Forfattere
“Lille” har ikke nødvendigvis en klar betydning … er en bold stor eller lille? En bold er måske lille i forhold til hele planeten, men den er helt enorm i forhold til bittesmå “nano”-partikler! Hvis du ser på 1 mm på en lineal, kan der være en million nanometer på den millimeter. Nanomaterialer – det generelle navn for materialer, der er fremstillet af bittesmå partikler i nanometerområdet – er så små, at de har egenskaber, der kan være helt anderledes end “normale” materialer. Nanomaterialer kan have en række nyttige funktioner. De kan f.eks. være nyttige inden for medicin og hjælpe vores kroppe med at bekæmpe infektioner fra bakterier og vira. Nanomaterialer kan også indgå i nogle produkter for at gøre dem stærkere eller mere holdbare. På trods af deres fordele skal vi dog være forsigtige med nanomaterialer, fordi de nogle gange kan komme forbi de barrierer i menneskekroppen, der beskytter os mod fremmede indtrængere, og forårsage skade på cellerne og potentielt gøre folk syge. Lad os se, hvordan deres størrelse ændrer, hvor de kommer hen, og hvad de kan gøre.
Udtrykket “nano” kommer fra det græske ord “nanos”, som betyder “ekstremt lille”. Når vi siger nanoskala, henviser vi til et størrelsesområde på 1 til 100 nanometer (nm) – det ideelle område til undersøgelse af bittesmå partikler og materialer. For at give dig en idé om, hvor lille det er, kan du tænke på et enkelt menneskehår. Selv et hår er meget større end noget på nanoskalaen! Et hårs tykkelse varierer fra 60.000 til 100.000 nm (0,06 til 0,1 mm), og et ark papir er ca. 75.000 nm (0,075 mm) tykt. En bakteriecelle er 10.000 nm (0,01 mm), et lille rødt blodlegeme er ~7.000 nm (0,007 mm) i diameter, en svampespore er 500 nm (0,0005 mm), og en virus er lige mellem 20 og 200 nm (0,00002 til 0,0002 mm). Overvej nu dette: Radius for et DNA-molekyle er kun 1 nm!
Nanomaterialer det generelle navn for ethvert materiale i nanoskalaen kan variere fra 0,7 nm i størrelse, som f.eks. grafen og kulstofnanorør, helt op til 80 nm i form af f.eks. nanoguld [1]. Giver det dig en idé om, hvor små nanomaterialer er? Figur 1 viser, hvor store nanomaterialer er i forhold til en hund, dens tennisbold, en loppe, en dyrecelle og en bakteriecelle.
Fordi nanomaterialer er så små, har de særlige egenskaber. Figur 2 viser f.eks. brugen af grafen-nanomaterialer i skudsikre veste. Traditionelle skudsikre veste er typisk lavet af meget stærk plast. Forskere kan styrke disse skudsikre veste ved at tilføje grafenplader til plasten. Det skyldes, at grafenpladerne er ekstremt stærke, men vejer mindre end et stykke papir. Dette nanomateriale kan absorbere kuglens slag, så personen, der bærer den, ikke kommer til skade.
Hvis du synes, at 3D-print er sejt, så bare vent, til 4D-print med nanomaterialer som bittesmå byggesten bliver en realitet. Almindelige 3D-printere kan bygge fantastisk legetøj, men tænk, hvis printere kunne printe legetøj, der forvandler sig efter printning! Det er 4D-print – det bruger nanomaterialer, som ændrer form under forskellige forhold. Forskere designer disse nanomaterialer til at reagere på varme, lys eller vand, så de kan forvandles til forskellige formål. Forestil dig tøj, der bliver varmere, når du fryser! 4D-print er nyt, men det har potentiale til at gøre fantastiske ting, især inden for medicin. Forestil dig nye bandager, der skifter farve for at fortælle dig, at din krop ikke heler ordentligt, eller som kan advare dig om at udskifte bandagen med en ny. Eller forestil dig små robotter, der hjælper dig med at hele en skade [2, 3].
Nanomaterialer har også flere andre anvendelser inden for medicin. For eksempel kan læger behandle sygdomme ved hjælp af medicin i nanostørrelse, som kan nå syge celler på steder, hvor almindelig medicin ikke kan komme til. Selv visse kræftformer kan behandles med bittesmå nanomedicin, der leverer medicin lige til den specifikke del af kroppen, hvor der er brug for den [4].
