Ameriški kemik Chad Mirkin, ki je letos prejel nagrado RUSNANOPRIZE, je za RIA Novosti povedal, kako bodo njegovi nanodelci odprli dobo genske medicine, zgladili gube na obrazih žensk in nas ozdravili raka, ter tudi delil svoje misli o tem, kako ko lahko nanomatine uničijo svet.
Chad Mirkin je eden vodilnih ameriških kemikov, ki sodeluje pri razvoju nanodelcev, sestavljenih iz sferičnih molekul DNA in kombinacij DNA ali RNA s kovinami in drugimi anorganskimi snovmi. Poleg "organske" nanotehnologije Mirkin aktivno dela na razvoju tehnologij za "tiskanje" nanostruktur, ki se lahko uporabljajo za izdelavo elektronike in optičnih naprav.
Mirkin je veljal za enega glavnih kandidatov za Nobelovo nagrado za kemijo za leto 2013, v preteklosti pa je bil nominiran tudi za nagrado RUSNANOPRIZE, ki jo od leta 2009 podeljuje RUSNANO za znanstveni in tehnološki razvoj ali izume na področju nanotehnologije, ki so bili že uvedeni v množično proizvodnjo.
Chad, genetiki se pri razvoju GSO ali genske terapije pogosto soočajo z akutno socialno zavrnitvijo, vendar nanotehnologija na splošno in nanodelci na osnovi sferičnih molekul DNA, ki ste jih razvili, nimajo te težave. Zakaj se to zgodi?
- V tem primeru po mojem mnenju obstaja bistvena razlika med ustvarjanjem nanodelcev in razvojem gensko spremenjenih izdelkov. Preučevanje lastnosti in ustvarjanje nanodelcev najprej spada med število kemijskih študij, lahko jih imenujemo rezultati iskanja novih in uporabnih lastnosti v nekaterih strukturah, ki v naravi ne obstajajo ali so rezultat miniaturizacije, z uporabo različnih metod za njihovo ustvarjanje.
Na primer, vsi materiali spremenijo svoje lastnosti, ko so miniaturizirani. Zlato zlasti izgubi svojo zlato barvo in na nanometru postane rdeče. Ravno zato nam je nanotehnologija tako zanimiva. Vse te razlike, ki se pojavijo med prehodom na nanos, lahko uporabimo za razvoj novih, prej nevidnih tehnologij.
Po drugi strani pa se urejanje DNK izvaja globalno, z uporabo specifičnih biokemijskih procesov, katerih posledice so zelo jasno opredeljene in ki za vedno spremenijo način delovanja živih organizmov. To ustvarja etične dileme in pritegne pozornost regulatorjev in ljudi, ki jih skrbijo dolgoročne posledice takšnih izkušenj.
Seveda obstajajo ljudje, ki se bojijo nadaljnjega razvoja nanotehnologije, vendar je zaradi zgoraj navedenih razlogov izjemno težko (in za nas nepošteno) vse nanodelce spraviti v enako velikost in nedvoumno "sklepati", da so absolutno vse nanotehnologije po definiciji slabe. Če pomislite, lahko sam koncept "nanotehnologije" vključuje skoraj vse, kar je znanost ustvarila v zadnjih letih. Poleg tega, če pogledate samo "navadno" kemijo, potem deluje z molekulami, katerih dimenzije so manjše od struktur, ki jim pravimo nanomateriali.
Promocijski video:
Na primer, kar smo ustvarili, strogo gledano, niso nanodelci, ampak, kot jim rad rečem, "sferične nukleinske kisline", nova vrsta nanostruktur, ki jih ustvarimo tako, da na predloge določene oblike in oblike postavimo kratke molekule DNA in RNA … Nimajo naravnih ekvivalentov, hkrati pa z živo snovjo in celicami sodelujejo na skrajno nenavaden, in kar je pomemben, koristen način. Lahko rečemo, da so zmagoslavna fuzija kemije, biologije in nanotehnologije.
Takšne nanodelce lahko uporabimo za reševanje številnih težav - z njimi lahko dovajamo zdravila v celice, zdravimo raka in popravljamo njegove celice, diagnosticiramo bolezni in druge stvari. Seveda jih lahko prilagodite za škodo, vendar tega na Univerzi Northwestern ne počnemo.
V preteklosti ste že bili imenovani za enega izmed kandidatov za Nobelovo nagrado, letos pa je bila podeljena za eno ključnih odkritij na področju nanotehnologije. Se vam ne zdi, da ste nezasluženo pozabljeni?
