Holistische geneeskunde

Nanogeneeskunde: nanodeeltjes in de geneeskunde


Wat is nanogeneeskunde? Nanos betekent dwerg in het Grieks. Dus dwergmedicijn? Wat wordt bedoeld is een techniek die de kleinste structuren in het lichaam behandelt en de kleinste materialen gebruikt om ziekten te behandelen.

Definitie

Het gaat om structuren die 10.000 keer kleiner zijn dan het gemiddelde van een mensenhaar, een nanometer is een miljoenste van een millimeter. Tegenwoordig bestaan ​​er al verschillende kunstmatig geproduceerde nanoproducten - er zijn bijvoorbeeld nanodeeltjes gemaakt van titaniumdioxide in zonnebrandcrème, zilveren nanodeeltjes in kleding en in voedselverpakkingen.

De EU-Commissie definieert: "Nanomateriaal is een natuurlijk, door het proces gegenereerd of vervaardigd materiaal dat deeltjes in ongebonden toestand, als aggregaat of als agglomeraat, bevat en waarbij ten minste 50 procent van de deeltjes een of meer externe dimensies heeft in de nummergrootteverdeling in het bereik van 1 Heb nanometers tot 100 nanometer. (...) Afwijkende (...) fullerenen, grafeenvlokken en enkelwandige koolstofnanobuizen met een of meer uitwendige afmetingen van minder dan 1 nanometer moeten als nanomaterialen worden beschouwd. ”

Ten eerste zou nanotechnologie dingen steeds kleiner en dus nauwkeuriger moeten produceren. Ten tweede biedt het toegang tot atomen en moleculen en kan het zo nieuwe materialen en complete materiaalsystemen creëren.

Er zijn natuurlijke nanodeeltjes zoals roetdeeltjes, eiwitten in het bloed of vetdeeltjes in melk. Onderzoekers maken expres synthetische nanodeeltjes of als bijwerking, bijvoorbeeld bij het verbranden van diesel.

Wat is er speciaal aan nano?

Nanostructuren ontwikkelen speciale functies op het niveau van atomen en moleculen, zowel in levende als in levenloze materie. De afgelopen decennia zijn gevormd door onderzoek ernaar: het eerste was het vastleggen van nanosystemen.

Tegenwoordig passen wetenschappers deze kennis toe in levende systemen - dit is de basis van de Naon-geneeskunde. Zoals elke nieuwe techniek die het lichaam verstoort, brengt het ook risico's met zich mee: nanocapsules zouden bijvoorbeeld medicatie in het lichaam moeten gebruiken precies waar de ziekten zich bevinden, en dit belooft bijvoorbeeld enorme vooruitgang in de kankergeneeskunde. Deze nanodeeltjes kunnen echter celwanden binnendringen, zich in het lichaam verzamelen of de luchtwegen ontsteken.

Gangbare nanomaterialen

Nanosilver: zilver doodt ziektekiemen en de wetenschap gebruikt dit in nanodeeltjes, bijvoorbeeld als oppervlaktelaag op deurklinken, in wondverbanden of in textiel - nanosilver helpt tegen de geur van zweet.

Roetdeeltjes kunnen kunstmatig worden geproduceerd om als zwart pigment in kleuren te dienen, maar ook als antistatisch additief in kunststoffen.

Koolstof nanobuisjes zijn gemaakt van koolstof, zijn zeer stabiel en dus veilig voor kunststoffen. Tegenwoordig vind je ze in fietsen van topklasse.

Titaandioxide verfijnt oppervlakken om vuil af te stoten. Het bevordert de afbraak van organische materialen door zonlicht en houdt bijvoorbeeld de kleur van gevels van gebouwen schoon.

Nanodeeltjes in zinkoxide absorberen de UV-straling van de zon en komen daarom voor in zonnebrandcrème. De industrie gebruikt het ook in liquid crystal displays of LED's. Zinkoxide-coatings bevorderen ook het effect van zonnecellen.

Nanogeneeskunde

De Amerikaanse visionair Robert Freitas ziet nanogeneeskunde als een gouden eeuw: nanorobots moeten in de nabije toekomst genschade herstellen, kunstmatig geproduceerde rode bloedcellen voorkomen hartaanvallen - nanomachines doden dan virussen, repareren cellen of laden het bloed op met zuurstof.