Nanomaterialer kan også spille en vigtig rolle i vacciner, især i nogle COVID-19-vacciner [5]. Disse vacciner indeholder bobler i nanostørrelse kaldet liposomer. Forskere kan placere dele af virussen (eller endda instruktioner, der fortæller din krop, at den skal lave sit eget forsvar) inde i disse liposomer. Liposomerne beskytter vaccinedelene, når de bevæger sig ind i din krop, og de hjælper vaccinen med at nå frem til de rigtige celler for at udløse beskyttelse. Det kan gøre vaccinen mere effektiv og kræve færre doser. Så næste gang du får en vaccine, især mod COVID-19, er der en god chance for, at bittesmå nanomaterialer hjælper med at holde dig sund og rask! Ved hjælp af kraftige mikroskoper kan vi “se” nanomaterialer, og hvordan de interagerer direkte med menneskeceller (figur 3A).
Nanomaterialer kan også hjælpe med at rense vandforurening og gøre vores verden til et sundere sted. Endelig er nanomaterialer ved at blive mere almindelige, og de kan endda findes i nogle indpakkede snacks. De er normalt en del af emballagen og bruges til at gøre den stærkere, eller de kan endda bruges som en ingrediens i selve snacken for at holde den friskere eller endda for at bekæmpe bakterier [7]. Det er et område, der stadig forskes i, så forskerne er ved at finde ud af, hvordan man bedst bruger nanomaterialer på en sikker måde.
Nanomaterialer kommer typisk ind i menneskekroppen på tre måder. For det første kan de trænge ind gennem huden. Huden fungerer normalt som et skjold, men den kan ikke forhindre indtrængen af nanomaterialer, som f.eks. findes i nogle solcremer. For det andet kan nanomaterialer trænge ind gennem luftvejene, hvis de indåndes [8]. På grund af deres lille størrelse kan kroppen ikke udstøde dem. I øjeblikket er forskerne ikke helt sikre på, hvor slemt det er for mennesker at indånde nanomaterialer på lang sigt, men eksperimenter i laboratoriet har vist, at nanomaterialer i lungerne kan være meget slemme – nogle kan endda føre til permanente vævsskader. Endelig kan nanomaterialer komme ind gennem fordøjelsessystemet, når folk spiser fødevarer, der indeholder disse materialer som tilsætningsstoffer som farvestoffer eller konserveringsmidler.
Menneskekroppen har mange forsvarsværker mod fremmedlegemer, f.eks. slimhinderne i luftvejene og fordøjelseskanalen, som fanger fremmede stoffer, og mavens surhedsgrad (lav pH). I et surt miljø dræbes eller opløses mange typer af indtrængende stoffer. Med nanomaterialer fungerer dette ikke altid. Faktisk kan nanomaterialer binde sig til normale proteiner i maven og skabe nye strukturer, der kaldes biocoronas. Biokoronaer kan passere ubemærket gennem kroppen, som om de havde en usynlighedskappe på. Derfor opdager kroppens celler, der er specialiseret i at genkende og dræbe fremmede indtrængere, ikke nanomaterialerne og angriber dem derfor ikke.
De negative virkninger, som nanomaterialer kan have på menneskekroppen, er kendt som nanotoksicitet. I nogle tilfælde genkender cellerne nanomaterialer som farlige og forsøger at eliminere dem gennem inflammation.. Inflammation kan producere giftige biprodukter, som under normale forhold ikke gør den store skade. Men hvis der er meget inflammation, eller hvis den varer længe, kan disse giftige biprodukter skade kroppens celler eller endda få dem til at dø gennem en proces, der kaldes oxidativ stress. Forestil dig, at din krop er en legeplads, og at de giftige biprodukter fra inflammation er som små ballademagere, der hopper rundt. Normalt har din krop “legepladsmonitorer” kaldet antioxidanter, som griber fat i disse ballademagere, før de forårsager skade. Men hvis der er for mange ballademagere og ikke nok overvågere, kan tingene komme ud af kontrol! Det er lidt ligesom det, der sker under oxidativ stress, som så kan føre til endnu mere inflammation i en ond cirkel (figur 3B) [3]. Nogle nanomaterialer kan ikke fjernes eller destrueres og forbliver i kroppen i årevis. Kontinuerlig inflammation kan også føre til tumorer over tid.