- Pravzaprav so letos nagrado podelili za odkritje, ki nima nič skupnega z našimi raziskavami - med drugim jo je prejel eden mojih univerzitetnih kolegov Fraser Stoddart. Feringa, Savage in Stoddart so delali za ustvarjanje molekularnih strojev - izjemno surovih miniaturnih analogov mehanskih rotorjev in stikal, ki lahko opravljajo enake naloge kot običajni stroji, vendar v nanometru.
Lahko rečemo, da je "Nobelova nagrada" pripadla nanotehnologiji, vendar morate razumeti, da je to področje znanosti zelo široko in vključuje zelo širok spekter problemov, od varstva okolja, medicine in konča z energijo in elektroniko. V tem primeru so te nanotehnologije zelo daleč od tega, kar počnemo.
Če govorimo o Nobelovi nagradi, potem ne morem reči ničesar - ni moja pristojnost, da se odločim, kdo jo mora prejeti, naj to storijo strokovnjaki Nobelovega odbora.
Eden izmed letošnjih dobitnikov nagrad, Ben Feringa, meni, da verjetno nanostroji nikoli ne bodo ogrozili človeštva. Kakšno je vaše mnenje o tej temi, na katero ljudje najprej pomislijo, ko razmišljajo o nevarnostih nanotehnologije?
- Še enkrat, če ste pozorni na to, kaj so letos podelili Nobelovo nagrado, lahko vidite, da je bila podeljena za zelo temeljno odkritje. Mislim, da smo zdaj v zelo zgodnji fazi kemičnega razvoja nanotehnologije, ki je zelo daleč od zmogljivosti strojev, opisanih v znamenitem scenariju "sive goo".
Pravzaprav je sama ideja, da se lahko stroji umaknejo nadzoru in se upirajo, čista znanstvena fantastika, ki nima nič skupnega z znanostjo. Mislim, da bo še dolgo ostala v okviru fikcije. To, s čimer danes sodelujemo in na katerem smo, sploh ni podobno tistemu, kar je potrebno za tak scenarij "končnega dne".
Stroji, ki so jih ustvarili Feringa in sodelavci, so zelo shematični in sploh niso podobni "nano-terminatorjem", s katerimi nas pisci znanstvene fantastike strašijo. Še vedno imamo vsaj desetletja, če ne celo stoletja, preden tak scenarij postane predmet resne razprave.
Na katerih področjih nanotehnologije pričakujete najpomembnejše preboje v bližnji prihodnosti?
»Naše nanosferske nukleinske kisline se bodo in se že uporabljajo za različne namene in na najrazličnejših področjih znanosti, medicine in industrije. V diagnostiki jih že uporabljajo v medicini - na primer, ustvarili smo nanodelce z zlatimi jedri, prekritimi z DNA "krznenim plaščem", ki se uporabljajo kot oznake za ultra natančno iskanje določenih segmentov DNK, beljakovin in drugih biomolekul, povezanih z boleznimi in različnimi biološkimi - "tarče".
Takšne delce lahko uporabimo za hitro analizo vzorcev sline, krvi ali urina in iskanje različnih virusov, bakterij ali celo gensko pogojenih bolezni v njih. Vse to, poudarjam, že uporabljajo v praksi.
V prihodnosti nas čaka še več - ustvarjamo votle nanodelce DNA, napolnjene z zdravili ali kakšno drugo snovjo, ki lahko prodrejo v celice, česar navadne molekule DNA in RNA ne morejo. Takšne nanodelce lahko na primer dodamo kožni kremi in uporabimo za zdravljenje več kot 200 kožnih bolezni, povezanih z razgradnjo DNA. Prav tako se lahko borimo proti kolitisu, boleznim oči, mehurja ali pljuč. Prihaja doba genetske medicine.
Tu je vredno razumeti, da so za uspeh na tem področju potrebne tri stvari. Najprej morate biti sposobni izdelati molekule RNA in DNA in to nalogo dobro opravljamo že 30 let. Drugič, razumeti morate, zakaj mutacije nekaterih genov povzročajo bolezni. Ta problem je bil rešen v začetku 2000-ih, ko je bilo zaključeno dekodiranje človeškega genoma.
Vendar je do nedavnega manjkala tretja stvar - sposobnost uvajanja DNK in RNK v tista tkiva in organe, kamor bi morali iti. In izkazalo se je, da so nanodelci najbolj priročen in zanesljiv način za reševanje tega problema. Naše sferične nukleinske kisline so lahko prodrle v celice tako enostavno kot noben retrovirus.
Zdaj imamo priložnost natančno vbrizgati DNK v organe, ki nas zanimajo, in ne samo v jetra, kot prej, in to se nam je odprlo za prej nepredstavljive možnosti za gensko terapijo. Niti selektivnosti delovanja zdravila ne potrebujemo, saj lahko DNK neposredno vbrizgamo tja, kjer ga potrebujemo, namesto da bi šli skozi celo telo.
