized, nó không có nghĩa là nguy hiểm, thực sự hạt nano đã được xung quanh kể từ khi trái đất được sinh ra, xảy ra tự nhiên trong tro núi lửa và biển phun, ví dụ. Là sản phẩm phụ của hoạt động của con người, họ đã có mặt trong thời kỳ đồ đá, trong khói và bồ hóng.

Trong số các nỗ lực nghiên cứu tính an toàn của vật liệu nano, Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ cho biết có rất nhiều hạt nhân tự nhiên có mặt trong môi trường mà chúng “thường ở mức độ cao hơn mức độ lớn hơn so với các thiết kế được đánh giá”. Trong nhiều khía cạnh, họ chỉ ra rằng, “hầu hết các hạt nano được thiết kế ít độc hại hơn so với các sản phẩm gia dụng, thuốc trừ sâu được sử dụng trên vật nuôi gia đình, và các biện pháp gàu không kê đơn” và ví dụ như trong việc sử dụng các chất hóa trị trong điều trị ung thư , chúng độc hại hơn nhiều so với các loại thuốc mà chúng mang theo.

Có lẽ nhiều hơn trong lĩnh vực thực phẩm mà chúng ta đã thấy một số sự mở rộng lớn nhất của vật liệu nano ở cấp độ thương mại. Mặc dù số lượng thực phẩm có chứa vật liệu nano vẫn còn nhỏ, nó xuất hiện để thay đổi trong vài năm tới khi công nghệ phát triển. Vật liệu nano đã được sử dụng để giảm mức chất béo và đường mà không làm thay đổi hương vị, hoặc cải thiện đóng gói để giữ cho thực phẩm tươi lâu hơn, hoặc để nói với người tiêu dùng nếu thực phẩm bị hư hỏng. Chúng cũng đang được sử dụng để tăng cường độ dinh dưỡng của các chất dinh dưỡng (ví dụ như trong thực phẩm bổ sung).

Tuy nhiên, cũng có những bên liên quan, những người nhấn mạnh rằng trong khi tốc độ nghiên cứu nhanh hơn và thị trường cho nanomaterialsexpands, nó xuất hiện không đủ đang được thực hiện để khám phá hậu quả độc hại của họ.

Đây là quan điểm của một ủy ban khoa học và công nghệ của Hạ viện Quốc hội Anh, người trong một báo cáo gần đây về công nghệ nano và thực phẩm, nêu lên một số lo ngại về vật liệu nano và sức khỏe con người, đặc biệt là nguy cơ gây ra bởi vật liệu nano.

Ví dụ, một khu vực liên quan đến ủy ban là kích thước và tính di động đặc biệt của các hạt nano: chúng đủ nhỏ, nếu nuốt phải, thâm nhập vào màng tế bào của ruột, với khả năng tiếp cận não và các bộ phận khác của cơ thể , và ngay cả bên trong nhân tế bào.

Khác là độ hòa tan và bền bỉ của vật liệu nano. Điều gì xảy ra, ví dụ, với các hạt nano không hòa tan? Nếu họ không thể bị phá vỡ và tiêu hóa hoặc xuống cấp, có nguy hiểm nào họ sẽ tích lũy và phá hủy các cơ quan không? Vật liệu nano bao gồm oxit kim loại vô cơ và kim loại được cho là nguyên nhân có khả năng gây nguy cơ cao nhất trong khu vực này.

Ngoài ra, vì tỷ lệ diện tích bề mặt cao đến khối lượng lớn, các hạt nano có tính phản ứng cao và có thể kích hoạt các phản ứng hóa học chưa được biết đến hoặc liên kết với các độc tố, cho phép chúng xâm nhập vào các tế bào mà chúng không có accessto.

Ví dụ, với diện tích bề mặt lớn, phản ứng và điện tích, vật liệu nano tạo điều kiện cho những gì được mô tả là “tập hợp hạt” do lực lượng vật lý và “sự kết tụ hạt” do lực hóa học, sao cho các hạt nhân cùng nhau tạo thành những hạt lớn hơn. Điều này có thể không chỉ dẫn đến các hạt lớn hơn đáng kể, ví dụ trong ruột trong tế bào, mà còn có thể dẫn đến sự phân tán các khối hạt nano, có thể thay đổi triệt để các phản ứng hóa học và phản ứng hóa học của chúng.

“Các hiện tượng đảo ngược này có thể gây khó khăn trong việc hiểu được hành vi và độc chất của vật liệu nano”, ủy ban có kết luận chung là cả Chính phủ và Hội đồng Nghiên cứu đều không có đủ quyền ưu tiên nghiên cứu sự an toàn của công nghệ nano, đặc biệt là “xem xét thời gian trong đó các sản phẩm có chứa vật liệu nano có thể được phát triển “.

Họ đề nghị nghiên cứu nhiều hơn nữa là cần thiết để “đảm bảo rằng các cơ quan quản lý có thể đánh giá hiệu quả sự an toàn của sản phẩm trước khi chúng được cho phép trên thị trường”.

Nó sẽ xuất hiện, do đó, cho dù thực tế hay nhận thức, nguy cơ tiềm ẩn mà công nghệ nano đặt ra cho sức khỏe con người phải được điều tra, và được nhìn thấy được điều tra. Hầu hết các vật liệu nano, như NCI gợi ý, có thể sẽ chứng minh là vô hại.

Nhưng khi một công nghệ tiến bộ nhanh chóng, kiến ​​thức và thông tin liên lạc về sự an toàn của nó cần phải theo kịp để cho nó có lợi, đặc biệt nếu nó cũng là để bảo đảm sự tự tin của công chúng. Chúng ta chỉ phải nhìn vào những gì đã xảy ra, và ở một mức độ nào đó vẫn còn đang diễn ra, với thực phẩm biến đổi gen để xem làm thế nào mà có thể đi sai.

Viết bởi Tiến sĩ Catharine Paddock

Like this post? Please share to your friends: