Nanoteknologi – en ny medisinsk verden

Emner: 
forskning
muligheter
nanomedisin
nanoteknologi
ny medsin
Denne artikkelen ble skrevet for bloggen Tidsskriftet publiserte i tidsrommet 2010-2014. Der presenterte vi frittstående kommentarer.
23. mai 2002 presenterte Dagens Medisin den første artikkelen i en serie kalt Nanoteknologien - en ny medisinsk verden. Artikkelserien var basert på en rekke samtaler artikkelforfatteren, Anne-Lise Bakken, hadde med undertegnede tidligere det året, og var et slags første forsøk på å gjøre det norske medisinmiljøet oppmerksom på de utfordringene og mulighetene deres fagfelt sto overfor. Resultatet var nokså blandet. Uttrykk som “uvitenskapelig vrøvl” og “spekulative påstander” fløy over debattlandskapet, ofte i nær sammenheng med at man påpekte at undertegnede, Terje Berg, var astrofysiker, og “hva vet vel de om medisin?”. For meg ble denne opplevelsen ett av flere eksempler på at en futurulog må stålsette seg for angrep fra “ekspertene” hver gang han eller hun uttaler seg. Men - som alltid før - var mine meninger og uttalelser basert på en inngående kjennskap (og vennskap) til giganter hvis viten langt overgår min: fra Richard Feynman - et av det forrige århundrets store vitenskapelige genier - i 1959 uttalte de bevingede ord om at “there is plenty of room at the bottom”, via utgivelsen av første bind av min gode venn Robert Freitas’ monumentale fembinds verk Nanomedicine i 1999, til vi i dag står i en virkelighet der nanomedisinen har gått fra å være et “eksotisk” forskningsområde til å bli et hovedtema i moderne medisinsk vitenskap. Det som er litt spesielt med nanomedisinen, er at utviklingen sjelden skjer i “rene” medisinske miljøer, men oftere i krysningene mellom medisin og andre ikke-medisinske vitenskaper. Erfaring og kunnskap hentes fra områder som informasjonsteknologi, materialvitenskap, biovitenskap og energivitenskap, for å nevne noen. Ergo er feltet nok vanskeligere å få oversikt over enn vanlige - mer spissede - medisinske temaer. For å finne ut hvorfor det er slik, tror jeg vi bør sneie innom en slags definisjon på hva vi snakker om. Enkelt sagt er nanomedisin “nanoteknologi applisert på medisinske utfordringer”, en definisjon som kjapt leder oss frem til søken etter den neste: Hva er nanoteknologi? I min verden defineres nanoteknologi som “studier og bevisst manipulasjon av materie på en atomær eller molekylær skala”. Og en slik skala er? Én nanometer (nm) er en milliarddel av en meter. Av det følger at ett enkelt sukkermolekyl er 1 nm i diameter. DNA-spiralen er 2 nm i tverrsnitt. Et typisk virus er 75 nm stort. En rød blodcelle er ca. 7 000 nm, og de fleste andre animalske celler har en diameter i størrelsesorden 10 000 til 20 000 nanometer. Sagt på en “folkelig” måte: Én nanometer er lite, og de fleste andre ting vi forholder oss til, er ganske så enorme i sammenlikning. Mulighetene som det gir - å bevege seg i denne delen av meterskalaen - gjelder ikke bare de åpenbare fordelene i størrelse, så som at nanopartikler enklere trenger gjennom cellemembraner, men også at kjente materialer får helt nye egenskaper. Fra medisinsk praksis har det lenge vært kjent at nanopartikulært sølv har strålende antibakterielle egenskaper, og fra rakettforskningen vet vi at (nano-)aluminium er et høyeffektivt sprengstoff. Begge deler jeg tror de fleste av oss er glad for at ikke gjelder i makroskala når vi spiser søndagsmiddagen med sølvbestikk eller setter aluminiumsfelger på bilen vår. Men tilbake til saken: Hvorfor er nanomedisin viktig? Vi kan sikkert være enige om at menneskets helse er basert på dets, og omgivelsenes, biologi, og at biologiens fundament er molekylært. Å tenke på medisin som studier og bevisst manipulasjon av materie på en molekylær skala, bør derfor kunne gi en del mulige fordeler. I EUs rammeprogram sier man det slik: Nanomedisin har “potensiale til å muliggjøre tidlig deteksjon og forebygging av sykdom, samt kraftig å forbedre diagnostikk, behandling og oppfølging av sykdommer”. I USA der man, som vanlig, snakker i litt større bokstaver, sier man i National Nanotechnology Initiative at: “Nanomedisin vil være en av de største velsignelser i menneskets historie. Det vil gjøre at leger kan redde millioner av liv og forebygge epidemier som i dag spres i store populasjoner.” Og hvordan har man tenkt at dette skal skje? Nanomedisin vil påvirke mange områder, og selv om vi ikke kan gå inn på alle her, er det noen felt vi allerede i dag ser fremskritt på:

