Comment la nanotechnologie change l'avenir de la médecine

Nous entendons parler de nanotechnologie depuis longtemps dans les domaines de la science-fiction et des médias, mais rien n’a été fait jusqu’à présent. Cependant, une nouvelle vague de thérapies basées sur les nanotechnologies se profilent à l'horizon et sont prêtes à changer le monde de la médecine.

La nanotechnologie, un concept technologique proposé pour la première fois par Richard Feynman dans son exposé de 1959, “Il y a beaucoup de place au fond”, a été popularisé par Erik Drexler en 1986 via son livre “Les moteurs de la création.” Le livre décrit la possibilité de machines autoréplicables, à l'échelle moléculaire, capables de faire… à peu près n'importe quoi.

La prémisse a inspiré de nombreuses œuvres de science-fiction, notamment celle de Michael Crichton. “Proie” et l'excellent Neil Stephenson “L'âge du diamant.” Le potentiel de la nanotechnologie a mis longtemps à montrer son visage, mais il commence enfin à arriver sous la forme d'interventions médicales sophistiquées qui vont profondément changer la nature des soins de santé dans un proche avenir..

Nanotechnologie et médecine

Le potentiel de la nanotechnologie, au sens plein drexlérien, est sans précédent. Les vrais assembleurs universels, si nous pouvons trouver le moyen de les construire, inaugureront un profond changement dans la condition humaine. Bien sûr, il y a un long chemin à parcourir. À bien des égards, nous ne sommes même pas proches. D’autres manières, les progrès se poursuivent de manière surprenante - et utile..

Loi de Moore Qu'est-ce que la loi de Moore et qu'est-ce qu'elle a à voir avec vous? [MakeUseOf explique] Qu'est-ce que la loi de Moore et en quoi elle a à voir avec vous? [MakeUseOf explique] La malchance n'a rien à voir avec la loi de Moore. Si c'est votre association, vous la confondez avec la loi de Murphy. Cependant, vous n'étiez pas loin parce que la loi de Moore et la loi de Murphy… Read More alimentent en permanence les progrès de la nanotechnologie - nous pouvons maintenant fabriquer des transistors qui existent littéralement à l'échelle nanométrique, avec des diamètres de centaines d'atomes.

De même en médecine, l'un des plus gros problèmes est notre incapacité à cibler correctement les interventions. En médecine psychoactive et en psychologie clinique 6 Des discours TED époustouflants sur la psychologie et le comportement humain 6 Des débats TED époustouflants sur la psychologie et le comportement humain Le cerveau humain est complexe et déroutant, ce qui explique pourquoi le comportement humain est si complexe et déroutant. Les gens ont tendance à agir d'une manière lorsqu'ils ressentent quelque chose de complètement différent. En voici quelques-uns… Par exemple, ce que les médecins veulent vraiment faire, c'est stimuler certaines régions du cerveau et empêcher les autres de résoudre de manière sélective le problème du patient. C'est un simple hasard de l'histoire que le meilleur moyen de le faire actuellement est d'administrer des médicaments qui, accessoirement, de toutes les façons dont ils modifient le cerveau et le corps, ont certains des effets souhaités..

Si les chirurgiens pouvaient installer des câbles dans le cerveau des gens et stimuler sélectivement des régions spécifiques de manière sûre, le domaine de la santé mentale pourrait éviter les effets secondaires des médicaments psychoactifs traditionnels. La technique de base a déjà démontré son efficacité dans la dépression, selon un article de Neuron résumant un certain nombre d'essais cliniques différents..

Pensez aussi au cancer - ce que les médecins veulent vraiment, en oncologie, c'est tuer les cellules tumorales. Il est regrettable que l'un des meilleurs outils pour tuer les cellules tumorales soit la chimiothérapie, qui a pour effet secondaire malheureux de tuer également des cellules normales. Cela rend également les patients très malades.

La nanotechnologie offre un moyen d'orienter les interventions dans le corps humain, potentiellement au niveau de cellules individuelles, en utilisant des éléments de commande intelligents si petits qu'ils n'interfèrent pas physiquement avec le fonctionnement normal du corps. Les doigts fins font moins de dégâts et les machines plus petites que le plus fin des capillaires du corps peuvent aller partout où le sang coule.

S'ils peuvent être suffisamment intelligents, ces dispositifs nanomédicaux peuvent choisir judicieusement où et comment intervenir. Évidemment, davantage sera possible lorsque les ingénieurs pourront construire des robots ayant des comportements plus sophistiqués (comme la capacité de se déplacer par leurs propres moyens), mais même les nanomachines relativement primitives d'aujourd'hui ont beaucoup de valeur..