Geneeskunde belooft veel van nanotechnologie. Meer dan 100 medicijnen bevatten al nanodeeltjes, evenals diagnostische methoden en apparaten die werken met nanodeeltjes. Bij medicijnen gaat het minder om nieuwe actieve ingrediënten dan om nieuwe werkzaamheid: nanocapsules, die alleen de stoffen in de omgeving van bepaalde moleculen vrijgeven, zouden de actieve ingrediënten rechtstreeks naar hun bestemming moeten transporteren.

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, en mogelijk ook voor multiple sclerose.

Apparaten, vloeren, muren en meubels in klinieken met nanos kunnen de steriliteit bevorderen. Op deze manier kunnen resistente bacteriën waarschijnlijk beter worden bestreden. Wondverbanden bevatten al nano-zilver, bijvoorbeeld bij brandwonden.

Nanotechnologie moet ook de diagnostiek verbeteren: de nanodeeltjes zijn zo gemaakt dat ze zich hechten aan organen of cellen. Zo kan tumorweefsel worden geïdentificeerd met nano-ijzeroxidedeeltjes.

Dit leidt in de nabije toekomst tot waarschijnlijke nanotherapieën: in de kankergeneeskunde zal binnenkort nanotechnologie worden gebruikt om tumoren te identificeren en te bestrijden. Tegenwoordig experimenteren artsen al met kankerbehandeling waarbij magnetische nano-ijzeroxidedeeltjes de tumor elektromagnetisch verwarmen en daardoor de kankercellen vernietigen.

Nanocapsules kunnen bijvoorbeeld alvleeskliercellen bevatten, insuline in het bloed afgeven en dus diabetes behandelen.

Er is al een tandpasta, Theramed S.O.S. Gevoelig op basis van nanodeeltjes. Ze bouwt een laag kunsttandmateriaal op met nanodeeltjes; dus de tanden zouden minder pijn moeten voelen.

Hydroxyapatiet is vergelijkbaar met de mineralen in de botten en tandheelkundige implantaten groeien half beter, het nanomateriaal verkort het proces tot twee weken, in tegenstelling tot conventionele 2-4 maanden.

Nanoporeus silicium of titaniumdioxide wordt gekenmerkt door gatstructuren. Deze stimuleren botgroei op de implantaten, stoppen ontstekingen door actieve stoffen zoals een spons vrij te geven.

Nanotechnologie zal ongetwijfeld bijzonder belangrijk worden voor andere implantaties, omdat oppervlakken gemaakt van nanodeeltjes beter kunnen worden gekoppeld aan biologische organen en kunstmatige apparaten 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 lichamen.

Hydroxyapatiet kan al als pasta worden geïnjecteerd om botten op te bouwen. Dergelijk nanomateriaal wordt goed verdragen omdat het lijkt op de minerale componenten in het bot. De volgende stap is om hydrooxyapatites te zijn, die gecombineerd worden met koolstof nanobuisjes in een composiet matrix en dienen als botcement.

Slachtoffers van ongevallen kunnen binnenkort baat hebben bij vervangend weefsel in de vorm van glas-collageencomposieten in nanoformaat die de kunstmatige huid en botten ondersteunen. Bovendien zouden implantaten met nanotechnologie stabieler zijn dan conventionele.

Al in 1998 voerde het bedrijf Abraxis BioScience LLC in de VS klinische tests uit met nanogeneeskunde tegen kanker. De Abaxane-agent werd uiteindelijk goedgekeurd. Het bestaat uit onoplosbaar paclitaxel en albumine, dit albumine bindt zich aan het eiwit SPARC, dat wordt aangetast door alvleesklierkanker - in tegenstelling tot andere geneesmiddelen.

Tekmira Pharmaceuticals uit Canada ontwikkelde nanos voor liopsomen, waarvan wordt aangenomen dat ze werken tegen hypercholesterolemie in de lever. Een van de testpatiënten vertoonde echter symptomen die vergelijkbaar waren met die van de griep en het experiment werd vervolgens stopgezet.

De Franse Bioalliance Pharma gebruikte nanodeeltjes tegen leverkanker met het medicijn dexorubicine. Drie proefpersonen stierven echter aan longproblemen.

Nanotherapie van hersentumoren - hyperthermie - is in de EU goedgekeurd. IJzeroxidedeeltjes worden in de hersenen geïnjecteerd en daar opgewekt met magnetische golven. Ze verwarmen de tumor en doden deze zo. Magnetische deeltjesbeeldvorming (MPI) kan ook worden gebruikt om het hart en de bloedvaten te filmen.

