Americký chemik Chad Mirkin, který letos získal cenu RUSNANOPRIZE, řekl RIA Novosti, jak jeho nanočástice otevřou věk genetické medicíny, vyhladí vrásky na tvářích žen a vyléčí nás z rakoviny, a také se podělil o své myšlenky o tom, jak kdy nanomachiny mohou zničit svět.
Chad Mirkin je jedním z předních amerických chemiků podílejících se na vývoji nanočástic sestavených ze sférických molekul DNA a kombinací DNA nebo RNA s kovy a jinými anorganickými látkami. Kromě „organické“nanotechnologie Mirkin aktivně pracuje na vývoji technologií pro „tisk“nanostruktur, které lze použít k výrobě elektroniky a optických zařízení.
Mirkin byl považován za jednoho z hlavních uchazečů o Nobelovu cenu za chemii za rok 2013 a v minulosti byl také nominován na cenu RUSNANOPRIZE, kterou společnost Rusnano uděluje od roku 2009 za vědecký a technologický rozvoj nebo vynálezy v oblasti nanotechnologií, které již byly zavedeny do hromadné výroby.
Čadu, genetici často čelí akutnímu sociálnímu odmítnutí při vývoji GMO nebo genové terapie, ale nanotechnologie obecně a nanočástice založené na sférických molekulách DNA, které jste vyvinuli, tento problém nemají. Proč se to stalo?
- V tomto případě podle mého názoru existuje zásadní rozdíl mezi tvorbou nanočástic a vývojem geneticky modifikovaných produktů. Studium vlastností a tvorba nanočástic patří v první řadě k řadě chemických studií, lze je nazvat výsledky hledání nových a užitečných vlastností v některých strukturách, které v přírodě neexistují nebo jsou výsledkem miniaturizace, za použití různých metod jejich vytváření.
Například všechny materiály mění své vlastnosti, když jsou miniaturizovány. Zejména zlato ztrácí svou zlatou barvu a v nanoměřítku zčervená. To je přesně důvod, proč je pro nás nanotechnologie tak zajímavá. Všechny tyto rozdíly, které vzniknou během přechodu na nanoměřítko, lze použít k vývoji nových, dosud neviditelných technologií.
Na druhé straně byla editace DNA implementována globálně pomocí specifických biochemických procesů, jejichž důsledky jsou velmi jasně definovány a které navždy mění způsob práce živých organismů. Vytváří se tak etická dilemata a přitahuje pozornost regulačních orgánů a lidí znepokojených dlouhodobými důsledky těchto zkušeností.
Samozřejmě existují lidé, kteří se obávají dalšího rozvoje nanotechnologií, ale z výše uvedených důvodů je nesmírně obtížné (a pro nás nečestné) přivést všechny nanočástice na stejnou velikost a učinit jednoznačné „závěry“, že absolutně všechny nanotechnologie jsou podle definice špatné. Pokud se nad tím zamyslíte, samotný pojem „nanotechnologie“může zahrnovat téměř vše, co věda v posledních letech vytvořila. Pokud se navíc podíváte na „obyčejnou“chemii, pak pracuje s molekulami, jejichž rozměry jsou menší než struktury, které nazýváme nanomateriály.
Propagační video:
Například to, co jsme vytvořili, přísně řečeno, nejsou nanočástice, ale, jak jim říkám rád, „sférické nukleové kyseliny“, nový typ nanostruktur, které vytváříme pomocí krátkých molekul DNA a RNA na šablony určitého tvaru a designu … Nemají žádné přirozené ekvivalenty, ale zároveň komunikují s živou hmotou a buňkami mimořádně neobvyklým a důležitým způsobem užitečným způsobem. Lze o nich říci, že jsou vítězným spojením chemie, biologie a nanotechnologie.
Takové nanočástice lze použít k řešení řady problémů - lze je použít k dodání léků do buněk, k vyléčení rakoviny a k opravě jejích buněk, k diagnostice nemocí a dalších věcí. Samozřejmě je můžete přizpůsobit škodám, ale to není to, co děláme na Northwestern University.
Již jste byli v minulosti jmenováni jedním z kandidátů na Nobelovu cenu a letos byla udělena za jeden z klíčových objevů v oblasti nanotechnologií. Nemyslíš si, že na tebe bylo nezaslouženě zapomenuto?
