ננו-רפואה

ננו-רפואה הוא תחום העוסק ביישום רפואי של ננוטכנולוגיה. פיתוחים של ננו-רפואה משמשים כיום בטיפול במחלת הסרטן, מחלות כליות, רפואת שיניים, טרשת עורקים, קרישי דם ועוד. ננו-רפואה משמשת לאבחון מחלות, טיפול ומניעה תוך שימוש בהתקנים המבוססים על חלקיקים זעירים בקנה מידה ננומטרי, המורכבים מחומרים סינתטיים וביולוגיים. המטרה היא כי בעתיד, התקנים אלו יהיו מסוגלים לזהות ולחדור ספציפית לתוך רקמות ותאים פגועים, לצלם אותם, לשחרר לתוכם תרופות או להשמיד אותם בעת הצורך. בדצמבר 1959 נתן חתן פרס נובל לפיזיקה, ריצ'רד פיינמן, הרצאה בשם "יש שפע מקום בתחתית" בפני החברה האמריקאית לפיזיקה. בהרצאה זו ציין מספר יישומים אפשריים ליכולת לשלוט על אטומים בודדים. בין היתר, הוצעה בניית ננו-מכונות שיוכלו לסדר אטומים כרצונן. פיינמן דיבר גם על הרעיון של "לבלוע את הדוקטור", בהתייחסו לננו-תרופות. ייתכן ואתגרים העומדים בפני הרפואה המודרנית יוכלו להיפתר בעזרת פיתוח הננו-רפואה. לדוגמה, פיתוח אמצעים חכמים לשיגור תרופות אשר יאפשרו התבייתות ספציפית על תא המטרה; מתן תרופות במינון מדויק יותר. באמצעים אלו ניתן יהיה למנוע תופעות לוואי הנגרמות כתוצאה משימוש בתרופות הקיימות כיום. בנוסף, ניתן יהיה לפתח שיטות אבחון רגישות שיוכלו לשמש לגילוי מוקדם של מצבים פתולוגיים וכן לשפר פרוגנוזה של חולים. תחום נוסף הוא פיתוח כלים לטיפול ברמה התאית, כגון תיקון גנים פגומים וכן קידום רפואה מותאמת אישית. כיום מתקיים מחקר שמטרתו יצירת התקני-ננו שיוכלו לזהות גידול סרטני בשלביו המוקדמים, לפני שהוא מתפתח ומהווה סכנה ממשית, לסמן את מיקום הגידול ולשגר לאזור תרופות אנטי-סרטניות ממוקדות שיהיו מיועדות רק לתאים הסרטניים. בזכות גודלם המזערי של התקנים אלו, הם יוכלו לצאת ולהיכנס בקלות לרוב התאים ולכלי הדם, אך עדיין יוכלו להכיל אלפי מולקולות שישוגרו לאזור המטרה. תחומים נוספים בהם הננו-רפואה תוכל לתרום בהקשר של סרטן: אבחון והדמיה – שיפור היכולת להסתכל על הסרטן ברמה של תא בודד על ידי אמצעי דימות מזעריים. גילוי מוקדם – פיתוח כלים ננומטריים לאיסוף מידע אודות סמנים ביולוגיים רבים הקשורים לסרטן, כגון חלבונים שרמת ביטוים עלולה להוות חשד להתפתחות גידול סרטני. שיגור תרופות בעשורים האחרונים, מחלות כרוניות הנגרמות כתוצאה מחיידקים, הופכות לתופעה גלובלית. הטיפול במחלת ה-chronic salmonellosis הנגרמת על ידי חיידק הסלמונלה מסובך וכולל מתן תרופות במינון גבוה לתקופה ממושכת. הטיפול קשה מכיוון שבעת מחלה כרונית, החיידק חומק ממערכת החיסון, בין השאר על ידי יצירת סביבת מחיה תוך תאית מיוחדת. ייתכן וננו-רפואה תוכל לסייע בריפוי מחלות אלה על ידי שחרור הדרגתי של תרופה בגוף, הגברת מסיסות התרופה והגברת יעילותה. ההפצה היעילה תתאפשר בזכות ננו-נשא של תרופה שיביא אותה לאיבר המטרה (כמו כבד או טחול), הנשא יכול להיות ליפיד או מולקולה טעונה במטענים חשמליים. דוגמה נוספת היא קרם שפותח כנגד החיידק Staphylococcus aureus העמיד לסוגים רבים של אנטיביוטיקות וגורם למורסות בעור. הקרם עשוי מננו-חלקיקים הנושאים ומשחררים לאזור הנגוע חנקן חמצני, שהורג את החיידק. תכנון ננו-רובוטים לשימושים רפואיים יוכל לאפשר לרופא לבצע "ניתוח" בתאים בודדים בגוף האדם. כמו כן, כלי זה יאפשר יעילות ודיוק גבוהים לצד עלות וסיכון נמוכים ביחס לפרוצדורות פולשניות שקיימות כיום. יש המכנים ננו-רובוטים המיועדים לפעול בתוך גוף האדם ננו-צוללות. ננו-רובוט ייבנה ממספר חלקים: ננו מנוע – מקור כוח בהשראה ביולוגית כדוגמת שוטון של