Nanotechnologie et cancer

Des brins d'ADN personnalisés sont construits de telle sorte qu'ils se plient en formes arbitraires et que des protéines et des enzymes puissent y être liées, ce qui leur permet de se comporter de manière intelligente et de réagir aux situations changeantes du corps humain. Daniel Levner, ingénieur en génie biologique à Harvard, estime que ce comportement est très puissant.

Des nanorobots à ADN pourraient potentiellement mener des programmes complexes qui pourraient un jour être utilisés pour diagnostiquer ou traiter des maladies avec une sophistication sans précédent.

Ces machines peuvent être utilisées pour construire des cages qui peuvent s'ouvrir ou se fermer en réponse à des signaux chimiques - par exemple, ne libérant de la chimiothérapie que lorsqu'elles heurtent des marqueurs protéiques spécifiquement associés au tissu tumoral..

Cela permettra l'application d'une chimiothérapie dirigée, tout en minimisant ou en éliminant les effets secondaires. Cela permettra également le déploiement de chimiothérapies qui sont plus efficaces que les thérapies existantes, mais ne peuvent actuellement pas être utilisées en raison de la gravité des effets secondaires..

Une approche similaire mais différente consiste à utiliser de minuscules nanoparticules de silice et d'or qui se lient au tissu tumoral et saturent la tumeur. Ensuite, des lasers proches de l'infrarouge peuvent être appliqués, qui n'interagissent pas beaucoup avec les tissus humains, mais provoquent le réchauffement des nanoparticules d'or.

Ce processus permet d'incinérer des zones spécifiques de tissus (celles qui sont remplies de nanoparticules et sur le trajet du laser). En ajustant à la fois les lasers et la distribution des particules, les médecins peuvent détruire les tissus cancéreux de manière très sélective. Les tissus morts peuvent être enlevés chirurgicalement ou nettoyés par le système immunitaire lui-même, en fonction de l'ampleur de la maladie. Une variante de la procédure consiste à utiliser des coquilles d'or creuses qui libèrent une charge de chimiothérapie lorsqu'elles sont chauffées, ce qui permet d'affiner l'utilisation des lasers lorsque des médicaments sont utilisés (si les protéines du marqueur tumoral ne sont pas suffisamment spécifiques).

Nanotechnologie et diagnostics

La collecte de données médicales est un autre domaine dans lequel la nanotechnologie est susceptible de révolutionner le domaine médical. Avec la nanotechnologie, il est possible de distribuer à l'échelle du corps des dispositifs de diagnostic à l'échelle nanométrique détectant les changements chimiques au fur et à mesure qu'ils se produisent. Cela peut permettre un suivi plus rapproché en temps réel de la santé et de l'état du patient d'une manière qui serait impossible autrement.

En dehors du corps, la nanotechnologie peut également être utilisée pour accélérer le séquençage de gènes et l'analyse chimique en utilisant des points quantiques liés à des séquences partielles d'ADN ou des protéines qui se lient à d'autres matériaux qui intéressent les médecins. Ensuite, vous pouvez simplement regarder la distribution des protéines. éléments lumineux pour voir ce qui était présent dans l'échantillon.

Cela pourrait potentiellement rendre plus rapide, moins coûteux et plus fiable certains types de tests hors du corps - vous pouvez créer des tests qui prélèvent un petit échantillon de tissu et le séquencent pour obtenir des fragments du génome du VIH, détectant ainsi les infections plus tôt et de manière plus fiable. Des chercheurs de Stanford ont utilisé cette technique pour rechercher les gènes endommagés communs à certains cancers, afin de dépister plus rapidement les tissus tumoraux:

Étant donné que les qdots peuvent suivre la présence de plusieurs molécules sur une longue période, les chercheurs souhaitent les utiliser pour générer un type de code à barres optique reflétant les niveaux de divers marqueurs tumoraux. Le code à barres pourrait indiquer le type et le stade de la tumeur.

À long terme, si les développeurs en nanotechnologie peuvent continuer à miniaturiser les pièces (ou emprunter des techniques issues de la fabrication de micropuces), ils pourraient construire de simples caméras microscopiques, plus petites que le diamètre d'un capillaire (10 microns ou environ 100 000 atomes de diamètre). Ces caméras pourraient cartographier le corps entier, téléphonant à la maison les résultats.