Michael Bamberg van de Duitse Kankervereniging zei: “Hyperthermie wordt de vierde pijler van kankertherapie - naast chirurgie, bestralingstherapie en chemotherapie. Zijn idee is gebaseerd op bewezen genezingssuccessen voor borstkanker, huidkanker, tumoren, darm- en baarmoederkanker.

Er zijn snelle tests gepland met nanosensoren om kanker op te sporen, nanohormoontesten, nanobots om cellen te repareren en nanodeeltjes om dwarslaesies van verlamde mensen te genezen. Sommige onderzoekers zijn van mening dat ze dwarslaesie een normaal leven kunnen geven. Maar het is nog steeds fundamenteel onderzoek.

Beeldvorming met magnetische deeltjes

Een nieuwe beeldvormende techniek, Magnetic Particle Imaging, werd in 2005 gelanceerd door onderzoekers van Philips Healthcare. Ze presenteerden driedimensionale films van harten, bloedvaten en tumoren, en geen enkele andere methode kon dat doen.

Deze techniek zou het mogelijk maken om hartproblemen veel sneller dan voorheen op te sporen. De arts zou alleen het hart en zijn omgeving van buitenaf moeten filmen en kon onmiddellijk schade aan de hartwand of hartspierzwakte vaststellen. Hij hoeft alleen maar magnetische nanodeeltjes in de patiënt te injecteren. Een conventionele hartdiagnose daarentegen duurt soms maanden.

Kunstmatige organen

Nanotechnologie zet je aan het denken over wat tot voor kort sciencefiction was, namelijk het kunstmatig maken van organen en zelfs organismen. Interdisciplinaire onderzoekers willen nanotechnologie combineren met biotech, informatie en cognitieve wetenschap en zo kunstmatige intelligentie creëren of menselijke vermogens buiten natuurlijke grenzen vergroten.

Dit is geen vast idee, maar al een realiteit. Zo kunnen huid en kraakbeen nu kunstmatig worden geproduceerd. Bij grotere organen heeft nanowetenschappen tot dusver geen zuurstof en voedingscellen kunnen leveren. Het werkt nog niet, dus gaan de cellen dood.

Het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA ontwikkelt echter een methode om precies dit probleem op te lossen. Een computer ontwerpt een celnetwerkpatroon en etst dit op een siliciumoppervlak. Dit patroon wordt vervolgens overgebracht op biologisch materiaal, twee lagen worden op elkaar gelegd en verzegeld. De cellen kunnen zich aan deze structuur hechten. De cellen zelf worden gekweekt in petrischalen. De lever- en niercellen bleven twee weken intact.

De onderzoekers plantten een "nanolever" met een laag cellen bij ratten. Een lever heeft ongeveer 30-50 van dergelijke lagen nodig om te functioneren. De nanostof overleefde een week.

Nanotech en sciencefiction

Greg Bear vestigde in 1985 nanotechnologie in science fiction als een centraal thema met "Blood Music". Een onderzoeker kweekt moleculen en leert ze een vorm van intelligentie. Een van deze culturen injecteert hij zelf.

De nanobots vermenigvuldigen zich nu en werken onafhankelijk in het lichaam: zijn gezichtsscherpte neemt toe, hij heeft geen last meer van verkoudheid. De nano's evolueren voortdurend en creëren een ideale omgeving: van bedienden tot heersers over hun gastlichamen. Ze herprogrammeren en controleren de onderzoeker.

Dit heeft voordelen voor de uitvinder: het voortbestaan ​​van de nanos hangt af van de gezondheid van het gastlichaam, en dus verbeteren ze voortdurend zijn capaciteiten.

Maar ze veranderen de gastheer niet zoals het voor hem het beste zou zijn, maar eerder hoe de nanoorganismen zelf ideale levensomstandigheden hebben. Nu wordt wetenschappelijke vooruitgang een horror.

