نانوتکنولوژی در پزشکی

اگر پیشرفتهای کنونی بتوانند معیاری برای سنجش پیشرفتهای آینده باشند ، احتمالاً در همین دهه ، انقلاب ششم صنعتی ،یعنی ساخت دستگاهها در مقیاس نانومتر اتفاق خواهد افتاد .

مقیاس میکرومتر که هزار برابر کوچکتر از میلیمتر است ، اساس فناوری تراشه های کامپیوتر را تشکیل می دهد . حافظه های CPU , ROM , RAM ، همگی مشخصه هایی دارند که اندازه آنها بر حسب میکرومتر سنجیده می شود . تمامی فناوری پردازنده ها ،‌‌در اصل برای کاهش حجم مدارها از میلیمتربه میکرومتر است . با روشهای سنتی ،‌توانسته است تا مقیاس میکرومتر پیش رود اما پیشرفت بیشتر در کاهش حجم با روشهای سنتی امکان پذیر نخواهد بود چرا که در مقیاسهای کوچکتر از میکرومتر در کاهش حجم ، ماهیت موجی الکترون بارز میشود .
اگر یک میکرومتررا هزار بارکوچکترکنیم به مقیاس نانومتر خواهیم رسید . مقیاسی که در آن اتمها به اجسامی ملموس تبدیل میشوند.

یک مکعب به حجم یک نانو متر مکعب ، 176 اتم دارد. طراحی و ساخت در این مقیاس به یکپارچگی و همکاری علوم مختلفی نظیر فیزیک ، شیمی ، مهندسی برق ،‌مکانیک و کامپیوتر نیاز دارد . و این حیطه جدید از علم را مهندسی مولکولی و یا نانوتکنولوژی مولکولی (Molecular Nano technology ) می نامند . هدف مهندسی مولکولی،‌ساخت سیستم هایی است که هزار بار کوچکتر از کوچکترین دستگاههای فعلی می باشد.تا همین اواخر ، این مسئله بیشتر به رویا می ماند چرا که نیاز به پیشرفتهایی داشت که تا آینده دور در اختیار انسان قرار نمی گرفت . اما این موقعیت امروزه در حال تغییر است.
همانطور که گفته شد ، بزرگترین مانع برای نانوتکنولوژی ، حد امکان کوچکتر کردن دستگاهها ، با روشهای فعلی می باشد . اما امروزه انسان در حال کسب مهارتهایی است که به او این امکان را می دهد که سیستم های نانومتری مورد نیازش را در حد مولکولی و از پایین به بالا بسازد . بعبارت دیگر لازم به کوچکتر کردن دستگاههای موجود نیست بلکه مولکولهای مورد نیازش را بصورت اتم به اتم خواهد ساخت.
برای ساخت و ساز اتمی ، مشکل عمده دیگری نیز وجود دارد وآن مسئله زمان است . ساخت یک دستگاه پیچیده که تعداد زیادی اتم دارد و نیز ساخت نمونه های زیاد از یک دستگاه خاص با روش فوق الذکر، بسیار وقت گیر است . اما امروزه شیمیدانها در زمینه طرح وتولید مولکولهایی که امکان خود مونتاژی و تولید مثل دارند، پیشرفت های چشمگیر نموده اند و حتی جایزه نوبل شیمی در سال 1987 به همین زمینه کاری تعلق گرفت.در حقیقت با این روش ماشینهای مولکولی را مجبور به تهیه کپی از خودشان می نمایند تا با ایجاد یک واکنش زنجیره ای ، تعداد زیادی ماشین در مدت زمان کم ساخته شود . در سایر علوم مرتبط نیز پیشرفتهایی رخ داده است که امکان مهندسی مولکولی را به تدریج فراهم نموده است . مثل پیشرفت در توانایی مدل سازی و شبیه سازی سیستم های کامپیوتری ، ساخت دستگاههای الکترونی که در سطح مولکولی کار میکنند(شرکت تگزاس اینسترومنت، ترانزیستورهایی ساخته است که در مقیاس مولکولی کار میکند) ،ساخت سیم های کوانتومی با پهنای حدود 30 نانومتر با روش لیتوگرافی اشعه ایکس و نیز ساخت مواد جدیدی بنام نانو کامپوزیت ها که از 100تا 1000 اتم تشکیل شده اند.
اگر پیشرفتهای کنونی بتوانند معیاری برای سنجش پیشرفتهای آینده باشند ، احتمالاً در همین دهه ، انقلاب ششم صنعتی ،یعنی ساخت دستگاهها در مقیاس نانومتر اتفاق خواهد افتاد .

