Neskladje

Na ravni mikroskopskega sveta so zdajšnja kirurška orodja velika in groba, čeprav je celični in molekularni ustroj našega tkiva droben in natančen. Obstaja torej veliko neskladje med zmožnostmi zdajšnjih pripomočkov in orodij ter takšnih, ki bi jih potrebovali za zdravljenje poškodb tkiva. Z vidika celic so zdajšnji skalpeli velikanske kose ... Z rezanjem po tkivu pustijo za sabo veliko mrtvih in poškodovanih celic.

Če ...
Toda če bi imeli kirurška orodja, ki bi bila velika kot molekula, bi lahko razvili medicinsko tehnologijo, ki bi omogočila neposredno zdravljenje na ravni molekul in celic, torej tam, kjer tičijo osnovni vzroki bolezni in slabega zdravja. Kombinacija učinkovitih zdravil in inteligentnega krmiljenja kirurškega skalpela bi utegnila prinesti velikanski korak naprej v zmogljivosti zdravljenja.

Atomi na prava mesta

Nanotehnologija je molekularna proizvodnja, ali povedano preprosteje, izdelovanje stvari in predmetov na ravni atomov, tako da prestavljamo posamezne atome ali molekule. Včasih so ta izraz uporabljali na opisovanje katerekoli tehnike, ki je sposobna delati z velikostmi, manjšimi od mikrona. Molekularna nanotehnologija pa v osnovi pomeni "natančno postavljanje posameznih atomov na pravo mesto". Nanotehnologija z upoštevanjem znanih fizičnih lastnosti atomov in molekul predlaga konstrukcijo naprav, velikih nekaj nanometrov. Bistvo je v upravljanju posameznih atomov in njihovem postavljanju natanko tja, kjer so potrebni za izgradnjo želene strukture. Ta možnost je zdaj na dosegu rok.

Nobelovec Richard Feynman je že leta 1959 prvi opozoril na možnost izdelave tako miniaturnih sistemov z besedami: "Načela fizike ne nasprotujejo možnosti premikanja snovi atom po atom."

Nanotehnologija v medicini

Nanotehnologija bo omogočila izdelavo na atomski ravni. To pomeni, da bi lahko izdelovali drobcene napravice, ki bi jih bilo mogoče namestiti v biološko celico, pri čemer jih ne bi ovirala pri delu. Medicinski monterji (assemblers) bi patruljirali po telesu, opremljeni s popolnim poznavanjem DNK osebe, v kateri se nahajajo, in sproti odstranjevali vse tujke in vsiljivce. Takšni "celični stražarji" bi lahko opravljali funkcijo umetnega imunskega sistema; ne bi nas varovali samo pred obstoječimi boleznimi, ampak tudi vsemi bodočimi virusnimi ali bakterijskimi mutacijami.

Nanoroboti

Najosnovnejša funkcija nanomedicinskih naprav bo ugotavljanje bolezni (zdaj v ta namen uporabljajo kemične teste), notranjo kemijo v telesu pa bi lahko nadzirale nanonaprave. Gibljivi nanoroboti, opremljeni z brezžičnimi oddajniki, bodo krožili po krvnem in limfnem obtoku ter poslali opozorilo vsakič, ko bi se porušilo kemično ravnovesje. Podobne fiksne nanonaprave, vgrajene v živčni sistem, bodo nadzirale srčni utrip, možgansko dejavnost in druge funkcije.
Najnaprednejša oblika nanomedicine bo uporaba nanorobotov kot miniaturnih kirurgov. Takšne naprave bodo lahko popravile poškodovane celice ali vstopile v celico in nadomestile poškodovano celično strukturo ali ji pomagale. Na najvišji stopnji bodo nanonaprave lahko nadomeščale same sebe ter popravljale genetske pomanjkljivosti, bodisi s popravljanjem ali nadomeščanjem molekul DNK.