תא זרע או חיידק, שינוע על ידי דלק ביולוגי המצוי בסביבת הננו-רובוט. מחשב - מחשב מובנה יאפשר לרופא לשלוט בננו-רובוט ולכוונו. אחד הכיוונים במחקר כיום מתבסס על אלקטרוניקה מבוססת צינורות-ננו (nanotubes) ומוטות ננו (nanorods). זרועות ביצוע - מחקרים מוכיחים כי ניתן להשתמש ב"פינצטות" עשויות חלבון או חומצות גרעין. חיישנים - שימוש בחיישנים ביולוגים דוגמת נוגדנים. דרך נוספת לתכנון ננו-רובוטים מסתמכת על מניפולציות גנטיות על וירוסים וחיידקים במטרה להפוך אותם לכלי שרת בשימוש הרפואה. דוגמה לכך היא יצירת וירוס בעל אתר קישור ספציפי לחלבונים המצויים בתאים סרטניים, כך שתתאפשר הכוונה מדויקת לגידול אשר מאפשר בהמשך להחדיר לתא חומר ציטוטוקסי. ננו-רפואת שיניים היא תחום העוסק בפיתוח של מוצרים ננומטריים שייועדו לטיפול בבעיות שיניים ויהוו כלי עזר בניתוחים דנטאליים. כיום, קיימים שתלים העשויים מחלקיקים ננומטריים של זרחן וסידן, שמהווים תחליף לעצמות. יתר על כן, מדענים הצליחו לייצר בעזרת גבישים של סידן ואפטיט מבנים מזעריים שיכולים ליצור את שכבת האמייל של השן. בנוסף, ישנם ניסיונות לייצר ננו-רובוטים שיוכלו להתמקם בחלל הפה ובחניכיים, להזריק חומרים מאלחשים או להשמיד תאים של סרטן הלוע. מכיוון שתחום הננו-רפואה הוא תחום חדש ומתפתח, טרם הצטבר מידע מספק לגבי הסכנות הבריאותיות הנעוצות בחלקיקים ננומטריים. הסכנות העיקריות נובעות מחשיפה של תאים ורקמות למתכות ולעצמים זרים המרכיבים את החלקיקים הננומטריים, ומהצטברותם בגוף. מחקרים שנערכו על מכרסמים הראו קשר ישיר בין שימוש בחלקיקים כגון קוורץ, זהב, נחושת, תחמוצת הטיטניום ופצלת השדה ליצירת תגובות דלקתיות בריאות ויצירת רדיקלים חופשיים. מחקרים נוספים הראו כי ישנו קשר הדוק בין גודל החלקיק לבין הרעילות שלו, וכי בעוד חלקיקי זהב בגודל של ננומטרים בודדים גורמים למוות תאי, חלקיקים בגודל של עשרות ננומטרים כמעט ואינם רעילים. לאור זאת, הוקמו ועדות וארגונים בינלאומיים, שמטרתם לבדוק אפקטים ננו-טוקסיקולוגיים אפשריים של מוצרים ננו-רפואיים, וארצות הברית אף גייסה ב-2011 תקציב של 117 מיליון דולר כדי לבדוק את הנזקים שחלקיקים ננומטריים יכולים לגרום ברמה הבריאותית, התעסוקתית והסביבתית. מעבדה על שבב ננו טוקסיקולוגיה שיגור תרופות איבר על שבב ביוננוטכנולוגיה מדיה וקבצים בנושא ננו-רפואה בוויקישיתוף Nanomedicine and Cancer FEMS Microbiol Lett. 2012 Apr 4. doi: 10.1111/j.1574-6968.2012.02566.x. [Epub ahead of print] Nanomedicine for intracellular therapy. Ranjan A, Pothayee N, Seleem MN, Boyle SM, Kasimanickam R, Riffle JS, Sriranganathan N. Source : Radiology and Imaging Sciences, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA. Novel Nanotechnology Heals Abscesses Caused by Resistant Staph Bacteria Current Status of Nanomedicine and Medical Nanorobotics Robert A. Freitas, Jr. Institute for Molecular Manufacturing, Palo Alto, California, USA A critical review of the implication of nanotechnology in modern dental practice Self-assembly of synthetic hydroxyapatite nanorods into an enamel prism-like structure Nanotechnology enviromental, health and safety issues Jiang, X. M., Wang, L. M., Wang, J., & Chen, C. Y. (2012). Gold nanomaterials: preparation, chemical modification, biomedical applications and potential risk assessment. Applied biochemistry and biotechnology, 166(6), 1533-1551.