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颠覆性医疗革命：未来科技与医疗的无缝对接 [:1700802201]
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颠覆性医疗革命：未来科技与医疗的无缝对接 趋势17 生活在我们血液中的纳米机器人
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作为1871年一个思想实验的一部分，苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）想象有很多微小的“恶魔”，可以在某一时间重新改变一个原子。不过“分子工程”这一术语是由麻省理工学院教授罗伯特·亚瑟希佩尔（Arthur Robert von Hippel）在20世纪50年代创造的。1959年12月29日傍晚，在美国物理学会年会上，著名物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）在他晚餐后的演讲中描述了如何将整个大英百科全书写在一枚大头针的针头上，如何将世界上所有的书装进一个小小的手掌机里。
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20世纪70年中期，作为思想实验的延续，麻省理工学院的一名本科生金·埃里克·德雷克斯勒（Kim Eric Drexler）设想分子大小的机器可以制作几乎任何东西。德雷克斯勒在1981年的一篇期刊文章中首次发表了他的想法。他又在后来的一本书中描述了纳米技术在未来的可能作用，它将彻底改变科学技术的一些领域，并导致医学、人工智能和天文学上的突破。他设想的“合成器”可以以任何合理的顺序安装组合原子，从而使我们能够建立几乎只要符合自然法则的任何东西。“合成器”还能够自我复制，这样“合成器”的数量可以呈指数式增长，从而使大量生产成为可能。1991年我们发现了碳纳米管，它的强度大约是钢的100倍，重量却只有钢的六分之一，并具有不寻常的导热和导电性。目前正在飞往木星的朱诺航天器就是采用碳纳米结构复合材料提供电气接地，释放静电，并减轻重量。从一开始，这一技术在医学上的使用就很迫在眉睫。纳米医学就是专指使用10-9纳米级别的材料的医学学科。不妨大胆想象一下，在不久的未来，我们的血液中微小的纳米机器人可以检测疾病。几十年以后，我们甚至可能消灭“症状”这个词，因为没有人会产生任何疾病症状。这些微小的机器人将我们身体内可能产生的任何病变症状的警报发送到我们的智能手机或数码隐形眼镜中。这些未来想法可能比我们预想的还要更早到来。纳米机器人、微型摄像机、用于靶向药物递送的特殊胶囊，以及用于癌症治疗磁性纳米颗粒已经被化学家、工程师和生物学家开发出来了。其中的某些应用已经开始在动物或人身上进行测试，甚至还有一些已经提供给医生使用了。据2014年欧洲技术平台（European Technology Platform）纳米医学的统计，已经有70余款产品运用于临床试验，涵盖疾病的类别主要包括神经变性、肌肉骨骼疾病以及某些炎症等。有77款产品已经在市场上使用，这些市场包括纳米药物递送（44款）、医药（18款），以及成像、诊断和生物材料（15款）等领域。
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一个纳米机器人改变医学的例子就是在活的人体细胞里面放置合成的纳米发动机（nanomotors），并通过超声波控制它们。据研究小组的负责人说，未来使用合成纳米发动机来研究细胞生物学有可能是个新途径。纳米发动机也可通过从内部机械操纵细胞来治疗癌症和其他疾病，比如，可以执行细胞内手术或直接将药物递送到活组织。
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令人惊讶的是，纳米发动机在低超声功率下对细胞的影响不大，但在提高功率后，它们会在细胞内移动，撞击细胞结构，调和细胞的内容物，甚至刺破细胞壁。他们的存在可能使1966年拍摄的一部电影《神奇旅程》（Fantastic Voyage）中所描述的故事成真：纳米发动机在体内循环、沟通、诊断并完成治疗的整个过程，完全不需要人的介入。在电影中，医务人员登上实验潜艇，然后潜艇急剧缩小，并注射到患者体内，以摧毁威胁人体生命的大脑中的血凝块。
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今天这样的潜艇被称为防凝块纳米机器人（clottocyte nanorobot）。它也可以发挥类似于血小板的功能，粘在一起，以形成血凝块止血。这种纳米机器人可以存储纤维，当它们遇到伤口后，会迅速释放纤维以创建一个凝块，所需时间相比血小板凝集的时间少很多。血液中专食微生物（microbivore）的纳米机器人像白血细胞，通过设计可以更快和更有效地杀灭细菌或类似侵入物。细菌或病毒感染可能在几分钟内就被清除，而抗生素则需要几天的时间。纳米机器人也没有其他潜在的副作用。
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类呼吸（Respirocyte）纳米机器人，其作用就像红细胞一样，但比天然红血球可能携带更多的氧气，以治疗贫血患者。它们还可能带有传感器，来测量血液中的氧的浓度。有一天，血液可能成为纳米机器人和人类细胞共同的储存库和共生系统。
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无尽的机会
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大量的学说都已经演示了纳米技术可以从基础上改变医学和医疗保健。与一般的治疗相比较，细胞修复纳米机器人可以在细胞水平上更准确地执行手术。