این تکنولوژی چه فایده ای دارد ؟
مهمترین فایده این تکنولوژی بهبود در تکنیک های ساخت و ساز است . ساخت وسازهای مولکولی باعث ایجاد دستگاههایی با دقت اتم خواهد شد . و این خود باعث ساخت دستگاههای متنوع مورد نیاز می شود . کنترل سیستم ها از مقیاس ماکروبه مقیاس میکرو تبدیل می شود و بطور هم زمان هزینه های ساخت نیزکاهش می یابد .یکی ازمهمترین پیشرفتها در حیطه علوم پزشکی رخ خواهد داد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت .نانوتکنولوژی تمام جنبه های زندگی ما را تحت تاثیر قرارخواهد داد : از آبی که می خوریم تا هوایی که تنفس می کنیم ، هنگامی که قدرت بکارگیری ماشین هایی در سطح مولکولی داشته باشیم ، قادر به ساخت سیستم هایی خواهیم بود که بطور انتخابی مواد سمی و ارگانیسم ها را از هوا یا آب حذف نمایند و در حقیقت یکی دیگر از مهمترین پیشرفتها در حیطه طبیعت و حفظ آن صورت خواهدگرفت. نانو تکنولوژی در زمینه فضانوردی نیز مفید خواهد بود . هزینه حمل هر کیلوگرم بار توسط فضا پیما حدود بیست هزار دلار می باشد . با بکار گیری نانو تکنولوژی ، انسان می تواند از وسایل کم حجم و درعین حال متنوع تری برای تحقیقات فضایی استفاده نماید و پیشرفت هایی که در زمینه پزشکی رخ خواهد داد ، امکان ایجاد تطابق بیشتر انسان با محیط های خارج کره زمین را فراهم می نماید . در زمینه صنایع نیز فواید نانوتکنولوژی ، ناگفته مشخص است . بکارگیری دستگاههای نانومتری در تعمیرات ،‌کنترل کیفی ، ساخت وساز صنعتی ، کاهش خطرات صنعتی برای انسان وپیشرفت در ساخت وسائل با مقیاس های بزرگ ، بسیار تاثیر گذار خواهد بود.
نانوتکنولوژی در پزشکی : NanoMedicine
اکثر بیماریها بعلت آسیب در سطح سلولی و مولکولی ایجاد می شوند و روشهای درمانی فعلی نسبت به این مقیاس بسیار بزرگ و زمخت محسوب می شوند . از نقطه نظر سلولی ، حتی یک اسکالپل ظریف نیز ، بیشتر به سلولها آسیب می رساند تا ترمیم و معالجه .نانو تکنولوژی امکان ساخت ماشین های پیچیده مولکولی را فراهم کرده است که حتی از سلول های بدن نیز کوچکتر هستند . این ماشین های کوچک ( Nanobots ) با کنترل برنامه ریزی شده کامپیوتری قادرند که در سطح سلولی و مولکولی به درمان بپردازند .

