«Технологии с приставкой нано — это медицина будущего»!

Минералы также могут быть использованы для разработки передовых нанотехнологий. Такой редкий для поверхности Земли минерал, как титанат кальция (CaTiO3), заключенный в наночастицы, например, не только поглощает энергию, преобразуя ее в электричество, но и еще и светится разными веселыми цветами в стиле поп-культуры 1980-х. Sph

Нанотехнологии станут основой будущей так называемой персонализированной медицины, которая поможет победить такие заболевания, как рак. Но как далеко способна зайти эта технология и насколько реальны риски, связанные с ней и описанные в научно-фантастических произведениях?

Перевод с немецкого и научная редакция: Игорь Петров.

Некоторые, услышав приставку «нано», сразу вспоминают научно-фантастические фильмы или романы, а некоторым на ум приходят даже некоторые крупные госпредприятия. Однако так называемая «нано-наука» занимается всего лишь технологиями манипулирования частицами, конструкциями и прочими вещами на нанометрическом, почти молекулярном, уровне. 

Корнелия Паливан (Cornelia PalivanВнешняя ссылка), профессор физической химии Базельского университета и член-корреспондент Швейцарского института нанотехнологий в Базеле (Schweizerisches Instituts für Nanotechnologie), уверена в том, что такая технология должна не пугать нас, а, наоборот, вселять надежду.

SWI swissinfo.ch: Считаете ли вы правдоподобным тот сценарий, который мы «прокрутили» во втором эпизоде нашего научно-фантастического сериала? Там мы представили себе, как нанороботы, введенные в человеческий организм, могли бы лишить человека свободы воли и взять его под контроль, манипулируя его мыслями и действиями? Нечто похожее и в новом фильме про Дж. Бонда присутствует. 

Корнелия Паливан: Я бы сказала, что мы еще очень, очень далеки от таких сценариев. Так называемые «наноботы» на данный момент являются чистой научной фантастикой, чем-то весьма увлекательным, но сюрреалистичным. В крайнем случае мы могли бы обратить наше внимание на опасность, которую представляют собой наночастицы, содержащие токсичные соединения, или же на планы правительств разных стран разработать потенциально абсолютно смертоносное химическое или биологическое оружии. 

Но мы тогда говорили бы скорее о ядах, а эта тема не имеет никакого отношения к наночастицам как таковым. Приставка «нано» сама по себе не обозначает ни хорошую, ни вредоносную технологию, это просто способ решения технических проблем на молекулярном уровне, а такие технологии способны принести очень большую пользу, особенно в медицине.

«Нано Ex Machina»: Надо ли нам опасаться нано-технологий? Второй эпизод нашего научно-фантастического сериала уже доступен по этой ссылке:

Что означает с Вашей точки зрения понятие «развивать нанотехнологии»?

Я с моей группой ученым работаю над практическим внедрением нанотехнологий в самых различных областях, начиная от медицины вплоть до экологии и науки о продуктах питания. Для этого мы разрабатываем так называемые «биогибридные наноструктурные материалы», которые получаются путем объединения биомолекул — таких как белки и ферменты — с синтетическими материалами, наличествующими в очень малых количествах и объемах. Речь идет о таких очень маленьких капсулах, масштабы которых не превышают нано- или микродиапазона, то есть радиус которых не превышает 100 нанометров. 

Нанометр 

Понятие происходит от лат. nanos — карлик и др.-греч. μέτρον — мера, измеритель! Русскоязычное обозначение: нм; международное: nm.

Дольная единица измерения длины в Международной системе единиц (СИ), равная одной миллиардной части метра (то есть 10 в −9 степени метра).

Устаревшее название: миллимикрон. Нанометр часто ассоциируется с областью нанотехнологий и соотносим с длиной волны видимого света.

В них мы инкапсулируем, то есть заключаем, например, ферменты, которые начинают действовать сразу же, как только эти капсулы поглощаются организмом. Одна из проблем в современной медицине заключается в том, что эти самые био-молекулы, содержащиеся в лекарствах, быстро теряют свою эффективность после усвоения организмом. С помощью био-гибридных наноструктурных материалов, таких, как наши нанокапсулы, можно сохранить всю функциональность белков и ферментов на гораздо более длительный срок, ведь благодаря синтетическим «нанокапсулам» биомолекулы получают защиту и долго остаются неповрежденными.

«Утопии и антиутопии завтрашнего дня»: не пропустите первый эпизод нашего научно-фантастического сериала:

Являются ли нанопрепараты более эффективными, чем обычные лекарства?

Да, но тут мы сталкиваемся не только с вопросом эффективности. В медицине сегодня самая большая проблема — делать лекарства как можно более безопасными за счет снижения побочных эффектов. Любой и каждый сегодня может пойти в аптеку и себе купить таблетки разного цвета для лечения самых разных недугов и заболеваний. Но весь вопрос в том, что в них, этих таблетках, находится? 

Идея заключается в том, что врач будущего будет не только выписывать людям лекарства, но и следить за тем, чтобы они действовали в нужном месте нужным образом и не были бы токсичными в тех регионах организма, в которых нам все это не нужно. Именно этого все и ожидают, когда идут в аптеку и с этой точки зрения нанотехнологии очень могут нам помочь, поскольку они позволяют как бы «манипулировать» носителями лекарственного воздействия на человека.