Eno vaših najbolj znanih odkritij je ustvarjanje kristalov iz DNK. Ste že našli industrijsko uporabo za takšne konstrukcije ali je to temeljno odkritje?
- Kristali iz DNK so ena najzanimivejših stvari, ki smo jih lahko ustvarili. Če bi obstajala "Nobelova nagrada" za nanotehnologijo, potem bi bila metodologija njihove proizvodnje po mojem mnenju najbolj vredna.
Za te kristale smo se začeli zanimati že leta 1996 iz razlogov, ki niso daleč od medicine in biologije. Preizkusili smo koncept, takrat nov, z navedbo, da lahko nanodelce obravnavamo kot neke vrste umetne atome, DNK pa je v tem primeru delovala kot nekakšni programibilni "subatomski" delci, na podlagi katerih so bili nanodelci - "atomi", katerih kemijske lastnosti bi bile molekule DNA na njihovi površini.
Prilagodljivost lastnosti takšnih nanodelcev nam je omogočila, da smo dobesedno oblikovali kristale z dano strukturo in jih s subnanometrsko natančnostjo sestavili v atomske atome, vključno z ustvarjanjem takšnih kristalnih mrež, katerih analogi v naravi ne obstajajo. Z leti smo ustvarili 500 različnih različic teh rešetk, od katerih je šest popolnoma umetnih. To utira pot popolnemu nadzoru nad lastnostmi materialov in neskončno raznolikostjo umetnih kristalnih materialov.
Z vidika njihove praktične uporabe se še vedno premikamo le v tej smeri. Po mojem mnenju se bodo prvi katalizatorji in optične naprave na osnovi teh kristalov pojavili čez približno 10 let. Pomembno je, da tako kot v primeru sodobne elektronike, katere ustvarjanje je bilo nemogoče brez možnosti izdelave silicijevih monokristalov, tudi ustvarjanje kristalov DNA odpira pot novemu razredu tehnologij.
Ko ste govorili o ustvarjanju nanosfer iz molekul DNA, ste dejali, da jih je mogoče uporabiti za različne namene, tudi za glajenje gub. So kozmetična podjetja zanimala ta razvoj?
- Da, številna podjetja so že pokazala zanimanje za to uporabo sferičnih molekul DNA. Z vidika kozmetologije je potencial nanodelcev skoraj neomejen - z njihovo pomočjo lahko naredimo kožo bolj elastično, odstranimo temne lise, očistimo celice pigmentnih molekul in poskrbimo, da jih koža preneha proizvajati ter rešimo tudi številne druge težave.
A tu je velika težava - ni jasno, kako bodo pristojni organi ocenjevali in urejali varnost takšnih izdelkov, saj lahko hkrati rešujejo tako farmacevtske kot kozmetične težave. Kdo bo odgovoren za njihovo preverjanje in kako bo to izvedeno, še ni jasno.
Poleg tega je razvoj kozmetike na osnovi nanodelcev iz DNK z vidika razvoja podjetja in preprosto s skupnega človeškega vidika sekundarna naloga v primerjavi z ustvarjanjem cepiv proti raku in genskim boleznim, ki jih na zdravljenje čaka več sto tisoč in milijoni ljudi.
V zadnjih letih so znanstveniki napisali na stotine, morda na tisoče člankov, posvečenih naslednjim "materialom prihodnosti" - na primer plazmonom ali DNA origami. Sčasoma se je navdušenje umirilo, vendar vidnih rezultatov še nismo videli. Zakaj se to zgodi?
- Pravzaprav ne bi rekel, da so vse te tehnologije izhlapele ali izginile - raziskave se nadaljujejo, vsaj v plazmoniki se občasno pojavljajo publikacije o origamiju, čeprav se zdi, da tukaj ni tehnoloških možnosti. Kratkoročno se zdi, da sta oba materiala le predmet temeljnih raziskav.
Tu se velja spomniti zgodovine izuma laserja. Ko so fiziki ustvarili prve laserje, je nekdo rekel, da "je to zanimivo odkritje, ki še čaka na praktično uporabo." Danes je laserje mogoče najti povsod - laserji so v vseh supermarketih, uporabljajo se za šivanje in rezanje tkiva med operacijami in so v vseh računalnikih in komunikacijskih sistemih.
Z drugimi besedami, pogosto po temeljnem odkritju ne minejo niti tedni ali meseci, temveč desetletja, preden najde svojo praktično in komercialno uporabo.
