نانوفناوری در پزشکی

نانوفناوری پزشکی بهره‌گیری از فناوری نانو در علم پزشکی است.نانوفناوری پزشکی تأثیرات شگرفی را در بسیاری از حوزه‌های پژوهشی همچون مهندسی بافت، حسگرهای زیستی مبتنی بر سلول، میکروآرایه‌های پرتوان و پزشکی ترمیمی داشته است. نکته ای را که در زمینه فناوری نانو می‌بایست مد نظر قرار داد این است که فعالیت در ابعاد نانومتری کلید اصلی در ساخت تکنولوژی‌های جدید برای تمامی حوزه‌های پژوهشی پزشکی است.از دیدگاه مولکولی، پزشکی مدرن هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد. مثلاً امروزه از داروهایی استفاده می‌کنیم که شامل ساختار محدودی از مولکول‌ها هستند. این ملکولها برای درمان یک بیماری خاص به کار می‌روند. به کمک نانوفناوری پزشکی، محصولات دارویی می‌توانند مثل ماشین‌های هوشمند برنامه‌ریزی شوند. آنها به حسگرهایی مجهزند که می‌توانند قدرت تصمیم‌گیری و تأثیرپذیری از محیط را برای ماشین‌ها فراهم کنند. این ماشین‌ها می‌توانند مانع از عوارض جانبی و واکنش‌های حساسیت زا را گردند. داروهای جدید خود را با بدن سازگار می‌کنند و تنها با رسیدن به مقصد نهایی عمل اختصاصی خود را که در واقع همان درمان است انجام می‌دهند که به این عمل دارورسانی هدفمند می‌گویند. آنها می‌توانند قبل از فعال شدن دارو از آزاد شدن مقدار بیشتر از حد آن جلوگیری کنند و مانع بروز مسمومیت شوند. درمان و پیشگیری بیماری‌ها از قابلیت‌های چشمگیر نانوفناوری پزشکی به شمار می‌رود. این فناوری با استفاده از نانو ابزارها و نانو ساختارهای مهندسی شده، اعمالِ ساخت، کنترل، دیدن و ترمیم سیستم زیستی انسان در مقیاس مولکولی را انجام می‌دهد. ابزارهای بسیار ابتدایی نانوفناوری پزشکی می‌توانند برای شناسایی بیماری و توزیع دارو، و همچنین توزیع هورمون در بیماری‌های مزمن و نقص‌های سیستم بدن به کار روند. ابزارهای بسیار پیشرفته تر، از قبیل نانو روبات‌ها هستند که به عنوان جراحان کوچک داخل بدن عمل می‌کنند. نانوبوت‌ها، روبات‌هایی هستند که اندازه آنها در حد نانومتر باشد. چنین ماشین‌هایی می‌توانند با ورود به داخل سلول‌ها ساختار آسیب دیده آنها را تغییر دهند و درصدد ترمیم آنها برآیند. آنها قادرند خود را تکثیر کنند یا نواقص ژنتیکی را با جابه‌جا کردن یا دستکاری مولکول‌های DNA برطرف سازند. تاکنون اکثر نگاه‌ها بر مواد نانومتری در حوزه پزشکی بر مبنای کاربردهای آنها به عنوان ایمپلنت یا ساخت ظروف کشت سلولی بوده چرا که خصوصیات مکانیکی مواد نانومتری در این حوزه بسیار چشمگیر می‌باشد. علاوه بر ویژگی‌های یاد شده، نانومواد بسترهای دینامیکی مناسبی را فراهم سازند که این بستر بخاطر نیروهای فیزیکی، برهمکنش‌های شیمیایی و توپوگرافی علاوه بر برهمکنش مستقیم سلول سبب تحریک سلول و اختصاصی شدن آن گردند.میکرو و نانو ساختارها سبب ایجاد تغییرات متعددی همچون همترازی، افزایش طول، قطبیت، مهاجرت، تکثیر و بیان ژن در سلول‌ها می‌گردد.نانوفناوری پزشکی همچنین می‌تواند به بررسی توانایی‌های ساختارهای نانویی در تمایز سلول‌های بنیادی بپردازد.

نور عامل روشنایی جهان است. اما آیا این نور تنها توسط واکنش‌های شیمیایی تولید می‌شود؟ اخیراً مشخص شده است که نور توسط سلول‌های ما نیز تولید می‌شود و جزء اجزا اصلی تشکیل دهنده محیط داخلی بدن انسان‌ها است. نور را می‌توان جزء غیر مادی بدنمان که ما را با محیط اطراف مرتبط می‌سازد، در نظر گرفت. وجود این نور درونی در سال۱۹۲۰ توسط جنین شناس روسی بنام Alexander Gurwitsch کشف شد و نهایتاً توسط بیوفیزیست‌های از ۱۹۶۰ مطابق با آخرین پیشرفتهای علوم تکنولوژی منتشر شد. تمام ارگانیسم‌های زنده، از جمله انسان تابش ضعیفی را از خود ساطع می‌کنند که توسط چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست، اما توسط فوتو مالتی پلایر که سیگنال‌های ضعیف را چندین میلیون برابر تقویت می‌کند، قابل اندازه‌گیری می‌باشد و محققان را قادر می‌سازد تا این سیگنال‌ها را بصورت نمودار ثبت کنند. سلول‌ها و تمام ارگانیسم‌ها زنده تا قبل از مرگ پالس‌های نوری با شدت‌های متعدد (کمی بیش از ده‌ها هزار فوتون در ثانیه بر سانتیمتر مربع) از خود ساطع می‌کنند. این شدت برابر است با مشاهده نور شمع از فاصله ۱۵ مایلی و صدها میلیون بار ضعیف تر در مقایسه با روشنایی روز. این تابش‌های سلولی، بعنوان تابش‌های بیوفوتونی شناخته شده‌اند. گروه فریتس پاپ در آلمان نشان دادند که این فوتون‌های تابش یافته از یک بازه طول موجی ۲۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر برخوردار بوده و شامل فوتونهای نورمرئی نیز می‌شوند، و تعداد فوتونهای ساطع شده از چند فوتون تا چند صد فوتون در ثانیه بر سانتیمتر مربع سلول زنده می‌تواند تغییر کند. با استفاده از روشهای آزمایشگاهی بسیار دقیق که شامل استفاده از شمارش کننده‌های تک فوتونی (Single photon counters)، نشان داده شد که این تابش از یک میدان فوتونی تقریباً همدوس (Coherent) سرچشمه می‌گیرد و منابع اصلی این تابش، ملکول DNA و تشدیدگرهای کاواکی(Cavity resonators) داخل سلول بوده و مکانیسم این تابش شامل انباشت فوتون‌ها در کاواک‌ها و کانال‌های اطلاعاتی (که توسط نیروهای کازمیر فعال می‌گردند)، می‌شود. ارتباط نزدیکی مابین این تابش و لومینسانس تأخیری (Delayed luminescence) از سلول که ناشی از حالت‌های وانگیخته میدان همدوس فوتونی آن می‌باشد، وجود دارد و اینکه می‌توان این تابش را یک تنظیم کننده اصلی و حمل کننده اطلاعات مربوط به حیات در نظر گرفت. امروزه مبحث استفاده از خواص فوتون‌های زیستی جهت تعیین فیزیولوژی سلولی و آشکار سازی تخریب سلولی در پدیده‌هایی مانند شروع و رشد عارضه سرطان، در مرزهای دانش جهانی قرار گرفته است.