Farmakologi

  • Medisinleveranse: Dendrimer - makromolekyler med enorm overflate i forhold til volum - kan levere terapeutiske virkestoffer og andre biologisk aktive molekyler direkte i det vevet som man ønsker å behandle. Spesialdesignede liposomer kan også gjøre samme nytte.
  • Sykdomsforståelse: Nanoteknologiske muligheter for større granularitet gir økt innsikt i når, hvor og hvordan sykdomstilstander oppstår, i tillegg til hvordan disse i neste steg kan forebygges og behandles.
  • Nye medisiner: Basert på økt forståelse lager man stadig nye typer medisiner, som forenklet sagt er mer treffsikre enn deres forgjengere. Et nettsøk etter “cancer smart bombs” vil gi deg et hint om noe av det som skjer.

Implantater

  • Flere systemer for vevsreperasjon og -erstatning er under utvikling. Noen er basert på kroppens egne metoder, ofte relatert til stamceller, mens andre igjen er utviklet under det voksende fagfeltet “syntetisk biologi”.
  • I kombinasjon med punktet over lages i dag flere typer implantater -alt fra syntetisk hud, via bruskerstatninger, opp til komplekse biologiske systemer - gjennom å koble nanomolekylær modellering sammen med en eksplosjon av muligheter for tredimensjonal “printing”.
  • Sensorer: et nytt felt i enorm vekst, der spesielt retina- og cochleaimplantater er i skuddet for tiden.

Kirurgiske hjelpemidler

  • Smarte verktøy: Nye typer verktøy som endrer funksjon, avhengig av det vevet de brukes i. Øker også kirurgens presisjon gjennom å stabilisere verktøyet (mot variasjoner i håndbevegelser) i området 50–100 mikrometer.
  • Autonome roboter: Kirurgiske roboter har vært på markedet lenge. Det nye er autonome (selvlærende) roboter som i enkelte - spesielt militære - sammenhenger erstatter kirurgen. Dette er eksempler på verktøy som er indirekte påvirket av nanoteknologi, gjennom muliggjøringen av mindre, kraftigere og mer robuste datamaskiner.

Diagnostiske og prediagnostiske verktøy

  • Gentesting: Nanostrukturer som karbonnanorør (CNT) og nanoporer øker hastigheten og følsomheten hos systemer som er avhengige av rask tilbakemelding om tilstedeværelsen av gitte gensekvenser, som i onkologien.
  • SMD (Single Molecule Detection): Nye former for visuell tilbakemelding er mulig gjennom nanotagging av interessante molekyler og vev (søk på Quantum Dots). Superfølsomme vektsystemer er også på plass. Disses vektarmer kan detektere vektforskjeller i forskjellige typer enkeltmolekyler.
  • Lab-on-a-chip: Systemer for medisinsk prøvetaking og feedback som gjennom bruken av nanoelektromekaniske systemer (NEMS) gir høyere følsomhet, raskere resultat og lavere kostnad enn tradisjonelt laboratoriearbeid.
  • AI-baserte diagnosesystemer: Den økende granulariteten som nanomedisinen muliggjør, er ikke av det gode dersom vi ikke lenger ser skogen (pasienten) for bare trær (tusenvis av prøveresultater). I så måte er diagnosesystemer basert på kunstig intelligens nå i full bruk. Et eksempel er IBMs “Watson”-systemer.