- Letos byla cena udělena za objev, který nemá nic společného s naším výzkumem - mimo jiné ji obdržel jeden z mých kolegů z univerzity, Fraser Stoddart. Feringa, Savage a Stoddart pracovali na vytvoření molekulárních strojů - extrémně hrubých miniaturních analogů mechanických rotorů a spínačů, schopných provádět stejné úkoly jako konvenční stroje, ale v nanoměřítku.
Můžeme říci, že „Nobelova cena“šla do nanotechnologie, ale musíte pochopit, že tato oblast vědy je velmi široká a zahrnuje velmi širokou škálu problémů, od ochrany životního prostředí, medicíny a konče energií a elektronikou. V tomto případě jsou tyto nanotechnologie velmi vzdálené tomu, co děláme.
Pokud mluvíme o Nobelově ceně, nemohu nic říci - není mojí výsadou rozhodovat o tom, kdo by ji měl obdržet, ať to udělají odborníci Nobelova výboru.
Jeden z letošních držitelů cen, Ben Feringa, je přesvědčen, že je nepravděpodobné, že by nanomachines někdy ohrozily lidstvo. Jaký je váš názor na tuto otázku, na kterou lidé myslí jako první, když uvažují o nebezpečích nanotechnologií?
- Opět platí, že pokud věnujete pozornost tomu, co letos udělili Nobelovu cenu, můžete vidět, že byla udělena za velmi zásadní objev. Myslím si, že jsme nyní ve velmi rané fázi chemické evoluce nanotechnologie, která je velmi vzdálená schopnostem strojů popsaných ve slavném scénáři „šedé goo“.
Samotná myšlenka, že stroje se mohou vymknout kontrole a vzpouře, je ve skutečnosti čistá sci-fi, která nemá nic společného s vědou. Myslím, že v rámci fikce zůstane ještě dlouho. To, s čím dnes pracujeme a na čem není vůbec podobné tomu, co je nutné pro takový scénář „soudného dne“.
Stroje, které Feringa a jeho kolegové vytvořili, jsou velmi schematické a vůbec se nepodobají „nano-terminátorům“, kterými nás autoři sci-fi děsí. Stále máme nejméně desetiletí, ne-li staletí, než se takový scénář stane předmětem vážné diskuse.
Ve kterých oblastech nanotechnologie očekáváte nejvýznamnější průlomy v blízké budoucnosti?
"Naše nanosférické nukleové kyseliny budou a jsou již používány k nejrůznějším účelům a v nejrůznějších oblastech vědy, medicíny a průmyslu." Již se používají pro diagnostiku v medicíně - například jsme vytvořili nanočástice se zlatými jádry pokrytými DNA „kožešinovým pláštěm“, které se používají jako značky pro ultra přesné hledání konkrétních segmentů DNA, proteinů a dalších biomolekul souvisejících s chorobami a různými bio - "cíle".
Takové částice lze použít pro rychlou analýzu slin, vzorků krve nebo moči a pro hledání různých virů, bakterií nebo dokonce geneticky podmíněných chorob. To vše, zdůrazňuji, se již v praxi používá.
V budoucnu nás čeká více - vytváříme duté nanočástice DNA naplněné léky nebo jinou látkou, která může pronikat buňkami, což běžné molekuly DNA a RNA nedokážou. Takové nanočástice lze například přidat do pleťového krému a použít k léčbě více než 200 kožních onemocnění souvisejících s rozpadem DNA. Podobně můžeme bojovat proti kolitidě, chorobám očí, močového měchýře nebo plic. Přichází éra genetické medicíny.
Zde stojí za pochopení, že k úspěchu v této oblasti jsou zapotřebí tři věci. Nejprve musíte být schopni vyrobit molekuly RNA a DNA a my s tímto úkolem děláme dobrou práci již 30 let. Zadruhé musíte pochopit, proč mutace v určitých genech způsobují onemocnění. Tento problém byl vyřešen počátkem roku 2000, kdy bylo dokončeno dekódování lidského genomu.
Třetí věc však donedávna chyběla - schopnost zavádět DNA a RNA do těch tkání a orgánů, kam by měly jít. A ukázalo se, že nanočástice jsou nejpohodlnějším a nejspolehlivějším způsobem, jak tento problém vyřešit. Naše sférické nukleové kyseliny dokázaly proniknout buňkami tak snadno, jako žádný jiný retrovirus.