Toutes ces données, synthétisées ensemble, pourraient fournir une carte complète de la plupart des tissus du corps humain, du point de vue de ses capillaires, montrant un corps humain complet avec un niveau de détail impossible avec les rayons X ou l'IRM. Une proposition pour construire quelque chose comme ceci est la soi-disant “Appareil de numérisation cartographique vasculaire”, développé par Frank Boehm, auteur de «Nanomedical Device and System Design». Boehm croit:

Les diagnostics et les thérapies nanomédicaux opèrent aux niveaux cellulaire et moléculaire, précisément là où de nombreux processus pathologiques trouvent leur genèse […] [L] anomédecine a le potentiel de diagnostiquer et de traiter de manière préventive de nombreuses conditions, avant qu'elles ne puissent proliférer. [I] est imaginable qu'ils soient dotés de capacités de diagnostic extrêmement précis et d'éradication minutieuse et approfondie de pratiquement n'importe quel état pathologique, menace pathogène ou toxique.

Nanotechnologie et Neuroscience

La nanotechnologie a également le potentiel de changer la façon dont les médecins traitent les troubles cérébraux. Du côté de la collecte de données, il est peut-être possible d’utiliser des particules de diamant à l’échelle nanométrique, qui s’allument en réponse à l’activité électrique du cerveau, pour convertir l’activité du cerveau en fréquences lumineuses susceptibles de fuir le crâne et d’être enregistrées par des sources externes. des capteurs.

Cela permettrait aux chercheurs d'étudier le cerveau de manière beaucoup plus détaillée. Etre capable de voir des modèles exacts d'activité cérébrale serait utile pour découvrir la dynamique des crises d'épilepsie et de la maladie mentale dans les cerveaux individuels, permettant des interventions ciblées pour résoudre le problème..

D'un autre côté, il est possible d'utiliser des nanotubes de carbone pour acheminer des signaux vers et depuis des neurones individuels. À l’heure actuelle, des chercheurs italiens appliquent cette technologie au transport de l’activité électrique sur des tissus cérébraux morts laissés par des accidents vasculaires cérébraux ou des infections, mais elle pourrait également être utilisée pour créer des grilles d’électrodes beaucoup plus fines et plus biocompatibles que la technologie existante, ce qui permettrait: implants plus sophistiqués tout en endommageant moins le tissu d'origine.

Cela pourrait, en principe, fonctionner à une résolution beaucoup plus élevée et dans un champ d'application plus large que les électrodes implantées traditionnelles, permettant ainsi à de nouveaux types d'implants cérébraux de brancher votre cerveau et votre corps - L'avenir des ordinateurs implantés de brancher votre cerveau et votre corps - L'avenir de Ordinateurs avec implants Avec la tendance actuelle en matière d'innovation et de progrès techniques, le moment est venu d'explorer les technologies les plus récentes en matière de technologies homme-machine. Lire la suite et des appareils de stimulation cérébrale. Même avec l'implantation d'électrodes relativement brute disponible aujourd'hui, les effets de la stimulation cérébrale sont importants:

Alternativement, il est possible d'utiliser les mêmes techniques utilisées pour la chimiothérapie par nano-administration pour administrer d'autres substances chimiques, telles que des neurotransmetteurs et des médicaments psychiatriques, dans des régions spécifiques du cerveau avec beaucoup plus de précision (y compris l'administration de médicaments à l'intérieur de cellules individuelles). Avec de meilleurs stimulateurs neuronaux, cela pourrait également s'étendre à un éventail beaucoup plus large de traitements, y compris le traitement de la dépression, de l'anxiété et même des troubles de la personnalité..

Ce type de thérapie pourrait également être utilisé pour créer des interfaces plus étroites avec des prothèses et offrir davantage d'options de communication aux patients «verrouillés»..

Ce type de technologie ciblée avec précision pourrait changer radicalement la manière dont la médecine neurologique est pratiquée. Cela pourrait conduire à une médecine psychiatrique basée sur les données et reposant sur une intervention directe beaucoup plus efficace et bouleversante de manière existentielle (imaginez le premier virus informatique capable d'infecter les implants cérébraux de régulation de l'humeur)..

La nanotechnologie, à mesure de son avancement, aura un impact profond sur la condition humaine, nous permettant de réparer les dommages cellulaires et de traiter de diverses manières de nombreuses atteintes à l'homme, mais elle nécessite également une meilleure compréhension des systèmes du corps. que nous altérons, ainsi qu'une appréciation de l'éthique qui va avec cela.

Quelle est votre vision de la nanotechnologie en médecine?? Pensez-vous que c'est la nouvelle frontière de la science médicale ou est-il condamné à échouer dès le début? Partagez vos pensées dans la section des commentaires ci-dessous.

Crédits images: Nanobots Via Shutterstock, “L'ADN peut agir comme velcro pour les nanoparticules,”, par Argonne National Labs, “B0006421 Cellules du cancer du sein“, par Amy Dame, “Points quantiques“, par Argonne National Labs, “étude de neuro-imagerie de l'autisme“, par Ian Ruotsala, “main de la vie 2“, par l'Université Campus Bio-Medico di Roma

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