Նանոտեխնոլոգիաները բժշկության մեջ

Նանոբժշկությունը հիվանդությունների և տրավմատիկ վնասվածքների ախտորոշման, բուժման և կանխարգելման գիտություն է՝ օգտագործելով նանոմաշտաբային  նյութեր, բարդ մեքենաներ,  կենսատեխնոլոգիա,  գենետիկական ճարտարագիտություն , ինչպես նաև նանոռոբոտներ։

Անվան ստուգաբանություն 
«Նանո» նախածանցը ծագում է հին հունարենից ՝ «թզուկ»։ Գիտության մեջ դա նշանակում է ինչ -որ բանի մեկ միլիարդերորդ մասը, ուստի նանոմետրը (նմ)  կազմում է մետրի մեկ միլիարդերորդ մասը, կամ 10-9մետր։ Նանոմետրը ունի մոտ երեքից հինգ ատոմ լայնություն և մոտ 40,000 անգամ ավելի փոքր է, քան մարդկային մազերի հաստությունը։ Նանոտեխնոլոգիան ատոմային և մոլեկուլային մասշտաբով  բազմաթիվ նոր հատկություններ ունեցող նյութերի ստեղծումն է, որը արագ զարգացող ոլորտ է բազմաթիվ  բնագավառներում՝ առողջապահություից մինչև շինարարություն և էլեկտրոնիկա։ Բժշկության մեջ նանոմաշտաբով կառուցվածքներն ու հատկությունները մանիպուլյացիայի ենթարկելու կարողությունը մեզ թույլ կտա կարգավորել բջջային բաղադրիչները, վիրուսները կամ ԴՆԹ-ի մասերը՝ օգտագործելով մի շարք փոքրիկ գործիքներ, ռոբոտներ և խողովակներ։ Այն հեղափոխություն կմտցնի դեղերի առաքման, գենային թերապիայի, ախտորոշման և հետազոտության, զարգացման և կլինիկական կիրառման բազմաթիվ ոլորտներում։

Պատմություն 
Չնայած նանոտեխնոլոգիայի թվացյալ նորաստեղծ տիրույթին, տասնամյակներ շարունակ շրջանառվում էր դեղամիջոցի առանձնահատկությունների տարբեր եղանակներով օգտագործումը շատ փոքր մասնիկներում։

Շոտլանդացի ֆիզիկոս Ջեյմս Քլերք Մաքսվելը 1871-ի մտավոր փորձի շրջանակում պատկերացրեց փոքրիկ «դևեր», որոնք կարող էին մեկ առ մեկ վերաուղղորդել ատոմները:Մոլեկուլային ճարտարագիտություն տերմինը իրականում ստեղծվել է MIT(Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտ) պրոֆեսոր Արթուր Ռոբերտ ֆոն Հիփելի կողմից 1950-ականներին:1959–ին Նոբելյան ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանը, ճաշի ժամանակ ասել է «ներքևում շատ տեղեր կան»։ Նա առաջարկել է օգտագործել հաստոցներ՝ ավելի փոքրները պատրաստելու համար, որոնք իրենց հերթին պետք է օգտագործվեն դեռ ավելի փոքր հաստոցներ պատրաստելու համար, և այսպես շարունակ՝ մինչև ատոմային մակարդակ՝ նշելով, որ սա «զարգացում է, որից, կարծում եմ, հնարավոր չէ խուսափել»։

Պաուլ Էռլիխի գաղաբարները ավելի շուտ են ծագել, սակայն ավելի մոտ են ժամանակակից նանոբուժության մեջ։ Որպես իր աշխատանքի (թիրախավորված թերապիա) մաս Էրլիխը առաջարկեց որոնել «Zauberkuel» կամ «կախարդական գնդակ» ՝ դեղամիջոց, որը կլիներ թիրախավորված հատուկ բջջի վրա՝ առանց ազդելու նորմալ բջիջների վրա։

Ֆեյնմանի գաղափարը հիմնականում չքննարկված մնաց մինչև 1980-ականների կեսերը, երբ MIT կրթված ինժեներ Քիմ Էրիկ Դրեքսլերը հրատարակեց «Արարման շարժիչները»(Engines of Creation) գիրքը, որը հանրաճանաչում էր մոլեկուլային նանոտեխնոլոգիայի ներուժը:Նա պատկերացնում էր, որ մոլեկուլային չափի մեքենաները կարող են արտադրել գրեթե ամեն ինչ։ Իր գրքում Դրեքսլերը նկարագրել է նանոտեխնոլոգիայի ապագա դերը գիտության և տեխնոլոգիայի այլ ոլորտներում հեղափոխության մեջ, ինչը կհանգեցնի բժշկության, արհեստական ​​ինտելեկտի և աստղագիտության ոլորտում առաջընթացի։ Նրա «համակարգի» գաղափարը, ըստ որի  կարող է «ատոմները տեղավորել գրեթե ցանկացած ողջամիտ դասավորության մեջ», այդպիսով թույլ տալով մեզ կառուցել գրեթե այն ամենը, ինչ թույլ կտան բնության օրենքները։