Personifisert medisin

  • 1000 dollar genom: Som en basis for muligheten for denne typen medisintenkning, også kalt individualisert medisin eller genomfarmasi/pharmacogenomics, er fremveksten av nanomaskinelle systemer som etter hvert (i 2013) vil tilby fullsekvensering av mitt og ditt genom til en kostnad på 1000 dollar, levert i løpet av en dag. For å vinne prisen - ja, for dette er en oppsatt pris - må systemet levere 100 komplett (98%) sekvenserte genom i løpet av 30 dager med en feiltoleranse på 1 til 1 million.
  • Selv om vi alle vet at det er langt igjen til en oversikt over genomet eventuelt kan si oss noe om sykdomssammenhenger, er det likevel interessant å få en raskere tilbakemelding om gensammensetninger til celler. ikke minst som en basisreferanse, der endringer i genom kan gi oss raskere og mer treffsikre tilbakemeldinger i for eksempel onkologiske sammenhenger.
På mange områder ser vi altså allerede i dag at overgangen fra tradisjonell medisin til nanomedisin vil kunne sammenliknes med informasjonsteknologiens utvikling som overgangen fra vakumrør til silisiumtransistorer muliggjorde. Og på samme måte som i IT-historien, står vi overfor en situasjon der medisinsk tenkning kontinuerlig blir utfordret av nye metoder på stadig flere områder. I alle fall sier forskernes visjoner det. Men som vi alle vet: En visjon uten penger til å backe den opp kalles gjerne en hallusinasjon. Så hvor kommer pengene fra? De siste tiårene har det vært fem store pengekilder:
  • Romfartsindustrien, som, fordi man ønsker å sende mennesker ut i rommet i lengre tidsrom, må finne en løsning på kreftgåten. Grunnen er at kosmisk stråling over tid med all sannsynlighet vil føre til mutasjoner i biologisk vev.
  • Det militære, som gjennom sin søken etter “supersoldaten” lenge har forsket på metoder for å forbedre menneskelig yteevne langt ut over det naturlig utvikling og trening vil muliggjøre.
  • Farmasøytisk industri.
  • Veterinærmedisin, som er en indirekte løype mot humanmedisin, og som utnytter det faktum at enkelte typer animalsk vev til forveksling likner på humant, og at man i tillegg kan gjøre genetisk forskning på dyr som ikke vil være tillatt på mennesker.
  • Store, private fond som støtter opp om forskning innenfor SENS-området (Strategies for Engineered Negligible Senescence), som har som mål å utvikle, promotere og sikre allmenn tilgang til livsforlengende bioteknologiske løsninger på aldringsrelatert uførhet og sykdom.
I tillegg til disse kommer selvfølgelig nasjonale og internasjonale satsinger, som de tidligere nevnte National Nanotechnology Initiative (USA) og ETP Nanomedicine (EU). Også her til lands har vi etter hvert kommet på banen gjennom flere forskningsrådsfinansierte satsinger og enkelte modige oppstartsselskaper. Førstnevnte kan sikkert det Sintef-baserte Norwegian Nanomedicine Network si mer om, og sistnevnte kan i skrivende stund eksemplifiseres gjennom selskapet Epitarget, som utvikler “nanotechnology drugs” til bruk i kreftbehandling. For ordens skyld: Jeg har ingen interesser i noen av disse. Med bakgrunn i alt dette: Hvor går vi? Hvilke videre utviklingstrekk ser vi at nanomedisinen legger grunnlag for? Igjen er dette temaer som er altfor store for en liten kronikk som denne, men la meg kort peke på noen muligheter som alle har passert hallusinasjonsstadiet:
  • Diagnostiske systemer vil løpende kunne monitorere cellers internkjemi.
  • NEMS (se over) utstyrt med trådløs kommunikasjon vil kunne sirkulere i kroppens blod- og lymfesystemer og varsle om uheldig utvikling i deres kjemiske balanse.
  • NEMS vil også løpende kunne monitorere puls, hjerneaktivitet og andre funksjoner.
  • Implanterte sensor- og depotsystemer vil kunne lagre medisiner og hormoner og slippe disse ut i kroppen dersom ubalanse eller sykdom oppstår (et “must” for romfartsindustrien som skal sende mennesker til Mars, et godt stykke unna fastlegen).
  • Defibrillator- og pacemakersystemer som kan påvirke enkeltceller.
  • Syntetiske antistoffer, kunstige røde og hvite blodceller og antivirale “smart bombs”.
I dag er ingen av disse i klinisk bruk, men når man ser på både forskningsresultater og finansiering av disse, vil de kommende årene medføre en eksplosjon av nanomedisinske systemer og metoder, til alles nytte og glede. Eller kanskje ikke alle? Vi ser allerede i dag eksempler på en uheldig utvikling innenfor nanomedisinen som går på hvem som skal ha tilgang på denne typen behandlingssystemer. Det er et fåtall av oss som i dag har råd til fullsekvenserte genom eller de mest høyteknologiske implantatene. Og dette er tegn på en utvikling som vil aksellerere i en - for flertallet av oss - særs uheldig retning dersom du og jeg ikke gjør jobben vår ved å holde et øye med hva som skjer, og deretter maser på dem rundt oss som kan gjøre noe med det. Gjør vi ikke det, vil fort uforutsette, men helt sikkert enorme, etiske dilemmaer overstrømme og poteniselt drukne våre allerede belastede helse- og forsikringssystemer. Det farligste vi kan gjøre i denne sammenhengen, er etter min mening å gjenta den generelle reaksjonen på artikkelen i Dagens Medisin fra 2002: Dette kan vi glemme, for det skjer ikke! La oss heller erkjenne at noe skjer, og at det er til vårt felles beste at så mange som mulig av oss søker å forstå den utviklingen som allerede er godt i gang. Du kan jo begynne ved å følge lenkene i denne artikkelen. Og finner du ikke det du søker etter der - eller om du lurer på andre ting - er du hjertelig velkommen til å spørre meg!

Kommentarer

(0)
Denne artikkelen ble publisert for mer enn 12 måneder siden, og vi har derfor stengt for nye kommentarer.