Americký chemik Chad Mirkin, ktorý tento rok získal cenu RUSNANOPRIZE, povedal agentúre RIA Novosti o tom, ako jeho nanočastice otvoria vek genetickej medicíny, vyhladia vrásky na tvárach žien a vyliečia nás z rakoviny a podelil sa aj o svoje myšlienky o tom, ako kedy môžu nanostroje zničiť svet.
Chad Mirkin je jedným z popredných amerických chemikov podieľajúcich sa na vývoji nanočastíc zostavených z guľových molekúl DNA a kombinácií DNA alebo RNA s kovmi a inými anorganickými látkami. Okrem „organickej“nanotechnológie Mirkin aktívne pracuje na vývoji technológií pre „tlač“nanostruktúr, ktoré sa dajú použiť na výrobu elektroniky a optických zariadení.
Mirkin bol považovaný za jedného z hlavných uchádzačov o Nobelovu cenu za chémiu za rok 2013 a v minulosti bol nominovaný aj na cenu RUSNANOPRIZE, ktorú od roku 2009 udeľuje Rusnano za vedecko-technický rozvoj alebo vynálezy v oblasti nanotechnológií, ktoré už boli zavedené do hromadnej výroby.
Čadu, genetici často čelia akútnemu sociálnemu odmietnutiu pri vývoji GMO alebo génovej terapie, ale nanotechnológia všeobecne a nanočastice založené na sférických molekulách DNA, ktoré ste vyvinuli, tento problém nemajú. Prečo sa to deje?
- V tomto prípade je podľa môjho názoru zásadný rozdiel medzi tvorbou nanočastíc a vývojom geneticky modifikovaných výrobkov. Štúdium vlastností a tvorba nanočastíc v prvom rade patrí k množstvu chemických štúdií, dajú sa nazvať výsledkami hľadania nových a užitočných vlastností v niektorých štruktúrach, ktoré v prírode neexistujú alebo sú výsledkom miniaturizácie, a to pomocou rôznych metód ich tvorby.
Napríklad všetky materiály po zmenšení zmenili svoje vlastnosti. Najmä zlato stráca svoju zlatú farbu a v nanomierke sa sčervená. To je presne dôvod, prečo je pre nás nanotechnológia taká zaujímavá. Všetky tieto rozdiely, ktoré vzniknú pri prechode na nanorozsah, je možné využiť na vývoj nových, doteraz nevídaných technológií.
Na druhej strane bola editácia DNA implementovaná globálne pomocou špecifických biochemických procesov, ktorých dôsledky sú veľmi jasne definované a ktoré navždy menia spôsob fungovania živých organizmov. Toto vytvára etické dilemy a priťahuje pozornosť regulačných orgánov a ľudí znepokojených dlhodobými následkami takýchto skúseností.
Samozrejme, existujú ľudia, ktorí sa obávajú ďalšieho rozvoja nanotechnológií, ale z vyššie uvedených dôvodov je nesmierne ťažké (a pre nás nepoctivé) preniesť všetky nanočastice na rovnakú veľkosť a urobiť jednoznačné „závery“, že absolútne všetky nanotechnológie sú podľa definície zlé. Ak sa nad tým zamyslíte, samotný koncept „nanotechnológie“môže obsahovať takmer všetko, čo veda v posledných rokoch vytvorila. Navyše, ak sa pozriete iba na „obyčajnú“chémiu, potom pracuje s molekulami, ktorých rozmery sú menšie ako tie štruktúry, ktoré nazývame nanomateriály.
Propagačné video:
Napríklad to, čo sme vytvorili, striktne povedané, nie sú nanočastice, ale, ako ich rád nazývam, „sférické nukleové kyseliny“, nový typ nanostruktúr, ktoré vytvárame nanášaním krátkych molekúl DNA a RNA na šablóny určitého tvaru a dizajnu. … Nemajú žiadne prirodzené ekvivalenty, ale zároveň interagujú so živou hmotou a bunkami mimoriadne neobvyklým a čo je dôležité, užitočným spôsobom. Dá sa o nich povedať, že sú víťazným spojením chémie, biológie a nanotechnológie.
Takéto nanočastice sa dajú použiť na riešenie mnohých problémov - môžu sa použiť na dodanie liekov do buniek, na vyliečenie rakoviny a na opravu jej buniek, na diagnostiku chorôb a ďalšie. Samozrejme, môžete ich prispôsobiť na ublíženie, ale to nie je to, čo robíme na Northwestern University.
Už ste boli v minulosti menovaní ako jeden z kandidátov na Nobelovu cenu a tento rok bola udelená za jeden z kľúčových objavov v oblasti nanotechnológií. Nemyslíte si, že na vás nezaslúžene zabudli?