Ավելի ուշ, 1991 թվականին, հայտնաբերվեցին ածխածնային նանոխողովակներ, որոնք մոտ 100 անգամ ավելի ամուր են պողպատից, կազմում են իրենց քաշի միայն մեկ վեցերորդ մասը և ունեն անսովոր ջերմային և հաղորդունակության բնութագրեր։ Juno տիեզերանավը իր ճանապարհին դեպի Յուպիտեր օգտագործում է ածխածնային նանոկառուցվածքային բաղադրիչը, որպեսզի ապահովի էլեկտրական հիմքը և նվազեցնի քաշը։

Քանի որ նանոմասշտաբի կենսաբանական փոխազդեցությունների գիտական ​​ընկալումը շարունակում էր առաջադիմել, պարզ դարձավ, որ նախագծված նանոնյութերը զգալի խոստումներ կունենան հիվանդության ախտորոշման և բուժման համար։ Ի պատասխան՝ ԱՄՆ Գիտության և տեխնոլոգիայի ազգային խորհուրդը (NSTC) 2000 թվականին սկսեց նանոտեխնոլոգիայի ազգային նախաձեռնությունը։ Այս դաշնային ծրագիրը դյուրացրեց նանոմասշտաբի հետ կապված հետազոտությունները և առաջացրեց նանոմիաբժշկությունը որպես նոր գիտական ​​կարգապահություն։

Ամբողջ աշխարհում նշանակալի հետազոտական ​​ներդրումներ են իրականացվել մշակելու նանոթերապևտիկ միջոցներ, որոնք շրջանցում են փոքր մոլեկուլային ավանդական դեղամիջոցների հետ հանդիպող բազմաթիվ մարտահրավերները, ներառյալ՝

 Լուծելիություն (օրինակ՝ փոքր մոլեկուլային դեղամիջոցների կրիչ, մեմբրանների միջով տրանսպորտի ավելացում)
 Դեղերի բարելավված ֆարմակոկինետիկա (PK)[1] (օրինակ ՝ շրջանառության երկարաձգված ժամանակ)
 Նանաբժշկությունների բազմաֆունկցիոնալ ունակություն (օրինակ՝ պատկերացում և դեղերի նպատակային առաքում)

Ակտիվ և պասիվ թիրախավորում` օգտագործելով լիգանդներ` ներթափանցումն ու հյուսվածքների պահպանումը բարձրացնելու համար

 Թիրախավորման և շրջանառության ժամանակի պրոֆիլների բարելավման միջոցով համակարգային թունավորության նվազեցում

Այս ոլորտում հետազոտությունների առաջընթացը հանգեցրել է տարբեր նանոմասնիկների պատրաստուկների զարգացման 3 հիմնական դասերի ՝ լիպիդային, պոլիմերային և անօրգանական նյութեր:

Կիրառում

Գենային թերապիա 
Գենային թերապիան, որը ներառում է առանձին գեների մանիպուլյացիա կամ դրանց արտահայտման վրա ազդող մոլեկուլային ուղիները, ավելի ու ավելի է ուսումնասիրվում որպես հիվանդությունների բուժման տարբերակ։ Այս ոլորտի մեծագույն նպատակը հիվանդների գենետիկական կազմին համապատասխան բուժում հարմարեցնելն է։ Սա ստեղծում է գործիքների կարիք, որը օգնում ՝ գիտնականներին փորձարկել և մշակել նման բուժում։

Դեղերի առաքում 
Բժշկության մեջ նանոտեխնոլոգիայի կիրառություններից մեկը, որը ներկայումս մշակվում է, ներառում է նանոմասնիկների օգտագործումը դեղամիջոցներ, ջերմություն, լույս կամ այլ նյութեր բջիջների որոշակի տեսակների (օրինակ՝ քաղցկեղի բջիջներ) հասցնելու համար։ Մասնիկներն այնպես են նախագծված, որ դրանք ձգվում են դեպի հիվանդ բջիջները, ինչը թույլ է տալիս ուղղակիորեն բուժել այդ բջիջները։ Այս տեխնիկան նվազեցնում է մարմնի առողջ բջիջների վնասը և թույլ է տալիս ավելի վաղ հայտնաբերել հիվանդությունը։