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利用微针贴进行疫苗递送可以提供更便宜、更简单和更安全的递送方法，而传统的疫苗递送需要熟练的专业人员进行操作，并且有被感染的风险。微米尺度的微针上面涂有疫苗的干制剂，在打完针之后几分钟内溶解吸收。研究表明，麻疹疫苗可以固定在微针上，和标准皮下注射有同等功效。
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创建药物直接攻击癌细胞，而不会损坏其他组织，已被证明是一种治疗宫颈癌的安全有效方法。瑞典研究人员已经开发出使用磁性纳米粒子，迫使肿瘤细胞自毁，而不像放疗和化疗会伤害周围组织。它主要用于癌症的治疗，但也可以用于其他疾病，比如I型糖尿病。展望未来，我们可以开发出可编程的纳米粒子，为目标人体组织提供胰岛素，来启动细胞的生长和组织再生。在手术中，可编程的纳米粒子可以被注入血液中去寻找和去除受损细胞，长出新的细胞，或执行其他程序。
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对神经变性疾病如帕金森综合征，纳米器件可以在中枢神经系统内引导再生，穿过血脑屏障输送药物，植入神经刺激药物，以及传输智能生物材料。纳米海绵可以在我们的血液中循环，吸收和排除体内毒素。纳米活检器（Nanobiopsy）可以帮助提取细胞物质，如一部分线粒体，以用于医疗分析。另外，纳米器件还可以测量胰岛素水平，并为那些有需要的细胞提供胰岛素。基于眼前这些潜在的发展，有望通过纳米颗粒使身体脂肪分布成像，而且人工胰腺也将成为可能。
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就像注射了纳米材料的小鼠可以恢复瘫痪肢体，将干细胞固定在损伤位点可以缩短恢复的时间。新型植入材料和表面技术能帮助预防常见的植入感染。纳米技术革新所带来的机会很多，而这仅仅是个开始。
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其中最具前瞻性的实验证明，基于DNA的纳米机器人可插入活的蟑螂，在某一特定时间根据命令执行逻辑操作，例如，释放在其内存储的分子。这种纳米机器人，也称作折纸机器人（origami robots），因为它们可以展开并提供药物，并最终能够执行复杂的程序，包括诊断和治疗。其中最令人惊讶的是，输送和控制这些纳米机器人的精度，几乎等同于一个完美的计算机系统。而我们需要尽快解决的一个问题是，对于这些进入身体的纳米机器人，我们的天然免疫系统会如何作出反应。第一个可以逃过机体的免疫防御的DNA纳米器件在2014年诞生：这可能会为我们利用智能DNA纳米机器人进行逻辑诊断，发现癌变组织，并在需要的人体位置制造治疗药物打开一扇门。被称为protocells的微生物容器可以检测食品中致病菌和饮用水中的有毒化学物质。
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生活在血液中的纳米机器人的理念
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今后，隐形纳米机器人可以刻意激活免疫系统，以对抗癌症，或者抑制器官移植排斥反应。癌症等各种疾病患者可以从中受益，这些精确的、分子级工具可以同时诊断和治疗疾病组织。人类在这个方向上迈出的一大步使得DNA纳米颗粒可以被身体接受，而不是被人体免疫系统摧毁。
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一些乐观的未来学家认为，智能药物一类的纳米医学将会帮助人类预防所有疾病，甚至延缓衰老，使我们在各方面看起来都像是超人。
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形成一个新的社区
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安德拉斯·帕斯特马（András Paszternák ）博士是国际纳米科学共同体的创始人，他和我一起讨论了实现纳米技术可能需要的步骤。
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他认为，成本是纳米技术广泛采用的主要障碍。如果投资者能看到高投资回报，那么纳米医疗产品就会顺利到达病人那儿。纳米技术普遍适用于所有的医院和医生将需要一些时间，但预计在未来的3到5年将是一个大的高潮期。人们对已经添加到清洗材料和食品添加剂的纳米颗粒仍然存在疑问。这样的颗粒进入我们的肺或心脏会有什么潜在的风险？
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安德拉斯认为，科学家之间的联系和沟通是个大问题。因此，他发起了NanoPaprika组织来解决这一问题。
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现在我们有来自80多个国家的7500名成员。由于NanoPaprika组织的存在，让好多学生都找到了博士和博士后岗位，以及有关纳米技术的最新进展信息。高级研究人员可以找到优秀的学生，发布新闻分享他们的成果，寻找新的合作伙伴。 Nanopaprika就像是一个能开放源代码的通道，将对纳米技术着迷的人连接在一起，并分享科学领域的最新新闻。
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由于一些限制和潜在的危险，使得纳米技术会很缓慢地进入我们的日常生活。还有一些技术问题，比如，纳米机器人如何导航，感知周围的环境，并在身体内移动；他们如何发现问题，并相互沟通；它们与主体相互作用时的生物相容性如何等。
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