Uratuje cię nano

Tomasz Rożek

|

GN 18/2009

publikacja 05.05.2009 08:58

Nanometr to jedna miliardowa część metra. To dużo? Włos ma przekrój kilkudziesięciu tysięcy nanometrów. Już niedługo w leczeniu pomogą urządzenia wielkości kilku nanometrów.

Uratuje cię nano To już wyższa szkoła jazdy. Niektórzy snują fantazje, że w przyszłości to nanourządzenia, a nie antybiotyki będą walczyły z bakteriami. By tak rzeczywiście się stało, urządzenia będą musiały same się replikować. Tylko czy to nie będzie dla nas niebezpieczne?

Nanometr to niezwykle mało. Najmniejsze komórki prokariotyczne (a więc takie bez jądra komórkowego, niezwykle proste) mają wielkość kilkuset nanometrów. Komórki wchodzące w skład naszego organizmu są znacznie bardziej skomplikowane, a przez to większe. Mierzą przynajmniej kilka tysięcy nanometrów. Te małe odległości, a właściwie małe rozmiary nie stanowią dla badaczy bariery. Nie przeszkadzają im budować urządzeń mechanicznych, które w przyszłości będą patrolowały nasze ciało. Jedne po to, by dostarczać ściśle określone porcje leków w konkretne miejsce, inne – by przeprowadzać proste operacje medyczne (np. odtykanie naczyń krwionośnych), a jeszcze inne – aby na bieżąco kontrolować stan naszego zdrowia. Będą w końcu i takie urządzenia, które – jak świadek zbrodni – wskażą miejsce, gdzie ukrywa się winowajca złego samopoczucia. Bardzo daleka przyszłość?

Nowotwór – nasz wróg
Najnowszą broń zawsze sprawdza się w ekstremalnych warunkach. Skrajnie niebezpiecznych i – mogłoby się wydawać – kompletnie beznadziejnych. Jeżeli wynalazek sprawdzi się jednak w takich warunkach, będzie dobrze działał w każdych. Tak jest nie tylko na wojnie, ale także w medycynie. Nowotwory są niezwykle trudnym przeciwnikiem, bo działają trochę jak partyzantka ukrywająca się w lesie. Atakują niespodziewanie. Nagle, z ukrycia. Szybko i celnie. Dlatego naukowcy postanowili rozpocząć nanotechnologiczną rewolucję w medycynie właśnie od onkologii.

Firma Quantum Dot stworzyła półprzewodnikowe nanoznaczniki, które choć są niezwykle małe, potrafią odnajdywać konkretne związki chemiczne. Nie dość, że je odnajdują, to na dodatek chcą się do nich przyłączyć. Później, gdy nanosensory oświetlić promieniowaniem o konkretnej długości fali, te zaczynają świecić. Jaki z tego pożytek? Gdy zaprogramować, by nanoszpiedzy poszukiwali związków charakterystycznych dla rozwoju komórek nowotworowych, w łatwy sposób można w organizmie odnaleźć ognisko nowotworu w stadium, w którym żadne inne badanie go nie wykryje. Wykryć to jedno, a wyleczyć drugie. Zespół badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego wyprodukował krzemowe płatki, tak maleńkie, że potrafią bez trudu poruszać się nawet w najwęższych naczyniach ludzkiego organizmu. Gdy one dostaną się do ciała, odnajdują komórki nowotworowe i dozują im leki.

Pojedynczym komórkom! Co szczególnie istotne, po kilku, kilkunastu godzinach nanodozowniki ulegają biodegradacji. Ludzki organizm usuwa je w kawałkach. To bardzo istotne, bo choć nanotechnologia dopiero zaczyna wchodzić w nasze życie, już wiadomo, że niektóre nanomateriały mogą być dla człowieka niebezpieczne. Szczególnie wtedy, gdy kumulują się w ludzkim organizmie. Tego problemu z krzemowymi wiórkami z Uniwersytetu Kalifornijskiego na pewno nie będzie. Na innym amerykańskim uniwersytecie Massachusetts Institute of Technology (MIT) wynaleziono precyzyjne dozowniki leków z nanocząsteczek złota. Te nie są w stanie same się rozłożyć, potrafią za to coś znacznie ważniejszego.