Nanomaterialer giver spændende muligheder, lige fra medicinske behandlinger til oprensning af forurening. Men deres lille størrelse er et tveægget sværd. Samtidig med at den giver dem særlige egenskaber, giver den dem også mulighed for at omgå kroppens naturlige forsvar, hvilket, hvis det kommer ud af kontrol, kan forårsage betændelse og endda celledød. I takt med at forskningen i nanomaterialer fortsætter, skal vores forståelse af deres mulige risici også øges. Ved at afveje den potentielle risiko og de fantastiske fordele kan vi sikre en fremtid, hvor nanoteknologi fortsætter med at forbedre vores liv uden at påvirke vores helbred.
Nanomaterialer: Det er meget små materialer, så små, at man ikke engang kan se dem med det blotte øje.
Liposomer: Små boblelignende strukturer, der er lavet af fedt, og som bærer medicin indeni.
Biokorona: Den struktur, der opstår, når molekyler fra kroppen, som f.eks. proteiner, klæber til overfladen af et ikke-biologisk stof, som f.eks. nanomaterialer, og dybest set skjuler dem.
Nanotoksicitet: Dette er, når nanomaterialer kan forårsage skade på levende ting (mennesker, dyr og miljøet). Forskere er stadig ved at lære om dette.
Inflammation: Kroppens reaktion på infektioner og skader, der ofte viser sig som rødme og hævelse. For meget eller langvarig inflammation kan få celler til at dø på grund af oxidativ stress.
Oxidativ stress: En proces, der sker, når skadelige molekyler, der produceres af inflammation, skader cellerne. Det kan føre til sygdomme og aldring. Kroppen har et naturligt forsvar, der hjælper med at beskytte mod det.
[1] Det Nationale Forskningsråd. 2002. Små vidundere, endeløse grænser: En gennemgang af det nationale nanoteknologiinitiativ. Washington, DC: The National Academies Press.
[2] Zhu, W., Webster, T. J. og Zhang, L. G. 2019. 4D-printning af smarte biosystemer til nanomedicin. Nanomedicine. 14:1643-1645. doi: 10.2217/nnm-2019-0134
[3] Malekmohammadi, S., Sedghi Aminabad, N., Sabzi, A., Zarebkohan, A., Razavi, M., Vosough, M., et al. 2021. Smarte og biomimetiske 3D- og 4D-printede komposithydrogeler: muligheder for forskellige biomedicinske anvendelser. Biomedicines 9:1537. doi: 10.3390/biomedicines9111537
[4] Kakodkar, S., Dhawal, P. og Kadam, J. 2023. “Applications of nanomaterials in medicine: current status and future scope”, i Novel Technologies in Biosystems, Biomedical & Drug Delivery, eds. S. Kulkarni, A. K. Haghi og S. Manwatkar (Springer: Singapore).