- Tento rok bola cena udelená za objav, ktorý nemá nič spoločné s našim výskumom - získal ho okrem iného jeden z mojich kolegov z univerzity, Fraser Stoddart. Feringa, Savage a Stoddart pracovali na vytvorení molekulárnych strojov - extrémne hrubých miniatúrnych analógov mechanických rotorov a prepínačov, ktoré sú schopné vykonávať rovnaké úlohy ako bežné stroje, avšak v nanorozmeroch.
Môžeme povedať, že „Nobelova cena“bola udelená nanotechnológii, musíte však pochopiť, že táto oblasť vedy je veľmi široká a zahŕňa veľmi širokú škálu problémov, od ochrany životného prostredia, medicíny a končiac energiou a elektronikou. V tomto prípade sú tieto nanotechnológie veľmi vzdialené od toho, čo robíme.
Ak hovoríme o Nobelovej cene, nemôžem nič povedať - nie je mojou výsadou rozhodnúť, kto by ju mal dostať, nech to urobia odborníci Nobelovho výboru.
Jeden z tohtoročných ocenených, Ben Feringa, je presvedčený, že je nepravdepodobné, že by nanostroje niekedy ohrozili ľudstvo. Aký je váš názor na túto otázku, na ktorú ľudia myslia najskôr pri úvahách o nebezpečenstve nanotechnológie?
- Opäť platí, že ak budete venovať pozornosť tomu, čo tento rok dostali Nobelovu cenu, môžete vidieť, že bola udelená za veľmi zásadný objav. Myslím si, že sme teraz vo veľmi ranom štádiu chemickej evolúcie nanotechnológie, ktorá je veľmi vzdialená schopnostiam strojov opísaných v slávnom scenári „sivej goo“.
Samotná myšlienka, že sa stroje môžu vymknúť spod kontroly a búriť sa, je v skutočnosti čistá sci-fi, ktorá nemá nič spoločné s vedou. Myslím si, že v rámci fikcie zostane ešte dlho. To, s čím dnes pracujeme, nie je vôbec podobné tomu, čo je potrebné pre takýto scenár „súdneho dňa“.
Stroje, ktoré Feringa a jeho kolegovia vytvorili, sú veľmi schematické a vôbec sa nepodobajú „nano-terminátorom“, ktorými nás vydesia sci-fi. Máme ešte minimálne desaťročia, ak nie storočia, kým sa takýto scenár stane predmetom vážnej diskusie.
V ktorých oblastiach nanotechnológie očakávate najvýznamnejšie objavy v blízkej budúcnosti?
„Naše nanosférické nukleové kyseliny sa budú a už používajú na rôzne účely a v najrôznejších oblastiach vedy, medicíny a priemyslu. Už sa používajú na diagnostiku v medicíne - napríklad sme vytvorili nanočastice so zlatými jadrami pokrytými „kožušinovým plášťom“DNA, ktoré sa používajú ako značky na ultra presné vyhľadávanie špecifických segmentov DNA, proteínov a ďalších biomolekúl spojených s chorobami a rôznymi bio - "ciele".
Takéto častice sa môžu použiť na rýchlu analýzu vzoriek slín, krvi alebo moču a na hľadanie rôznych vírusov, baktérií alebo dokonca geneticky podmienených chorôb. Toto všetko, zdôrazňujem, sa už v praxi využíva.
V budúcnosti nás čaká viac - tvoríme duté nanočastice DNA naplnené liekom alebo inou látkou, ktorá môže vstúpiť do buniek, čo bežné molekuly DNA a RNA nie. Takéto nanočastice sa dajú napríklad pridať do pleťového krému a použiť na liečbu viac ako 200 kožných ochorení spojených s rozkladom DNA. Rovnako môžeme bojovať proti kolitíde, chorobám očí, močového mechúra alebo pľúc. Prichádza éra genetickej medicíny.
Tu stojí za pochopenie, že aby boli v tejto oblasti úspešní, sú potrebné tri veci. Najprv musíte byť schopní pripraviť molekuly RNA a DNA a túto úlohu robíme dobre už 30 rokov. Po druhé, musíte pochopiť, prečo mutácie v určitých génoch spôsobujú ochorenie. Tento problém sa vyriešil začiatkom roku 2000, keď bolo dokončené dekódovanie ľudského genómu.
Tretia vec však ešte donedávna chýbala - schopnosť zaviesť DNA a RNA do tých tkanív a orgánov, kam by mali ísť. A ukázalo sa, že nanočastice sú najpohodlnejším a najspoľahlivejším spôsobom riešenia tohto problému. Naše sférické nukleové kyseliny boli schopné preniknúť do buniek tak ľahko, ako to nedokázal žiadny iný retrovírus.