In "Lord of all things" bedacht Andreas Eschbach zelfvoorzienende nanorobots die kankercellen doden. "Nanocellen van virusformaat die kankercellen herkennen aan hun handtekening. Voor controledoeleinden zijn ze via de radio verbonden met de arts, zodat ze geen onjuiste handelingen kunnen uitvoeren; de draadloze verbinding gaat rechtstreeks naar de hersenen van de dokter, die wordt doorkruist door nanodikke kabels om de genezende cellen te begeleiden. Ze werken als volgt: de machines lossen niet alleen de kankercellen op; dat zou te gevaarlijk zijn omdat het je lichaam zou overspoelen met meer afval dan het kan afvoeren. In plaats daarvan dringen ze de cel binnen en veroorzaken ze apoptose, het eigen mechanisme van de cel voor gecontroleerde zelfvernietiging. De meeste resten worden door je leukocyten opgegeten. Alles wat er nog over is, wordt door de onderzeeërs zelf vervoerd, afgezet in je blaas of darm. '

Nanotechnologie speelt in veel romans een rol: als centraal plot, als nevenevenement of als decor.

Bruce Sterling, een uitvinder van cyperpunkliteratuur, richt zich sinds eind jaren negentig in zijn toekomstvisie op nanotechnologie. Hij ziet zichzelf als een futurist en zei dat er met de doorbraak van internet veel was gebeurd waarover hij in fictie had geschreven - daarom had hij nu te maken met een technologie die nog maar net was begonnen.

In 2002 publiceerde Michael Crichton, de auteur van Jurassic Park, "Prey". Onderzoekers in Nevada ontwikkelen nanocamera's voor het leger. Maar ze worden zelfstandig en doden alles wat ze tegenkomen. Ze vermenigvuldigen en manipuleren de gedachten en motorische vaardigheden van hun uitvinders. De nano's ontwikkelen zich tot een superorganisme dat de vorm van mensen kopieert.

De nanos gedragen zich dan als mensen, ze vernietigen de planeet om grondstoffen te krijgen voor hun vermenigvuldiging. Sciencefiction, die verder nadenkt over wat technisch mogelijk zou zijn en een fictief realistisch scenario ontwerpt, was geen 'Prey', maar een ouderwets verhaal over 'de geesten die ik belde' door de Faustiaanse man die zijn technische monsters niet langer onder controle heeft.

Angelika Fehrenbach schreef daarentegen “The Lotus Effect”, een thriller die dicht bij de realiteit blijft. Een wetenschapper van het Universitair Ziekenhuis Marburg merkt dat een nieuw onderzochte nanotechnologie riskant is als de laboratoriumratten in rijen sterven. Ze beseft dat de verantwoordelijken iets verbergen, wat onderzoek doet en al snel vecht voor haar leven.

Jeff Carlsson publiceerde in 2007 "Plague Year", het werk verscheen een jaar later in het Duits als "Nano". Nanodeeltjes vormen de achtergrond voor een klassieke eindtijdpost. De plot is traditioneel: kunstmatige intelligentie wordt zelfstandig en doodt de uitvinders ervan.

Deze Frankenstein-wezens zijn hier nanorobots. Ze vermenigvuldigen en doden alle warmbloedige dieren. Mensen vluchten naar het hooggebergte omdat de nanos daar niet werken. De overlevenden in de alpiene winter vechten ondertussen tegen kou en honger. Ze proberen zich bij een groep aan te sluiten op een andere top met meer eten en accommodatie.

Carlson is goed thuis in nanotechnologie; dit biedt echter alleen het kader voor de vraag: hoe gedragen mensen zich in extreme situaties?

Zelfwerkende nanobots zijn een favoriet idee van sciencefiction. Deze zwerven door het lichaam en elimineren elk gif, elke lintworm, ze repareren misvormingen van cellen, genezen interne verwondingen, ze regenereren de cellen en stoppen zo veroudering - elke dag gedurende 24 uur.

Als er zulke nanomachines zouden zijn, zouden we zelfs ongezond kunnen leven omdat ze eventuele schade onmiddellijk zouden elimineren.

Nanomedicine risico's

Amerikaanse studies uit 2002 lieten potentiële besparingen zien bij eierstokkanker door nanomaterialen, vooral omdat de behandelde patiënten minder bijwerkingen hadden van de nanodeeltjes. De ongewenste bijwerkingen waren echter een enorm probleem: in de Verenigde Staten stierven er in één jaar tijd 100.000 mensen aan.

Er is weinig onderzoek gedaan naar de risico's van nanotechnologie en het is onbekend welke bedrijven welke nanostoffen gebruiken. Een probleem is waarschijnlijk met nanodeeltjes die in het milieu vrijkomen; ze zijn kleiner dan fijn stof en blijven lang in de lucht.

