Chimistul american Chad Mirkin, care a primit premiul RUSNANOPRIZE anul acesta, a declarat pentru RIA Novosti despre modul în care nanoparticulele sale vor deschide epoca medicinei genetice, vor netezi ridurile de pe fețele femeilor și ne vor vindeca de cancer și și-a împărtășit gândurile despre cum când nanomașinile pot distruge lumea.
Chad Mirkin este unul dintre principalii chimisti americani implicati in dezvoltarea nanoparticulelor asamblate din molecule sferice de ADN si combinatii de ADN sau ARN cu metale si alte materii anorganice. Pe lângă nanotehnologia „organică”, Mirkin lucrează activ la dezvoltarea tehnologiilor de „tipărire” a nanostructurilor, care pot fi utilizate la fabricarea dispozitivelor electronice și optice.
Mirkin a fost considerat unul dintre principalii concurenți pentru Premiul Nobel pentru chimie din 2013 și a fost, de asemenea, nominalizat în trecut pentru Premiul RUSNANOPRIZE, care a fost acordat de Rusnano din 2009 pentru evoluțiile științifice și tehnologice sau invențiile din domeniul nanotehnologiei care au fost deja introduse în producția de masă.
Ciad, geneticienii se confruntă adesea cu o respingere socială acută atunci când dezvoltă OMG-uri sau terapie genetică, dar nanotehnologia în general și nanoparticulele bazate pe molecule sferice de ADN pe care le-ați dezvoltat nu au această problemă. De ce se întâmplă?
- În acest caz, după părerea mea, există o diferență fundamentală între crearea nanoparticulelor și dezvoltarea produselor modificate genetic. Studiul proprietăților și crearea nanoparticulelor, în primul rând, aparține numărului de studii chimice, acestea putând fi numite rezultatele căutării unor proprietăți noi și utile în unele structuri care nu există în natură sau sunt rezultatul miniaturizării, folosind o varietate de metode pentru crearea lor.
De exemplu, toate materialele își schimbă proprietățile atunci când sunt miniaturizate. Aurul, în special, își pierde culoarea aurie și devine roșu la nano-scară. Acesta este exact motivul pentru care nanotehnologia este atât de interesantă pentru noi. Toate aceste diferențe care apar în timpul tranziției la nanoscală pot fi folosite pentru a dezvolta noi tehnologii nevăzute anterior.
Pe de altă parte, editarea ADN-ului a fost implementată la nivel global, utilizând procese biochimice specifice, ale căror consecințe sunt foarte clar definite și care schimbă pentru totdeauna modul în care funcționează organismele vii. Acest lucru creează dileme etice și atrage atenția autorităților de reglementare și a persoanelor preocupate de consecințele pe termen lung ale acestor experiențe.
Desigur, există oameni care se tem de dezvoltarea în continuare a nanotehnologiei, dar din motivele de mai sus, este extrem de dificil (și necinstit pentru noi) să aducem toate nanoparticulele la aceeași dimensiune și să facem „concluzii” fără echivoc că absolut toate nanotehnologiile sunt proaste prin definiție. Dacă vă gândiți la asta, chiar conceptul de „nanotehnologie” poate include aproape tot ceea ce știința a creat în ultimii ani. Mai mult, dacă te uiți doar la chimia „obișnuită”, atunci funcționează cu molecule ale căror dimensiuni sunt mai mici decât acele structuri pe care le numim nanomateriale.
Video promotional:
De exemplu, ceea ce am creat, strict vorbind, nu sunt nanoparticule, ci, așa cum îmi place să le numesc, „acizi nucleici sferici”, un nou tip de nanostructuri pe care le creăm punând molecule scurte de ADN și ARN pe șabloane cu o anumită formă și design. … Nu au echivalenți naturali, dar în același timp interacționează cu materia vie și celulele într-un mod extrem de neobișnuit și important, util. Se poate spune că sunt o fuziune triumfătoare a chimiei, biologiei și nanotehnologiei.
Astfel de nanoparticule pot fi utilizate pentru a rezolva o serie de probleme - pot fi utilizate pentru a livra medicamente către celule, pentru a vindeca cancerul și pentru a repara celulele acestuia, pentru a diagnostica boli și alte lucruri. Desigur, le puteți adapta pentru rău, dar nu asta facem noi la Universitatea Northwestern.
Ați fost deja numit în trecut unul dintre candidații la Premiul Nobel, iar anul acesta a fost premiat pentru una dintre descoperirile cheie din domeniul nanotehnologiei. Nu crezi că ai fost uitat nemeritat?
