“Algumas aplicações médicas da Nanorobótica”...

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“Algumas aplicações médicas da Nanorobótica”

(Nanomedicina)

Application of Nanorobotics (Nanobots)

A Nanorobótica descreve a tecnologia de produzir máquinas ou robôs em uma nanoescala.

‘Nanorobôs’ é o termo usado para se referir a estas nano-máquinas.

Até recentemente ‘nanorobôs’ eram apenas hipotéticos.

‘Nanorobôs’ já começam a aparecer de forma experimental e em breve avançarão com aplicações em muitas áreas a medida que a manipulação de objetos de tamanho nano vai sendo dominada.

‘Medical application of Nanorobotics’ — Nanomedicine______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

O campo da medicina é esperado receber a maior parte das melhoriasque esta tecnologia vai proporcionar (Nanomedicina)

Isto é porque a Nanorobótica vai fornecer a possibilidade de transportar um grande número de ‘nanorobôs’ em uma simples injeção.


Além disso, designs que incluem um interface de comunicação permitirá adaptações à programação a ao funcionamento dos ‘nanorobôs’ já no corpo.

Isso melhorará a ‘monitorização’ e o ‘tratamento’ de doenças ao mesmo tempo que reduzirá a necessidade de procedimentos invasivos.


Image Credit: Volodymyr Horbovyy/ Shutterstock.com

Os nanorobôs penetrarão em muitos campos da medicina através da manipulação de objetos de tamanho nano.


Investigações recentes tentam desenvolver aplicações de ‘nanorobôs’ no campo da hematologia.

Nanorobotic applications in the field of Hematology

Isso inclui desde o desenvolvimento de métodos artificiais de transportar oxigênio no corpo, após um trauma de grande dimensão, até a melhoria da capacidade de coagulação do sangue no evento de hemorragiasperigosas.


‘Respirocytes’ (‘respirócitos’) são ‘nanorobôs’ que serão criados para funcionar como glóbulos vermelhos (‘red blood cells’) artificiais.

Em emergências, em situações em que o paciente para de respirar e a circulação sanguínea cessa, ‘respirocytes’ poderão ser injetados na corrente sanguínea para transportar gases respiratórios até o paciente estabilizar.

Respirocytes

‘Medical application of Nanorobotics’ — Hematology______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

‘Respirocytes’ serão capazes de fornecer 200 vezes mais moléculas de gás respiratórias que os glóbulos vermelhos (‘red blood cells’) naturaiscom o mesmo volume.

O termo ‘Respirocytes’ (‘respirócitos’) foi criado pelo investigador Robert Freitas, no seu paper “A Mechanical Artificial Red Blood Cell: Exploratory Design in Medical Nanotechnology” em 1996.

How Respirocytes work


Os Respirocytes não podem ser maiores que os vasos capilares humanos, com diâmetro médio de 8 mícrons, para terem acesso imediato a todos os tecidosvia vasos sanguíneos.

Quão será o tamanho desse nosso glóbulo vermelho artificial?

Respirocytes

Na verdade os vasos sanguíneos podem ser tão pequenos quanto 4 mícrons.


Os glóbulos vermelhos naturais são discos bicôncavos e medem 7,8 mícrons x 2,6 mícrons.

Respirocytes

glóbulos vermelhos naturais(‘red blood cells’)

Na proposta original de Robert Freitas, cada Respirocyte poderá armazenar e transportar 236 vezes mais oxigênio do que um glóbulo vermelho natural, e poderia liberá-lo de uma maneira mais controlada.

Ray Kurzweil supôs que tais Respirocytes permitiriam que um humano adulto corresse em alta velocidade por pelo menos 15 minutos sem respirar.


‘Clottocytes’ (‘clotócitos’) são outro tipo de ‘nanorobôs’ que vão funcionar como plaquetas (‘platelets’) artificiais para estancar sangramentos.

A capacidade de coagulação de uma injeção de Clottocytes é 10.000 vezes mais efetiva que um volume igual de plaquetas naturais.

Clottocytes


‘Clottocytes’ vão imitar as plaquetas (‘platelets’) naturais na sua capacidade de se acumularem no sangramento, para formar uma barreira, desenrolando uma malha fibrosa que prendem os glóbulos vermelhos (‘red blood cells’) quando o ‘nanorobô’ chega ao local do ferimento/lesão.

Clottocytes


A capacidade de coagulação em uma injeção de ‘clottocytes’ será 10.000 vezes mais efetiva que um volume igual de plaquetas (‘platelets’) naturais.

Clottocytes

Os ‘clottocytes’ representam um exemplo de benefício exclusivamente nanotecnológico que não poderia, nem mesmo em princípio, ser alcançado pela biotecnologia.

Os ‘clottocytes’ são nanorobôs esféricosde aproximadamente 2 mícrons de diâme-tro, alimentados por

soro oxiglicose(‘serum oxyglucose’) e controlados por um nano-computador à bordo (onboard nano-computer).


Resumindo:

‘Clottocytes’ são plaquetas (‘platelets’) artificiais.

‘Respirocytes’ são glóbulos vermelhos (‘red blood cells’) artificiais.


Nanorobotic applications in the field of Cancer Detection and Therapy

As taxas de sobrevivência ao cancro melhoram com a deteção prematura.

‘Nanorobôs’ projetados (‘designed’) com capacidades de deteçãopoderão fornecer um diagnóstico de cancro em um estágio muito inicial e desta forma aprimorar o prognóstico da doença.