Teraz máme príležitosť bodovo vstreknúť DNA do orgánov, ktoré nás zaujímajú, a nielen do pečene, ako predtým, a to nám otvorilo dovtedy nemysliteľné vyhliadky na génovú terapiu. Nepotrebujeme ani selektivitu pôsobenia lieku, pretože DNA môžeme priamo vpichnúť tam, kam potrebujeme, a nie prechádzať celým telom.
Jedným z vašich najslávnejších objavov je vytvorenie kryštálov z DNA. Našli ste nejaké priemyselné využitie takýchto štruktúr, alebo je to zásadný objav?
- Kryštály z DNA sú jednou z najzaujímavejších vecí, ktoré sme boli schopní vytvoriť. Keby existovala „Nobelova cena“za nanotechnológiu, potom by si to podľa mňa najviac zaslúžila metodika ich výroby.
O tieto kryštály sme sa začali zaujímať už v roku 1996 z dôvodov ďaleko od medicíny a biológie. Testovali sme koncept, v tom čase nový, konštatujúci, že nanočastice možno považovať za druh umelých atómov a DNA v tomto prípade fungovala ako druh programovateľných „subatomárnych“častíc, na základe ktorých boli stanovené nanočastice - „atómy“, ktorých chemické vlastnosti boli stanovené by boli molekuly DNA na ich povrchu.
Flexibilita vlastností takýchto nanočastíc nám umožnila doslova navrhnúť kryštály s danou štruktúrou a zostaviť ich atómové atómové s presnosťou subnanometra, vrátane vytvorenia takých kryštalických mriežok, ktorých analógy v prírode neexistujú. Za tie roky sme vytvorili 500 rôznych verzií týchto mriežok, z ktorých šesť je úplne umelých. To otvára cestu pre úplnú kontrolu nad vlastnosťami materiálov a nekonečnou paletou umelých kryštalických materiálov.
Z hľadiska ich praktického uplatnenia sa stále uberáme iba týmto smerom. Prvé katalyzátory a optické zariadenia založené na týchto kryštáloch sa podľa môjho názoru objavia asi o 10 rokov. Je dôležité, že tak ako v prípade modernej elektroniky, ktorej vytvorenie nebolo možné bez možnosti výroby kremíkových monokryštálov, otvorenie DNA kryštálov otvára cestu novej triede technológií.
Keď ste hovorili o vytváraní nanosfér z molekúl DNA, povedali ste, že sa dajú použiť na rôzne účely, vrátane vyhladenia vrások. Mali kozmetické spoločnosti záujem o tento vývoj?
- Áno, veľa spoločností už prejavilo záujem o túto aplikáciu sférických molekúl DNA. Z hľadiska kozmetológie je potenciál nanočastíc takmer neobmedzený - s ich pomocou dokážeme pleť pružiť, odstrániť tmavé škvrny, vyčistiť bunky od molekúl pigmentu a prestať ich produkovať a tiež vyriešiť množstvo ďalších problémov.
Je tu však veľký problém - nie je jasné, ako budú príslušné orgány hodnotiť a regulovať bezpečnosť takýchto výrobkov, pretože môžu súčasne riešiť farmaceutické aj kozmetické problémy. Kto bude zodpovedný za ich overenie a ako sa uskutoční, zatiaľ nie je jasné.
Navyše z pohľadu rozvoja podnikania a jednoducho z bežného ľudského hľadiska je vývoj kozmetiky na báze nanočastíc z DNA sekundárnou úlohou v porovnaní s tvorbou vakcín proti rakovine a genetickým chorobám, na ktoré státisíce a milióny ľudí čakajú na vyliečenie.
V posledných rokoch vedci napísali stovky, možno tisíce článkov venovaných ďalším „materiálom budúcnosti“- napríklad plazmónom alebo DNA origami. Časom vzrušenie opadlo, ale zatiaľ sme nevideli nijaké viditeľné výsledky. Prečo sa to deje?
- V skutočnosti by som nepovedal, že všetky tieto technológie sa odparili alebo zmizli - výskum pokračuje, prinajmenšom v plazmone, občas sa objavia publikácie o origami, aj keď sa zdá, že tu nie sú technologické vyhliadky. Z krátkodobého hľadiska sa zdá, že obidva tieto materiály sú iba predmetom základného výskumu.
Stojí za to pripomenúť si tu históriu vynálezu laseru. Keď fyzici vytvorili prvé lasery, niekto povedal, že „ide o zaujímavý objav, ktorý stále čaká na svoju praktickú aplikáciu“. Dnes sú lasery všade - lasery sú v každom supermarkete, používajú sa na zošívanie a rezanie tkanív počas operácií a sú súčasťou každého počítačového a komunikačného systému.
Inými slovami, často po zásadnom objave neprejdú ani týždne či mesiace, ale desaťročia, kým nájde svoje praktické a komerčné uplatnenie.