- De fapt, anul acesta premiul a fost acordat pentru o descoperire care nu are nicio legătură cu cercetările noastre - a fost primit, printre altele, de unul dintre colegii mei universitari, Fraser Stoddart. Feringa, Savage și Stoddart au lucrat la crearea mașinilor moleculare - analogi miniaturali extrem de grosolan ai rotorilor și comutatoarelor mecanice, capabili să îndeplinească aceleași sarcini ca și mașinile convenționale, dar la scară nanomatică.
Putem spune că „Premiul Nobel” s-a îndreptat către nanotehnologie, dar trebuie să înțelegeți că acest domeniu al științei este foarte larg și include o gamă foarte largă de probleme, de la protecția mediului, medicină și până la energie și electronică. În acest caz, aceste nanotehnologii sunt foarte departe de ceea ce facem noi.
Dacă vorbim despre Premiul Nobel, atunci nu pot spune nimic - nu este prerogativa mea să decid cine ar trebui să-l primească, lăsați-o să o facă experții Comitetului Nobel.
Unul dintre câștigătorii premiilor din acest an, Ben Feringa, consideră că este puțin probabil ca nanomașinele să amenințe omenirea vreodată. Ce părere aveți despre această problemă la care oamenii se gândesc mai întâi atunci când se gândesc la pericolele nanotehnologiei?
- Din nou, dacă ești atent la ceea ce au dat Premiul Nobel anul acesta, poți vedea că a fost acordat pentru o descoperire foarte fundamentală. Cred că suntem acum în stadiul incipient al evoluției chimice a nanotehnologiei, care este foarte departe de capacitățile mașinilor descrise în celebrul scenariu al „goo cenușiu”.
De fapt, însăși ideea că mașinile pot scăpa de sub control și revoltă este science fiction pură, care nu are nimic de-a face cu știința. Cred că va rămâne în cadrul ficțiunii pentru mult timp. Ceea ce lucrăm astăzi nu este deloc asemănător cu ceea ce este necesar pentru un astfel de scenariu al „zilei judecății judecătorești”.
Mașinile pe care Feringa și colegii le-au creat sunt foarte schematice și nu seamănă deloc cu „nano-terminatorii” cu care scriitorii de science fiction ne sperie. Mai avem cel puțin zeci de ani, dacă nu chiar secole, înainte ca un astfel de scenariu să devină subiectul unei discuții serioase.
În ce domenii ale nanotehnologiei vă așteptați la cele mai semnificative descoperiri în viitorul apropiat?
- Acizii noștri nucleici nanosferici vor fi și sunt deja utilizați pentru o varietate de scopuri și într-o mare varietate de ramuri ale științei, medicinei și industriei. Acestea sunt deja utilizate pentru diagnosticare în medicină - de exemplu, am creat nanoparticule cu nuclee de aur acoperite cu un „strat de blană” de ADN, care sunt folosite ca etichete pentru o căutare ultra-precisă a unor segmente specifice de ADN, proteine și alte biomolecule asociate cu boli și diverse bio - „ținte”.
Astfel de particule pot fi utilizate pentru analiza rapidă a probelor de salivă, sânge sau urină și pentru a căuta diverse virusuri, bacterii sau chiar boli determinate genetic în ele. Toate acestea, subliniez, sunt deja utilizate în practică.
În viitor, mai sunt multe - vom crea nanoparticule goale de ADN pline cu medicamente sau alte substanțe care pot pătrunde în celule, pe care moleculele obișnuite de ADN și ARN nu le pot face. Astfel de nanoparticule, de exemplu, pot fi adăugate la crema de piele și utilizate pentru a trata peste 200 de boli de piele asociate cu defecțiuni ale ADN-ului. La fel, putem combate bolile colitei, ale ochilor, vezicii urinare sau ale plămânilor. Vine era medicinei genetice.
Merită să înțelegem aici că sunt necesare trei lucruri pentru a avea succes în acest domeniu. În primul rând, trebuie să puteți produce molecule de ARN și ADN și facem această sarcină bine de 30 de ani. În al doilea rând, trebuie să înțelegeți de ce mutațiile din anumite gene provoacă boli. Această problemă a fost rezolvată la începutul anilor 2000, când s-a finalizat decodarea genomului uman.
Cu toate acestea, al treilea lucru a lipsit până de curând - capacitatea de a introduce ADN și ARN în acele țesuturi și organe unde ar trebui să meargă. Și s-a dovedit că nanoparticulele sunt cel mai convenabil și mai sigur mod de a rezolva această problemă. Acizii noștri nucleici sferici au reușit să pătrundă în celule la fel de ușor pe cât nici un alt retrovirus nu a putut.