‘Medical application of Nanorobotics’ — Cancer Detection and Therapy______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Isso significa que ‘nanorobôs’ irão responder a sinais e receber instruções programadas e ao mesmo tempo farão a transmissão de dados que eles acumularam.

‘Nanorobôs’ com sensores químicos embutidos (‘embedded’) podem ser projetados (‘designed’) para detetar tumores no corpo.

Os designs correntes incluem o emprego de tecnologias de comunicaçãointegradas, onde sinais (two-way) são produzidos.


Uma interface simples para reportar o que está acontecendo pode ser produzida com o uso de ‘nanorobôs’ estrategicamente posicionados no corpo.

Instruções poderiam adaptar ‘in vivo’ para permitir monitorização e cura de alvos ativos.

Estes ‘nanorobôs’ serão capazes de recolher informação fornecida por outros ‘nanorobôs’ ativos que estarão viajando na corrente sanguínea


‘Nanorobôs’ com sensores químicos podem também ser utilizados para terapia.

Programados para detetar níveis diferentes biomarcadores de cancrotal como ‘e-cadherins’ e ’beta-catenin’.

Terapia pode ser fornecida em ambas fases do cancro: primária e metastática.


‘Nanorobôs’ têm a vantagem de produzir tratamento direcionado ao alvo

Hoje, tratamentos de cancro têm efeitos secundários bastante severoscausados pela destruição de células saudáveis.

Tratamentos direcionados ao alvo podem ser formados por um designde ‘nanorobôs’ com sensores ‘chemotactic’ nas suas superfícies que correspondem a antigenes específicos nas células cancerígenas.

‘Nanorobôs’ injetados na corrente sanguínea do paciente, irão carregar medicamentos diretamente para células cancerígenas, sem afetar as sadias


‘Nanorobôs’ também terão aplicações úteis na defesa de riscos biológicos (‘bio-hazard’)

Isso inclui a melhoria na resposta à doenças epidémicas

Nanorobotics applications for Bio-hazard Defense

‘Medical application of Nanorobotics’ — Bio-hazard Defense______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

‘Nanorobôs’ com biossensores a base de proteínas serão capazes de transmitir informação em tempo real (‘real-time’) de áreas onde infraestrutura publica é limitada e análises laboratoriais são indisponíveis

Isso é particularmente aplicável na monitorização biomédica de áreas devastadas por doenças epidémicas assim como em missões humanitáriasem países remotos ou em zonas de guerra.


‘Nanorobótica’ pode também reduzir contaminação e proporcionar um rastreio eficaz nos períodos de epidemia.

No caso de uma epidemia de gripe (‘influenza epidemic’) por exemplo, o aumento das concentrações da enzima alpha-NAGA na corrente sanguíneapoderão ser usadas como um biomarcador para a gripe.


Esse aumento da concentração iria provocar que o ‘nanorobô’ enviasse sinais eletromagnéticos emitidos diretamente para tecnologia portátil, como um telemóvel/smartphone, por exemplo

A informação seria então retransmitida via o sistema de telecomunicaçãoapontando o local infetado da pessoa doente, e com isso aumentando a velocidade de recuperação


Enfim, a ‘Nanorobótica’ vai poder proporcionar um exército de robôscom proporções minúsculas entrar no corpo humano para:

o atacar células cancerígenas,

o destruir bactérias e vírus,

o inserir medicamentos em células específicas,

o desobstruir artérias,

o realizar cirurgias minimamente invasivas,

o aumentar índice de fertilidade,

o neurocirurgias em lesões de nervos na espinha dorsal,

o tratamento de aneurismas cerebrais,

o tratamentos dentários,

o etc.


o problemas cardiovasculares,

o problemas pulmonares,

o diabetes,

o inflamações e infecções de vários tipos,

o doenças neurológicas,

o mal de Alzheimer,

o mal de Parkinson,

o outras doenças degenerativas,

o eliminação de pedra nos rins,

o a oncologia (uma das áreas mais promissoras para a nova tecnologia)

Entre as possíveis aplicações da Nanomedicina estão tratamentos de


As aplicações da Nanotecnologia não são apenas para o tratamentode doenças, são também para

o o diagnóstico,

o a prevenção

das mesmas


[1] Yamaan Saadeh, B.S. & Dinesh Vyas, M.D. 2014. Nanorobotic Applications in Medicine: Current Proposals and Designs, American Journal of Robotic Surgery, 1, pp. 4-11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4562685/

[4] Cavalcanti, A. et al. 2008. Nanorobotic hardware architecture for medical defense, Sensors, 5, pp. 2932-2958. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3675524/

[2] Saha, M. 2009. Nanomedicine: promising tiny machine for the healthcare in future – a review, Oman Medical Journal, 24, pp. 242-247. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3243873/

[3] Saxena, S. et al. 2015. Design, architecture and application of nanorobotics in oncology, Indian Journal of Cancer, 52, pp. 236-241. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26853420

[5] Healthcare Technology, Jan 2017. Nanorobots Introduction and its Medical Applications. http://triotree.com/blog/nanorobots-introduction-and-its-medical-applications/

[6] Shelley Stoakes, Nov 2017. Application of Nanorobotics (Nanobots). https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4679

Sources / References:

‘Medical application of Nanorobotics’ — Referências______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Felippe de Souza

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Departamento de Engenharia Eletromecânica

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