Հյուսիսային Կարոլինայի պետական համալսարանի հետազոտողները մշակում են սրտի ցողունային բջիջները սրտի վնասված հյուսվածքին հասցնելու մեթոդ։ Նրանք կցում են նանովեզիկուլներ, որոնք ձգվում են ցողունային բջիջների վնասվածքի պատճառով, որպեսզի ավելացնեն վնասված հյուսվածքին մատակարարվող ցողունային բջիջների քանակը։

Ախտորոշիչ տեխնիկա 
Վուսթերի պոլիտեխնիկական ինստիտուտի հետազոտողները օգտագործում են հակամարմիններ, որոնք կցված են չիպերի ածխածնային նանոխողովակներին՝ արյան հոսքում քաղցկեղային բջիջները հայտնաբերելու համար։ Հետազոտողները կարծում են, որ այս մեթոդը կարող է օգտագործվել պարզ լաբորատոր թեստերի համար, որոնք կարող են ապահովել արյան մեջ քաղցկեղի բջիջների վաղ հայտնաբերում։

Մշակվում է երիկամների վնասվածքի վաղ հայտնաբերման թեստ։ Մեթոդն օգտագործում է ոսկու նանոձողեր, որոնք ֆունկցիոնալացված են վնասված երիկամների կողմից առաջացած սպիտակուցի տեսակին միանալու համար։ Երբ սպիտակուցը կուտակվում է նանորոդի վրա, նանձողի գույնը փոխվում է։ Թեստը նախատեսված է խնդրի վաղ հայտնաբերման համար՝ արագ և համեմատաբար էժան կերպով։

Հակաբակտերիալ բուժում 
Հյուսթոնի համալսարանի գիտնականները մշակում են բակտերիաների ոչնչացման տեխնիկա՝ օգտագործելով ոսկու նանոմասնիկներ և ինֆրակարմիր լույս։ Այս մեթոդը կարող է հանգեցնել հիվանդանոցային պայմաններում գործիքների մաքրման բարելավմանը։

Կոլորադոյի Բոուլդերի համալսարանի գիտնականները ուսումնասիրում են քվանտային կետերի օգտագործումը հակաբիոտիկների նկատմամբ կայուն վարակների բուժման համար։

Վերքերի բուժում 
Վիսկոնսինի համալսարանի գիտնականները ցուցադրել են վիրակապ, որը էլեկտրական իմպուլսներ է կիրառում վերքի վրա՝ օգտագործելով հիվանդի կողմից կրած նանոգեներատորների արտադրած էլեկտրականությունը։

Ներքին արյունահոսությամբ տրավմատիկ հիվանդների համար անհրաժեշտ է արյան կորուստը նվազեցնելու ևս մեկ միջոց։ Chase Western Reserve համալսարանի հետազոտողները մշակում են պոլիմերային նանոմասնիկներ, որոնք գործում են որպես սինթետիկ թրոմբոցիտներ։ Լաբորատոր հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այս սինթետիկ թրոմբոցիտների ներարկումը զգալիորեն նվազեցնում է արյան կորուստը։

Դեռևս կան որոշ անհանգստություններ նանոմասնիկների անվտանգության վերաբերյալ, որոնց հետազոտությունները դեռ շարունակվում են, սակայն, երբ այս մտահոգությունները վերանան, մենք կարող ենք մեծ աճ ակնկալել այս ոլորտում։

Գրականություն 

 Gene therapy in the era of nanotechnology/a review of current data 2019
 Nanotechnology in Medicine Vishnu Kirthi Arivarasan, ‎Karthik Loganathan, ‎Pushpamalar Janarthanan · 2021 ։ISBN 978-3-030-61021-0
 Medical Nanotechnology and Nanomedicine Harry F. Tibbals · 2017 ։ISBN 978-1-4398-0876-4
 Nanomaterials in Advanced Medicine Hossein Hosseinkhani · 2019 ։ISBN 978-3-527-81895-2
 Nanotechnology in Tissue Engineering and Regenerative Medicine Ketul Popat · 2010 ։ISBN 978-1-4398-0142-0

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 

 Nanotechnology In Medicine: Huge Potential, But What Are The Risks?

 Future impact of nanotechnology on medicine and dentistry
 Nanotechnology: The Future Medicine
 Nanotechnology and medicine

Նանոտեխնոլոգիա