Acum avem ocazia să îndreptăm ADN-ul către organele care ne interesează, și nu doar la nivelul ficatului, ca înainte, iar acest lucru ne-a deschis perspective de neimaginat anterior pentru terapia genică. Nici nu avem nevoie de selectivitatea acțiunii medicamentului, deoarece putem injecta direct ADN acolo unde avem nevoie, mai degrabă decât să traversăm întregul corp.
Una dintre cele mai faimoase descoperiri ale tale este crearea cristalelor din ADN. Ați găsit vreo aplicație industrială pentru astfel de structuri sau este o descoperire fundamentală?
- Cristalele din ADN sunt unul dintre cele mai interesante lucruri pe care am putut să le creăm. Dacă ar exista un "Premiu Nobel" pentru nanotehnologie, atunci metodologia pentru producerea lor, în opinia mea, ar fi cea mai demnă de aceasta.
Ne-am interesat de aceste cristale în 1996 din motive departe de medicină și biologie. Am testat conceptul, nou în acel moment, afirmând că nanoparticulele pot fi considerate ca un fel de atomi artificiali, iar ADN-ul a acționat ca un fel de particule „subatomice” programabile, pe baza cărora nanoparticulele - „atomi”, ale căror proprietăți chimice au fost determinate ar fi molecule de ADN pe suprafața lor.
Flexibilitatea proprietăților unor astfel de nanoparticule ne-a făcut posibil să proiectăm literalmente cristale cu o structură dată, asamblându-le atomice atomice cu precizie subnanometrică, inclusiv creând astfel de rețele cristaline, ale căror analogi nu există în natură. De-a lungul anilor, am creat 500 de versiuni diferite ale acestor grilaje, dintre care șase sunt complet artificiale. Acest lucru deschide calea pentru un control total asupra proprietăților materialelor și o varietate nesfârșită de materiale cristaline artificiale.
Din punctul de vedere al aplicației lor practice, încă ne deplasăm doar în această direcție. Primii catalizatori și dispozitive optice bazate pe aceste cristale, după părerea mea, vor apărea în aproximativ 10 ani. Este important ca, la fel ca în cazul electronicii moderne, a căror creare a fost imposibilă fără capacitatea de a fabrica monocristale de siliciu, crearea cristalelor de ADN deschide calea pentru o nouă clasă de tehnologii.
Când ați vorbit despre crearea de nanosfere din molecule de ADN, ați spus că acestea pot fi utilizate pentru o varietate de scopuri, inclusiv pentru a netezi ridurile. Au fost companiile cosmetice interesate de această dezvoltare?
- Da, multe companii s-au arătat deja interesate de această aplicare a moleculelor de ADN sferic. Din punct de vedere al cosmetologiei, potențialul nanoparticulelor este aproape nelimitat - cu ajutorul lor putem face pielea mai elastică, îndepărta petele întunecate, curăța celulele de molecule de pigment și face ca pielea să nu mai producă și, de asemenea, să rezolvăm multe alte probleme.
Dar există o mare problemă aici - nu este clar modul în care siguranța acestor produse va fi evaluată și reglementată de autoritățile competente, deoarece acestea pot rezolva simultan atât probleme farmaceutice, cât și cosmetice. Cine va fi responsabil pentru verificarea lor și cum se va face - nu este încă clar.
În plus, din punctul de vedere al dezvoltării afacerilor și pur și simplu dintr-un punct de vedere uman comun, dezvoltarea produselor cosmetice pe bază de nanoparticule din ADN este o sarcină secundară în comparație cu crearea de vaccinuri împotriva cancerului și a bolilor genetice, de care sute de mii și milioane de oameni se așteaptă să scape.
În ultimii ani, oamenii de știință au scris sute, poate mii de articole dedicate următoarelor „materiale ale viitorului” - de exemplu, plasmoni sau origami ADN. În timp, entuziasmul s-a potolit, dar nu am văzut încă rezultate vizibile. De ce se întâmplă?
- De fapt, nu aș spune că toate aceste tehnologii s-au evaporat sau au dispărut - cercetările continuă, cel puțin în plasmonică, apar din când în când publicații despre origami, deși aici nu par să existe perspective tehnologice. Pe termen scurt, ambele materiale par să facă doar obiectul cercetării de bază.
Merită să ne amintim de istoria invenției laserului aici. Când fizicienii au creat primele lasere, cineva a spus că „aceasta este o descoperire interesantă care încă așteaptă aplicarea sa practică”. Astăzi, laserele pot fi găsite peste tot - lasere sunt în fiecare supermarket, sunt utilizate pentru a cusut și tăia țesuturi în timpul operațiunilor și sunt în fiecare computer și sistem de comunicații.
Cu alte cuvinte, adesea după o descoperire fundamentală, nu trec nici măcar săptămâni sau luni, ci trec decenii până când își găsește aplicația practică și comercială.
