(PhysOrg.com) -- In de toekomst, computers van nanoformaat die in het menselijk lichaam zijn geïmplanteerd, kunnen autonoom scannen op ziekte-indicatoren, diagnose van ziekten, en controleer de afgifte van de juiste medicijnen. Hoewel dit scenario nog tientallen jaren ver weg is, onderzoekers hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van vroege soorten biomoleculaire computers.

In een recente studie gepubliceerd in Nano-letters , Professor in computerwetenschappen Ehud Shapiro en co-auteurs van het Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israël, hebben een biomoleculaire computer ontwikkeld die autonoom veel verschillende soorten moleculen tegelijk kan waarnemen. In de toekomst, dit detectievermogen zou kunnen worden geïntegreerd met een enorme biomedische kennis van ziekten, zodat computers kunnen beslissen welke medicijnen ze vrijgeven.

"We stellen ons computerapparatuur ter grootte van een nanometer (gemaakt van biomoleculen) voor die door ons lichaam zwerven op zoek naar ziekten in een vroeg stadium, ” vertelde co-auteur Binyamin Gil van het Weizmann Institute of Science: PhysOrg.com . “Deze apparaten zouden ziekte-indicatoren kunnen detecteren, diagnose van de ziekte, en behandel het door het toedienen of activeren van een therapeutisch biomolecuul. Ze kunnen in de bloedbaan terechtkomen of in cellen van een specifiek orgaan of weefsel opereren en als preventieve zorg worden gegeven.”

De ontwikkeling bouwt voort op de eerdere demonstratie van de onderzoekers van een biomoleculaire computer die bestaat uit een tweestatensysteem gemaakt van biologische componenten (DNA en een restrictie-enzym). De computer, die in vitro werkt, begint bij de Ja-status. In elke rekenstap, de computer controleert één ziekte-indicator. Als alle indicatoren voor de geteste ziekte aanwezig zijn, de berekening eindigt in de staat Ja, het stelt namelijk een positieve diagnose; als ten minste één ziekte-indicator niet wordt gedetecteerd, het eindigt in de staat Nee.

Eerder, Shapiro's groep toonde aan dat deze biomoleculaire computer ziekte-indicatoren kon detecteren uit mRNA-expressieniveaus en mutaties. In de huidige studie, de onderzoekers hebben het vermogen van de computer uitgebreid om ook ziekte-indicatoren van miRNA's te detecteren, eiwitten, en kleine moleculen zoals ATP. Tegelijkertijd, de detectiemethode van de computer is eenvoudiger dan voorheen, waarbij minder componenten en minder interacties met de ziekte-indicatoren nodig zijn.

Zoals de onderzoekers uitleggen, het detecteren van een combinatie van verschillende ziekte-indicatoren is veel nuttiger dan het detecteren van slechts één, omdat het zorgt voor een betere nauwkeurigheid en een grotere gevoeligheid voor verschillen tussen ziekten. Bijvoorbeeld, zij merken op dat in het geval van schildklierkanker, de aanwezigheid van het eiwit thyroglobuline en het hormoon calcitonine kan een veel betrouwbaardere diagnose mogelijk maken dan wanneer slechts één van deze ziekte-indicatoren zou worden gedetecteerd.

Hoewel het vermogen om verschillende ziekte-indicatoren te detecteren een belangrijke stap is in de richting van in vivo biomoleculaire computers en programmeerbare medicijnen, er zijn nog veel obstakels die onderzoekers daarbij moeten overwinnen.

"De grootste uitdaging is het bedienen van dergelijke apparaten in de leefomgeving, zoals de bloedbaan of het cytoplasma van de cel, ' zei Gil. "Momenteel ontwikkelen we apparaten die afhankelijk zijn van eenvoudigere machines (bijvoorbeeld geen restrictie-enzym) of van de eigen machinerie van de cel."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.