Nanocelični stražarji

Nanoračunalniki in monterji bodo tako majhni, da jih bodo lahko vstavili v celice, ne da bi jih to oviralo pri njihovih funkcijah, pri tem pa bi opravljali številne dodatne naloge. Monterji ne bodo potrebovali podatkov o vrsti bolezni, ki nas napada, saj bodo uničili vse, kar ni zapisano v naši DNK.Virusi, paraziti in bakterije nenehno mutirajo in iz tega izhajajo nove bolezni našega naravnega imunskega sistema. Teoretično bi nas moral nanocelični stražar varovati tako pred sedanjimi kot pred prihodnjimi boleznimi. Da bi razvili imunost na določene bolezni, se ne bo več treba cepiti.

Možnosti za nadzor snovi na molekularni ravni bi lahko mnoge presenetile z neželenimi učinki. Če bi na primer lahko poslali miniaturne naprave pod inteligentnim nadzorom v človeško celico, zakaj bi bili omejeni z normalno človeško temperaturo 37 oC?

Zdravljenje z medicinskimi roboti

Pri nanomedicinski terapiji bolniku vbrizgajo nekaj kubičnih centimetrov mikrorobotov. Edina sprememba, ki jo opazimo, je ta, da bolnik izredno hitro okreva. Večino neželenih učinkov, kot sta vročina in srbež, je mogoče nadzirati, omejiti ali celo odpraviti z uporabo ustreznih novih nanorobotov.

Nanoroboti delajo natanko to, kar jim zdravnik naroči - in nič več. Takoj ko opravijo delo, jih zdravniki izločijo iz telesa, tako da je nevarnost "starih nanorobotov", ki bi povzročali neprijetnosti po terapiji, zelo majhna.

Primer medicinskega robota

Respirocit, medicinski nanorobot, ki ga je pred nekaj leti oblikoval Robert A. Freitas ml. z inštituta za molekularno proizvodnjo, je umetna mehanska rdeča krvnička. Gre za drobcen rezervoar, ki ga lahko napolnimo z devetimi milijardami molekul kisika in ogljikovega dioksida. Z nadzorovanim postopkom lahko respirocit izpušča enega od plinov. Med prehajanjem nanorobota skozi pljučne kapilare notranji računalnik izda navodila, naj se vsrka O2 in doda CO2, ko pa se naprava znajde blizu tkiva, ki potrebuje kisik, se zgodi obraten postopek. Iz kapsule se izpušča kisik in vsrkava ogljikov dioksid. Respirocit sicer posnema delovanje naravnega hemoglobina v rdeči krvnički, vendar lahko dostavi kar 236-krat več kisika na enoto kot ista količina naravnih rdečih krvničk.

Nanorobot je učinkovitejši od biološkega izvirnika, ker material, iz katerega je izdelana naprava (diamant), dovoljuje delovanje pod višjim pritiskom. In kaj če bi v krvni sistem dodali liter respirocitov? Dih bi lahko zadrževali skoraj štiri ure in mirno sedeli na dnu bazena ali tekli na vso moč 15 minut, ne da bi nam bilo treba vdihniti!To je dokaj preprosta medicinska nanonaprava, ki pa je neverjetno uporabna, tudi če jo uporabimo v razmeroma majhnih odmerkih. Druge, veliko zapletenejše naprave, bodo imele večjo uporabnost in možnosti delovanja.

Nasprotniki nanomedicine

Kljub navdušenju pa ima nanomedicina tudi nasprotnike. Javnost je spet priča siloviti razpravi med nekritičnimi navdušenci in tistimi, ki zagovarjajo bolj apokaliptično vizijo prihodnosti. Pesimisti izrabljajo obstoječe strahove pred gensko spremenjenimi organizmi in svarijo pred avtomatično spremenjenimi organizmi v nanoznanosti. Vodilna strokovna medicinska revija Lancet kljub pomislekom prepoznava potencialno vrednost nanotehnologije za človekovo zdravje, zlasti zaradi izrednih možnosti, ki jih odpira v medicini, zato je svojo pomladansko številko v celoti posvetila tej najnovejši znanosti o najmanjšem zdravniku, majhnem kot celica.