Deskundigen vragen daarom om een ​​centraal registratieregister, waarin nanostoffen worden gerapporteerd, en onderzoek naar elke individuele stof.

Nanodeeltjes in filtersystemen vormen bij gebruik waarschijnlijk geen gezondheidsrisico omdat ze stevig in plastic zijn geseald. De verwijdering zal echter in de toekomst problematisch worden, omdat er een risico bestaat dat de inspanning vergelijkbaar is met die van asbest.

Alle producten waarmee nanodeeltjes in het milieu terechtkomen, moeten worden vermeden. Zo lossen de nano-zilverdeeltjes in bepaalde sokken de eerste keer dat ze worden gewassen op, komen daar in het afvalwater terecht en beschadigen vermoedelijk bacteriën in zuiveringsinstallaties.

Niemand weet tot nu toe echt hoe de risico's van nanomateriaal geclassificeerd moeten worden: gaat het om de grootte of zijn de eigenschappen van de stoffen belangrijk? Gaat het om de hoeveelheid stoffen in het milieu zoals bij andere drempelwaarden, of zijn het aantal en de structuur van de deeltjes ook bepalend voor het gevaar?

De meeste Europeanen zijn zich nauwelijks bewust van nanotechnologie en elke derde in Duitsland weet niet wat het is. Degenen tegen wie nanotechnologie iets zegt, zijn daar meestal positief over.

Het wordt duidelijk dat mensen die bekend zijn met de term nanotechnologie er meestal hun eigen kennis over hebben opgedaan en daarom devalueren of ondersteunen ze het zelden zonder kritiek.

Consumentenbeschermingsorganisaties roepen op om nanodeeltjes uit cosmetica en voedsel te verwijderen totdat ze als onschadelijk kunnen worden aangemerkt. Bij Naturland zijn bijvoorbeeld nanodeeltjes verboden.

In Duitsland kunnen nanomaterialen worden beschouwd als zowel actieve als hulpstoffen, afhankelijk van hoe ze worden gebruikt. De Duitse Geneesmiddelenwet specificeert hoe de veiligheidscontroles eruit zien, d.w.z. zowel de adviesprocedures als de klinische tests vóór goedkeuring, de goedkeuringsprocedures zelf en monitoring en rapportage na goedkeuring.

Ethische commissies moeten klinische tests goedkeuren. Het Duitse federale instituut voor drugs en medische hulpmiddelen houdt toezicht op de goedkeuring.

De kruising van de bloed-hersenbarrière is bijzonder controversieel. Hoewel het mogelijk is om de hersenprestaties van Alzheimerpatiënten te verbeteren, kan het ook worden gebruikt om de prestaties te verbeteren bij mensen die niet therapeutisch geïnduceerd zijn - 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 militair gebruik: Nanotech-medicatie zou de concentratie onder soldaten moeten verhogen of hen in staat moeten stellen continu zonder slaap te werken. Last but not least biedt nanotechnologie talloze mogelijkheden om synthetisch-biologische oorlogsmiddelen te ontwikkelen.

Ethische commissies bereiken echter weinig omdat projecten die in deze zin nanotechnologie gebruiken in het geheim plaatsvinden.

Terwijl echt medisch onderzoek nu massaal de functionele vervanging van beschadigde delen van het lichaam door nanogeneeskunde bevordert, bespreken ethici het probleem van organen en prothesen waarvan wordt gezegd dat ze het menselijke origineel overtreffen.

Deze discussie is niet eenvoudig: de verbeteringen in het lichaam die medisch noodzakelijk, acceptabel of onaanvaardbaar zijn, worden in samenlevingen heel anders gedefinieerd.

Het debat over wat medisch en technisch mogelijk is met nanogeneeskunde en wat ethisch verantwoord is, vindt momenteel apart plaats in Duitsland. (Dr. Utz Anhalt)

Zwellen:

http://www.ingenieur.de/Fachgebiete/Mikro-Nanotechnik

http://www.nano.fraunhofer.de/de/nanotech.html

http://library.fes.de/pdf-files/stabsabteilung/05709.pdf

http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemischen/nanotechnik

Auteur en broninformatie

Video: Welcome to the Era of Nanomedicine (Oktober 2020).