این دستگاه های کوچک قادرند مانند سیستم های طبیعی بدن به حمل و نقل مولکول ها بپردازند و می توانند ابزار آلات ظریف را جهت مقاصد تشخیصی و درمانی منتقل نمایند، امکان شناخت بیشترپدیده های مولکولی مانند واکنش با رسپتور های سطح سلولی و استفاده از آنها برای مقاصد درمانی را فراهم کنند،‌قبل از ایجاد بیماری و با شروع تغییرات مولکولی ، اخطار دهند ، و خود تغییرات ایجاد شده را اصلاح نمایند و بعبارتی دیگر بدن انسان را همیشه در یک حالت Tune-up دائمی نگه دارند.
◄ Nanobot های جراحی قادر خواهند بود از سوراخهای طبیعی پوست بدن وارد شوند و وظایف خود را انجام دهند ،‌می توانند در سطح سلولی و مولکولی اقدام به حذف یا ترمیم نمایند و بخیه های مولکولی بزنند . بدین معنا ، وقتی که یک برش بزرگ جهت مقاصد جراحی لازم باشد، فرآیند ترمیم نیز با اتمام جراحی ، کامل خواهد شد .
◄ داروهای فعلی برای رسیدن به محل اثر خود ، در تمام بدن انسان پخش می شوند . این مسئله شاید برای انسولین لازم باشد اما مطمئناً برای داروهای کموتراپی بی ضرر نیست با استفاده از Nanotechnologyامکان انتقال داروها به سلولهای هدف فراهم می آید و از ایجاد عوارض جانبی برای بافت های دیگر و حتی سلولهای دیگر جلوگیری می کند .

حتی امکان ساخت مواد شیمیایی لازم در محل توسط Nanobots ها فراهم می شود وبه وارد کردن دارو ازخارج بدن،نیازی نخواهد بود.
◄ در زمینه پیوند اعضا نیز ناتوتکنولوژی بکار می آید. امکان ساخت اعضای طبیعی بدن توسط سلولهای خود شخص بیمار و نیز امکان ساخت اعضای مصنوعی فراهم خواهد شد.

دستگاه هایی که توسط این تکنولوژی ساخته شوند ، از منابع انرژی طبیعی بدن ( مثل گلوکز ) استفاده می کنند و نسبت به حالات بدن حساس بوده و واکنش نشان می دهند .
◄ بدن انسان دارای تعداد بسیار زیادی از مکانیسم های پیام رسانی شیمیایی و عصبی است که امکان کنترل اعضای مختلف و فعالیت هماهنگ آنها را فراهم آورده است . با تغییر دادن این پیامها می توان به مفهوم Heterostasis رسید که در آن اعضا و سیستم های مختلف بدن دارای تصویری متفاوت از آنچه که اکنون هستند ، خواهند شد .
تحقیقات زیادی صورت گرفته است تا بهترین حالت ترکیب کاری اعضای مختلف بدن تعیین شود و آشکار شده است که بدن انسان بطور طبیعی در بهترین حالت Optimum از لحاظ ترکیب اعضای مختلف قرار گرفته است.اما در برخی حالات غیر طبیعی ، شاید Heterostasis مفید باشد.مثلا بجای آنکه سعی کنیم ارگان جایگزین شده دقیقاً مثل ارگان طبیعی کار کند ، میتوانیم واکنش های سایر اعضا نسبت به آن راتغییر دهیم تا در کل سیستم بدن مشکلی ایجاد نشود . یا در حالاتی مانند شوک سپتیک که بسیاری از آثار زیانبار و گاه کشنده آن بعلت واکنش های زنجیره ای بدن انسان می باشد ، با قطع کردن ارتباط سیستم های مختلف می توان جان بیمار را نجات داد. در زمینه ایجاد Heterostasis ، ناتوتکنولوژی و نانوبوت ها براحتی میتوانند ایفای نقش کنند.
◄ سلولهای بدن انسان دارای توالیهای خاصی از DNA بنام تلومر می باشند که با هر تقسیم سلولی کوتاهتر می شوند.با کوتاه شدن تلومر ها ، قدرت تقسیم سلولی کم شده و سلول پیر می شود.با استفاده از نانوتکنولوژی میتوان از کوتاه شدن تلومر ها جلوگیری کرد و در نتیجه مانع پیری سلول شد . البته اینکار باید با احتیاط صورت گیرد،چرا که کوتاه شدن تلومریکی از مکانیسم های طبیعی ضد سرطان بدن انسان می باشد .
◄ یکی از علل آسیب سلولی ، تجمع مواد زیانبار داخل سلولی است که می تواند باعث و بانی بسیاری از بیماریها شود.بیماریهایی مانند آلزایمر ، هانتینگتون ،آمیلوئیدوز کهنسالی و… همگی در اثر تجمع مواد داخلی سلولی ایجاد می شوند.
Nanobot ها می توانند از سلولی به سلول دیگر بروند و مواد زائد داخل آنرا جذب و تجزیه نمایندو مانع بسیاری از بیماریهای مذکور شوند.
◄ ماده ژنتیک انسان دائماً در معرض آسیب ناشی از مواد شیمیایی و اشعه است . تغییرات و آسیب های DNA می تواند زمینه ساز بیماریهای مختلفی باشد . Nanobot ها علاوه بر اینکه می توانند مواد شیمیایی مضر را جذب و تجزیه نمایند ، قادرند DNA انسان را تحلیل نموده و آسیب ها را رفع نمایند و حتی بطور دوره ای کروموزوم را با کپی های بدون اشتباهی که قبلاً تهیه کرده اند جایگزین نمایند .
◄ سلولهای سرطانی از بسیاری جهات با سلولهای طبیعی فرق دارند و سیستم ایمنی انسان از روی نشانگرهای سطح سلول می تواند سلولهای سرطانی راشناسایی و نابود کند. اما عمل سیستم ایمنی بدن کافی نبوده و در بسیاری از موارد قادربه شناسایی و نابودکردن سلولهای سرطانی نیست.Nanobot ها می توانند وارد سلولهای سرطانی شوند وتمام مواد شیمیایی داخلی آن و حتی نسخه DNA آن را تحلیل نمایند و به درستی سلول سرطانی را شناسایی نمایند و ازبین ببرند.
◄ سلولهای مغز انسان تقسیم ناپذیرند و با مرگ سلول مغزی ، جانشینی برای آن وجود نخواهد داشت.در این مورد نیز نانوتکنولوژی مفید است . آنها میتوانند با تنظیم سیستم شیمیایی سلول مانع مرگ آن بشوند، مواد شیمیایی مضر را از بین ببرند، وحتی با تقلید کردن اعمال سلولی،پس از مرگ سلول آنرا شبیه سازی نمایند.
◄ میکروبها و ویروسهای بیماریزا با مکانیسمهای مختلفی می توانند از نابود شدن در بدن انسان بگریزند و ایجاد بیماری نمایند . مثلا Ebola آنقدر سریع پیشرفت می کند که سیستم ایمنی بدن نمی تواند پاسخ دهد و یا Herpes که باعث تغییردر ژنوم سلول می شـود .