[5] Prabhakar, P. K., Khurana, N., Vyas, M., Sharma, V., Batiha, G. E., Kaur, H., et al. 2023. Aspekter af nanoteknologi til udvikling af COVID-19-vaccine og dens leveringsapplikationer. Pharmaceutics. 15:451. doi: 10.3390/pharmaceutics15020451
[6] Puja, K., Ong, C., Bay B. H. og Baeg G. H. 2015. Nanotoksicitet: et samspil mellem oxidativ stress, inflammation og celledød. Nanomaterialer. 5:1163-80. doi: 10.3390/nano5031163
[7] Singh, R., Dutt, S., Sharma, P., Sundramoorthy, A. K., Dubey, S. A. og Arya, S. 2023. Fremtiden for nanoteknologi i fødevareindustrien: udfordringer inden for forarbejdning, emballering og fødevaresikkerhed. Global Challeng. 7:2200209. doi: 10.1002/gch2.202200209
[8] Gulumian, M., Thwala, M., Makhoba, X., and Wepener, V. 2023. Nuværende situation og fremtidig prognose for sundheds-, sikkerheds- og miljørisikovurdering af nanomaterialer i Sydafrika. South Afri. J. Sci. 119:1-7. doi: 10.17159/sajs.2023/11657
Når du læser disse ord, er hundredvis af millioner af nerveceller elektrisk og kemisk aktive i din hjerne. Denne aktivitet gør det muligt for dig at genkende ord, fornemme verden, lære, nyde og skabe nye ting og være nysgerrig på verden omkring dig. Faktisk er vores hjerner – Homo sapiens‘ – de mest fascinerende fysiske substanser, der nogensinde er opstået på jorden for ca. 200.000 år siden. Hjernen er så nysgerrig og ambitiøs, at den stræber efter at forstå sig selv og helbrede sine skrøbelige elementer, når den bliver syg. Men på trods af de seneste vigtige fremskridt inden for hjerneforskningen ved vi stadig ikke, hvordan vi skal lægge brikkerne i hjernens puslespil. Det er på grund af dette, at der for nylig er startet flere store hjerneforskningsprojekter rundt om i verden. Vi deltager i et af dem – Human Brain Project (HBP) [1]. Hovedformålet er systematisk at katalogisere alt, hvad vi ved om hjernen, at udvikle geniale eksperimentelle og teoretiske metoder til at undersøge hjernen og at sammensætte alt, hvad vi har lært, til en computermodel af hjernen. Alt dette er muligt, da vores hjerne selv har designet kraftfulde computere, internettet og sofistikerede matematik- og softwareværktøjer, som snart vil være kraftfulde nok til at modellere noget så komplekst som den menneskelige hjerne i computeren. Dette projekt vil give en ny og dybere forståelse af vores hjerne, hjælpe os med at udvikle bedre kure mod dens sygdomme og i sidste ende også lære os, hvordan vi kan bygge smartere, lærende computere. Det vigtige er, at vores hjerne kun har brug for et par måltider om dagen (og måske lidt ekstra slik) for at klare det hele – det er meget mere energieffektivt end selv en simpel computer. Lad os så fortælle dig historien om HBP.
…
Vidste du, at læger kigger på tusindvis af menneskers hjerner hver dag? På hospitaler over hele landet kigger vi ind i patienternes hjerner for at se, om noget er gået galt, så vi kan forstå, hvordan vi kan hjælpe med at behandle den enkelte patients tilstand. Hjerneafbildningsteknologi spiller en vigtig rolle i at hjælpe læger med at diagnosticere og behandle tilstande som hjerneskader . Bag kulisserne er der særlige kameraer, som giver os mulighed for at se dybt ind i patienternes hjerner hver dag.
…
Hjernen har fascineret os i umindelige tider. Nogle af de første seriøse diskussioner om den menneskelige hjerne startede i det gamle Egypten, hvor kongen af Alexandria tillod dissektioner af forbrydere i levende live for at studere menneskets anatomi [1]. De, der udførte dissektionerne, åbnede kranieknoglen og så hjernen i levende live. Da de skar gennem hjernen, opdagede de store rum inde i den. Disse rum var forbundet med hinanden som kamre i et hus. De var også fyldt med en unik, krystalklar væske, som vi nu kender som cerebrospinalvæske eller hjernevæske. De var så begejstrede for dette fund! De troede, at menneskelige sjæl befinder sig i disse væskefyldte kamre. De forsøgte at forstå, hvordan væsken bevæger sig på tværs af disse kamre, fordi de troede, at det kunne forklare, hvordan det menneskelige sind fungerer.
…
Vidste du, at den mad, du spiser, påvirker dit helbred? Vigtigst af alt kan det, du spiser, have en negativ effekt på det mest komplekse organ i din krop: din hjerne! Utroligt nok påvirker den mad, du spiser, neuronerne, som er de vigtigste celler i hjernen. I hjernen forårsager en usund kost, der er rig på fedt og sukker, betændelse i neuroner og hæmmer dannelsen af nye neuroner. Det kan påvirke den måde, hjernen fungerer på, og bidrage til hjernesygdomme som depression. På den anden side er en kost, der indeholder sunde næringsstoffer som f.eks. omega-3-fedtsyrer, gavnlig for hjernens sundhed. En sådan kost forbedrer dannelsen af neuroner og fører til forbedret tænkning, opmærksomhed og hukommelse. Alt i alt gør en sund kost hjernen glad, så vi bør alle være opmærksomme på, hvad vi spiser.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife
