Sairauksien diagnosointi

Terveydenhuoltosektori käyttää nanoteknologiaa yhä enemmän. Tarkoituksena on parantaa testien tarkkuutta ja nopeutta sekä saada selville tiettyjen terveysongelmien aiheuttajat. Nanomateriaalien avulla voidaan ehkä myös vähentää virhediagnoosien riskiä.

 

Laadukkaampaa lääketieteellistä kuvantamista

Tietokonetomografian (TT) ja magneettikuvauksen (MRI) kaltaisista kuvantamismenetelmistä on tullut korvaamattomia tilanteissa, joissa lääkärit tarvitsevat tarkan kuvan potilaan kehon sisäpuolesta. Näiden kuvien laatua parannetaan sekä TT- että MRI-kuvantamisessa erikoisaineilla, joita kutsutaan varjoaineiksi. 

Osa varjoaineista aiheuttaa kuitenkin epätoivottuja sivuvaikutuksia, esimerkiksi pahoinvointia tai lieviä ihottumia. Perinteisten aineiden tilalla voidaan käyttää nanohiukkasia, koska niillä on osoitettu olevan vähemmän sivuvaikutuksia.

TT-kuvauksissa käytetään kullan, vismutin ja volframin nanohiukkasia, koska niiden avulla voidaan vähentää röntgensäteilyn voimakkuutta. Tuloksena on parempi kontrasti ja selkeämpi lopullinen kuva. Magneettikuvauksia varten tutkitaan parhaillaan erilaisia gadolinium-, mangaani- ja rautapohjaisia nanohiukkasia. 

Nanohiukkasten käyttäytymistä kehossa voidaan muuttaa muokkaamalla niiden pintaa erilaisilla molekyyleillä. Muokkaus mahdollistaa hiukkasten kohdistamisen tiettyihin kudoksiin tai soluihin. Tämä voi auttaa havaitsemaan syöpämuodostumat varhaisessa vaiheessa tai tunnistamaan suuririskiset ateroskleroosiplakit, jotka aiheuttavat sydänongelmia.

 

Nopeampaa, edullisempaa ja tarkempaa biomolekyylien havainnointia

Nykyaikainen lääketiede perustuu myös biologisten nesteiden, kuten veren ja virtsan, analysointiin. Siten havainnoidaan tiettyjä biomolekyylejä, kuten DNA:ta, vasta-aineita ja proteiineja, jotka voivat ilmaista sairauden. Näitä biomolekyylejä havainnoimalla ja analysoimalla voidaan varmistaa, että jokainen potilas saa mahdollisimman tehokkaan hoidon. 

Nanomateriaalien avulla voidaan kehittää nopeampia ja luotettavampia menetelmiä eri biomerkkiaineiden havainnointiin ja potilaan hoitovasteen seurantaan. Näissä menetelmissä hyödynnetään monia erilaisia materiaaleja, kuten kultaa, piidioksidia, kvanttipisteitä ja grafeenipohjaisia materiaaleja. Niiden optisia, magneettisia ja katalyyttisiä ominaisuuksia voidaan manipuloida ja siten mahdollistetaan erilaisia havainnointitapoja.

Nanomateriaalien pintaan voidaan kiinnittää erilaisia biomolekyylejä, esimerkiksi DNA:ta, jolloin muodostuu nanorakenteita. Yhdessä nämä rakenteet toimivat hyvin pieninä ”nanomerkkivaloina”, jotka antavat signaalin, kun biologisesta nesteestä otettu näyte sisältää tietyn taudin merkkiaineen. 

 

Nanoteknologian mahdollistamat päälle puettavat anturit

Iho on kehon laajin elin. Hiki ja muut ihonalaiset nesteet sisältävät monia biologisia merkkiaineita, joista voimme saada tietoja terveydestämme. Koska iho on näkyvissä (toisin kuin useimmat muut elimemme), voimme hyödyntää sitä terveytemme seurantaan ilman kajoavaa testausta. 
Päälle puettavat anturit ovat laajeneva markkina-alue, ja niiden tulevassa kehityksessä nanomateriaalien odotetaan olevan tärkeässä asemassa. Jotta päälle puettavat anturit toimisivat, niiden on oltava joustavia ja kevyitä. Lisäksi niiden on tunnistettava erilaiset biologiset signaalit tarkasti. Koska nanomateriaalit, esimerkiksi hiilinanoputket, grafeeni ja eri metallien nanohiukkaset, ovat pienikokoisia, niiden ansiosta pienoisantureja voidaan lisätä tekstiileihin ja muihin vastaaviin materiaaleihin sekä päälle puettaviin laitteisiin.
Vaikka moniin näistä kehitysaskelista tarvitaankin lisätutkimuksia – myös niiden turvallisuuden arviointia – nanomateriaaleilla on tärkeä asema lääketieteellisessä diagnostiikassa tulevina vuosina.