توسط نانوتکنـولوژی و برنامه ریزی Nanobot ها می توان به سرعت عوامل پاتوژن را شناسایی و نابود کرد . حتی در مواردی که یک عامل بیماریزای جدید وجود دارد می توان سریعاً با استفاده از تغییر در برنامه Nanobot ،عوامل ناشناخته را شناسایی و نابود کرد .
◄حوادث یکی از مهترین علل مرگ ومیر در سطح جهان است .تروماهای فیزیکی، مسمومیت ها ،خفگی ها و … همگی می توانند بسرعت باعث مرگ انسان شوند.
با استفاده از Nanobot ها دائمی و ساکن در بدن(Permanent Nanobots ) میتوان جان انسان را در برابر حوادث حفظ کرد .آنها قادرند بسرعت و با رساندن اکسیژن به سلولهایی که در معرض کمبود آن قرار گرفته اند ،‌ ازمرگ سلولی جلوگیری نمایند،فرآیند ترمیم را سرعت ببخشند ومسمومیتها را رفع کنند

مواردی که در زمینه کاربرد نانوتکولوژی در طب ذکر شد ، اکثراً از مواردی بوده اند که جزو محدودیت های طب به شمار می روند . و در حقیقت نانوتکنولوژی در مرحله ای مهم از تاریخ طب، به یاری انسان آمده است . اکثر محققان عقیده دارند که نانوتکنولوژی هدفی دست یافتنی است و هنگامی که نانوتکنولوژی در دسترس قرار گیرد ، انقلاب بزرگی در علم طب ایجاد خواهد کرد. در بسیاری از موارد تکنیک های فعلی تشخیص و درمان را بهبود خواهد بخشید و درمواردی نیز تنها راه ممکن برای تشخیص یا درمان بیماریهای لاعلاج فعلی خواهد بود.

نوشته شده توسط دکتر نعمامحمدیان روشن

منبع :انجمن درمانگران ایران