Корнелия Паливан (Cornelia Palivan), профессор физической химии Базельского университета. unibas.ch

Работа с нанотехнологиями означает своего рода попытку скопировать природу, с тем чтобы понять, например, как определенный данный определенный белок работает в клетке, и при необходимости заменить его аналогом, если оригинал отсутствует или исчез из-за болезни. В классическом формате лекарственные молекулы или препараты вводятся в организм в виде порошка. Но тут есть риск, что при некоторых определенных условиях или ситуациях лекарственные вещества просто не могут добраться до «своих» клеток. Это происходит потому, что эти молекулы слишком велики, чтобы их можно было принять и усвоить.

Широко известным нам теперь примером являются РНК-вакцины на основе рибонуклеиновой кислоты: после вакцинации такой вакциной начинается трансляция из матрицы РНК, в клетке образуется белок, и так организм обучается видеть вирус и реагировать на него. Такая рибонуклеиновая кислота, или РНК, как раз и встраивается в наночастицы, которые действуют как переносчики или «векторы». Они защищают молекулу и переносят ее туда, где она необходима, а поскольку такие наночастицы получены химическим путем, они куда легче усваиваются клетками.

Нанотехнологии — это относительно новый вид технологий. Существуют ли в этом контексте какие-то риски или побочные вредные последствия?

Конечно, они есть. Но сказать, каковы они, пока очень сложно, нам потребуется еще много лет испытаний и клинических текстов, прежде чем все эти «побочки» можно будет оценить в полной мере. Но то, что люди сомневаются и задают вопросы, это совершенно нормально. Например, мы точно знаем, что вакцины от Covid 19 работают хорошо. И мы знаем о том, какие могут быть краткосрочные побочные воздействия, но мы еще мало знаем о долгосрочных последствиях, потому что ни у кого еще пока не было достаточного времени для глубокого изучения препаратов, которые появилось на рынке всего полтора года назад. 

Поэтому все эти долгосрочные риски должны быть еще изучены наукой. При этом я хотела бы отметить очень важный момент: для того чтобы попасть на рынок, лекарства и, конечно, все их вспомогательные вещества-переносчики (векторы) очень тщательно исследуются, изучаются и тестируются в течение ряда лет. Это может быть очень разочаровывающим процессом, потому что каждый раз, когда вы терпите неудачу на каком-то из этих этапов, вам приходится все начинать с самого сначала.

Однако это неизбежно, поскольку человеческий организм — это очень сложная машина, а такие тесты просто необходимы для обеспечения его безопасности. Это же все относится и к нанотехнологиям: какими бы перспективными ни были разрабатываемые решения, если они не выдерживают проверки «на вшивость» и на каком-то из этапов испытаний показывают негативные результаты, от их просто отказываются.

В каких областях нанотехнологии могут сыграть в будущем особенно заметную роль?

В медицине, прежде всего в диагностике и лечении рака. Наночастицы известны как очень качественные контрастные вещества, и они могут быть очень полезны для выявления опухолей или для мониторинга направления движения опухолевых клеток.

Кроме того, нанотехнологии могут дать мощный импульс развитию «персонализированной» медицины, что опять же имеет решающее значение для лечения все того же рака. В плане противодействия онкопатологиям такой путь есть единственно возможный путь развития терапии будущего, и в этом смысле нано-наука — единственное реальное решение. Она ведь позволяет разрабатывать любые виды векторов на молекулярном уровне и нацеливать их на конкретные специфические антитела. 

Поэтому мы вполне имеем право рассматривать нанотехнологии как дверь в «медицину» будущего. В других областях нанонаука может помочь экологии, решив проблему очистки воды, ведь ее тоже можно очищать с помощью наночастиц, содержащих особые белки. Такие же частицы могут быть использованы в пищевой промышленности для контроля качества продуктов питания.

А какова цена вопроса? Кто сможет позволить себе все эти «лекарства будущего»?

Расходы тут действительно высоки, и, конечно, пока всем и каждому они не по карману, и пока я не вижу решения этой проблемы. Компании, разрабатывающие такого рода технологии, сами заинтересованы в поддержании высоких цен и сохранении патентной защиты на них как можно дольше как раз из соображений гарантий прибыли. 

Означает ли это, что в будущем позволить себе, например, лечение онкопатологий смогут только самые состоятельные люди?

К сожалению, да, если только стоимость такой терапии почему-то вдруг не снизится. Мне бы очень хотелось быть более оптимистичной, но я пока не вижу тут никаких перспектив. С чего можно начать, так это с разработки некоего всеобъемлющего политического видения проблемы, которое включало бы в себя и какие-то меры на международном уровне. Инициативы отдельных стран, таких как Швейцария или Франция, тут недостаточно.

Можете ли вы представить себе такое будущее, в котором нанотехнологии смогут качественно продлевать жизнь человека?

Некоторые эксперименты в этом направлении проводятся уже сейчас, но пока все это очень сложно, потому что человеческий организм — это нечто удивительное и невероятно сложное. Более того, тут на самом деле есть две большие проблемы. Одно дело — продлить жизнь, а другое — повысить ее качество.

Мы уже отметили, что с увеличением средней продолжительности жизни людей растет и степень распространенности нейродегенеративных заболеваний. С этой точки зрения куда важнее как можно дольше оставаться здоровым, чем просто жить дольше. Поэтому сейчас мы работаем над так называемыми «искусственными органеллами». Органеллы, или органоиды (от орган и др. -греч. εἶδος — вид), суть постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для её существования. 

К ним относятся, например, митохондрии (сферическая или эллипсоидная органелла диаметром обычно около одного микрометра, энергетическая станция клетки, ее основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала и термогенеза, — прим. ред. рус.).

Нашими искусственными органеллами мы хотим попытаться все-таки скопировать природу. Для этого мы используем синтетические материалы. Эта технология может стать очень перспективной в будущем для поддержания процессов, лежащих в целом в основе любой белковой жизни.