Złotem w AIDS?
W wielu chorobach lek musi być podany w określonej dawce, w określonym momencie i w ściśle określonym miejscu. Gdy lekarstwo ma zabić komórkę rakową, dobrze by było podać je w jej najbliższym sąsiedztwie. W innym wypadku uszkodzi się komórki zdrowe, a w efekcie organizm zostanie poważnie wyniszczony. W Massachusetts Institute of Technology w USA zespół naukowców wybudował precyzyjne nanourządzenie, które potrafi podawać kilka leków równocześnie. Każdy niezależnie od pozostałych. Każdy w odpowiednim momencie. Jak się to udało? Naukowcy wykorzystali fakt, że różne cząsteczki rozpuszczają się pod wpływem promieniowania podczerwonego.

Lekarstwo jest uwalniane w momencie, gdy do nanourządzenia dotrze odpowiednia dawka promieniowania. – Jedyne, co jest potrzebne, to kontrola długości fali promieniowania. Dzięki temu możemy dokładnie określić moment uwolnienia leku – powiedziała Andy Wijaya, autor wynalazku. Skąd bierze się zatem promieniowanie? Dociera z zewnątrz. Można powiedzieć, że podają je lekarze. Promieniowanie podczerwone potrafi przenikać przez ludzką skórę. Zasadności podawania ściśle określonej dawki leku w dokładnie oznaczonym miejscu tłumaczyć nikomu nie trzeba. Ale nowa technologia jest wyjątkowa, bo pozwala na aplikowanie naraz kilku różnych leków. A to szczególnie istotne w tak ciężkich chorobach, jak nowotwór czy AIDS. W obydwu przypadkach pacjent dostaje mieszaninę wielu leków. Teraz będzie można ich dozowanie bardzo precyzyjnie kontrolować.

Kiedy wyleczy nas nano?
Nanomedycyna to nie tylko marzenia fantastów. To dziedzina, która w wielu sytuacjach może być niezastąpiona. Weźmy chociażby podróże kosmiczne. Amerykańska agencja kosmiczna NASA (wraz z uczonymi z University of Michigan) pracuje nad nanocząstkami zwanymi dendrymerami. Te będą mogły na bieżąco diagnozować stan zdrowia ludzi poza ziemską atmosferą. Jeżeli polimery, podróżując bez przeszkód po całym organizmie człowieka, odkryją coś niepokojącego, zmienią swoją strukturę i… zaczną fluoryzować. Skąd o zagrożeniu dowie się astronauta? Raz dziennie jego gałka oczna będzie skanowana specjalnym urządzeniem. Odkryje ono świecące dendrymery w naczyniach włosowatych na dnie oka badanego. A to będzie znak, że czas na dokładniejsze badania.

Nanotechnologia to jedna z najmłodszych dziedzin w nauce. Równocześnie dziedzina szybko się rozwijająca. Na pewno szybciej, niż pozwalają na to przepisy krajowych czy międzynarodowych komisji wydających zgodę na nowe terapie. Nie należy się temu dziwić, bo wielokrotnie zdarzało się, że coś, co z pozoru wyglądało na rewolucję, a po chwili okazywało się szkodliwe dla chorego człowieka. Prace nad nanourządzeniami dozującymi leki trwają i trwać będą jeszcze przez kilka lat. Później przyjdzie czas na testy kliniczne i obiektywną ocenę ekspertów. Kiedy można się zatem spodziewać uruchomienia seryjnej produkcji złotych czy krzemowych nanourządzeń? Nie wcześniej niż za kilkanaście lat.

Nanołódź podwodna?
W nanotechnologii fascynujące jest to, że materiały znane nam z życia codziennego po skurczeniu do niezwykle małych rozmiarów nabywają nowych właściwości. Najlepszym przykładem jest węgiel – gdy jest on w postaci tzw. nanorurek, może zachowywać się jak metal i być świetnym przewodnikiem prądu. Te właściwości, z którymi nie mamy do czynienia na naszym makroświecie, a które występują w nanoświecie, naukowcy chcą wykorzystać dla naszego dobra. Testy niektórych nanourządzeń do zastosowania w medycynie są już w toku. Zanim dzięki nim będziemy się leczyć, powstaną (już są) nanosensory – niezwykle małe urządzenia badające skład chemiczny swojego otoczenia. Czy można sobie wyobrazić coś lepszego do ciągłego czuwania nad jakością powietrza, wody czy naszej gleby? W laboratoriach trwają prace nad czymś jeszcze bardziej skomplikowanym. Naukowcy tworzą prawdziwe nanoroboty – urządzenia, które mają być tak małe, że bez problemu będą mogły pływać w naczyniach krwionośnych. Nanołodzie podwodne. To one być może w dalekiej przyszłości będą przeprowadzały operacje we wnętrzu pacjenta, bez konieczności robienia operacji chirurgicznej w tradycyjnym tego słowa znaczeniu.