Nyní máme příležitost bodově injektovat DNA do orgánů, které nás zajímají, nejen do jater, jako dříve, a to nám otevřelo dříve nemyslitelné vyhlídky na genovou terapii. Nepotřebujeme ani selektivitu působení léku, protože můžeme přímo vstřikovat DNA tam, kde ji potřebujeme, spíše než procházet celým tělem.
Jedním z vašich nejslavnějších objevů je tvorba krystalů z DNA. Našli jste nějakou průmyslovou aplikaci pro takové struktury, nebo je to zásadní objev?
- Krystaly z DNA jsou jednou z nejzajímavějších věcí, které jsme dokázali vytvořit. Pokud by existovala „Nobelova cena“za nanotechnologie, pak by podle mého názoru byla metodika jejich výroby nejcennější.
O tyto krystaly jsme se začali zajímat již v roce 1996 z důvodů daleko od medicíny a biologie. Testovali jsme koncept, který byl v té době nový, s tím, že nanočástice lze považovat za druh umělých atomů a DNA v tomto případě fungovala jako druh programovatelných „subatomárních“částic, na jejichž základě byly stanoveny nanočástice, „atomy“, jejichž chemické vlastnosti by byly molekuly DNA na jejich povrchu.
Flexibilita vlastností takových nanočástic nám umožnila doslova navrhnout krystaly s danou strukturou a sestavit je atomové atomy s přesností subnanometru, včetně vytvoření takových krystalových mřížek, jejichž analogy v přírodě neexistují. Za ta léta jsme vytvořili 500 různých verzí těchto mřížek, z nichž šest je zcela umělých. To připravuje cestu pro úplnou kontrolu nad vlastnostmi materiálu a nekonečnou paletu umělých krystalických materiálů.
Z hlediska jejich praktické aplikace se stále pohybujeme pouze tímto směrem. První katalyzátory a optická zařízení založená na těchto krystalech se podle mého názoru objeví asi za 10 let. Je důležité, že stejně jako v případě moderní elektroniky, jejíž vytvoření nebylo možné bez možnosti výroby křemíkových monokrystalů, otevírá tvorba krystalů DNA cestu nové třídě technologií.
Když jste hovořili o vytváření nanosfér z molekul DNA, řekli jste, že je lze použít k různým účelům, včetně vyhlazení vrásek. Zajímaly se o tento vývoj kosmetické společnosti?
- Ano, mnoho společností již projevilo zájem o tuto aplikaci sférických molekul DNA. Z hlediska kosmetologie je potenciál nanočástic téměř neomezený - s jejich pomocí dokážeme pokožku zpružnit, odstranit tmavé skvrny, očistit buňky pigmentových molekul a nechat je přestat je produkovat a také vyřešit řadu dalších problémů.
Zde však nastává velký problém - není jasné, jak bude bezpečnost těchto výrobků posuzována a regulována příslušnými orgány, protože mohou současně řešit farmaceutické i kosmetické problémy. Kdo bude za jejich ověření odpovědný a jak bude provedeno - zatím není jasné.
Kromě toho z hlediska rozvoje podnikání a jednoduše z běžného lidského hlediska je vývoj kosmetiky založené na nanočásticích z DNA sekundárním úkolem ve srovnání s tvorbou vakcín proti rakovině a genetickým chorobám, kterých se státisíce a miliony lidí očekávají zbavit.
V posledních letech vědci napsali stovky, možná tisíce článků věnovaných dalším „materiálům budoucnosti“- například plazmonům nebo DNA origami. Časem vzrušení opadlo, ale zatím jsme neviděli žádné viditelné výsledky. Proč se to stalo?
- Ve skutečnosti bych neřekl, že se všechny tyto technologie vypařily nebo zmizely - výzkum pokračuje, přinejmenším v plazmonice, občas se objeví publikace o origami, i když se zdá, že zde nejsou žádné technologické vyhlídky. Z krátkodobého hlediska se zdá, že oba tyto materiály jsou pouze předmětem základního výzkumu.
Zde stojí za připomenutí historii vynálezu laseru. Když fyzici vytvořili první lasery, někdo řekl, že „jde o zajímavý objev, který stále čeká na své praktické použití.“Dnes lze lasery najít všude - lasery jsou v každém supermarketu, používají se k prošívání a řezání tkáně během operací a jsou součástí každého počítačového a komunikačního systému.
Jinými slovy, často po zásadním objevu neplynou ani týdny či měsíce, ale desítky let, než najde své praktické a komerční uplatnění.