Amerikiečių chemikas Chadas Mirkinas, šiemet gavęs RUSNANOPRIZE apdovanojimą, „RIA Novosti“pasakojo apie tai, kaip jo nanodalelės atvers genetinės medicinos amžių, išlygins moterų veido raukšles ir išgydys mus nuo vėžio, taip pat pasidalijo mintimis, kaip kai nanomachinos gali sunaikinti pasaulį.
Chadas Mirkinas yra vienas iš pirmaujančių Amerikos chemikų, dalyvaujančių kuriant nanodaleles, surinktas iš sferinių DNR molekulių ir DNR ar RNR derinių su metalais ir kitomis neorganinėmis medžiagomis. Be „organinės“nanotechnologijos, Mirkinas aktyviai kuria nanostruktūrų „spausdinimo“technologijas, kurios gali būti naudojamos elektronikos ir optinių prietaisų gamybai.
Mirkinas buvo laikomas vienu iš pagrindinių pretendentų į 2013 m. Nobelio premiją chemijos srityje, taip pat anksčiau buvo nominuotas RUSNANOPRIZE premijai, kurią RUSNANO skyrė nuo 2009 m.
Čade, genetikai, kurdami GMO ar genų terapiją, dažnai susiduria su ūmiu socialiniu atstūmimu, tačiau apskritai nanotechnologijos ir jūsų sukurtos sferinės DNR molekulėmis pagrįstos nanodalelės neturi šios problemos. Kodėl tai vyksta?
- Šiuo atveju, mano nuomone, yra esminis skirtumas tarp nanodalelių kūrimo ir genetiškai modifikuotų produktų kūrimo. Nanodalelių savybių tyrimas ir kūrimas, visų pirma, priklauso cheminių tyrimų skaičiui, juos galima pavadinti naujų ir naudingų savybių paieškos kai kuriose gamtoje neegzistuojančiose ar miniatiūrizavimo rezultatais, naudojant įvairius jų sukūrimo metodus, rezultatais.
Pavyzdžiui, visos medžiagos, kai jos yra miniatiūrinės, keičia savo savybes. Ypač auksas praranda auksinę spalvą ir nano skalėje tampa raudonas. Būtent todėl nanotechnologijos mums yra tokios įdomios. Visi šie skirtumai, atsirandantys pereinant prie nanodalelės, gali būti panaudoti kuriant naujas, anksčiau nematytas technologijas.
Kita vertus, DNR redagavimas buvo įgyvendintas visame pasaulyje, vykdant specifinius biocheminius procesus, kurių pasekmės yra labai aiškiai apibrėžtos ir kurie amžinai keičia gyvųjų organizmų darbą. Tai sukuria etines dilemas ir pritraukia reguliavimo institucijų bei žmonių, susirūpinusių ilgalaikėmis tokios patirties pasekmėmis, dėmesį.
Žinoma, yra žmonių, kurie bijo tolesnio nanotechnologijų vystymosi, tačiau dėl minėtų priežasčių nepaprastai sunku (ir mums nesąžininga) suvienodinti visas nanodaleles vienodo dydžio ir padaryti nedviprasmiškas „išvadas“, kad absoliučiai visos nanotechnologijos pagal apibrėžimą yra blogos. Jei gerai pagalvotumėte, pati „nanotechnologijos“sąvoka gali apimti beveik viską, ką mokslas sukūrė pastaraisiais metais. Be to, jei žiūrite tik į „įprastą“chemiją, tai ji veikia su molekulėmis, kurių matmenys yra mažesni už tas struktūras, kurias mes vadiname nanomedžiagomis.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pavyzdžiui, tai, ką mes sukūrėme, griežtai tariant, nėra nanodalelės, bet, kaip aš jas norėčiau vadinti, „sferinės nukleorūgštys“- tai naujo tipo nanostruktūros, kurias mes sukuriame įdėdami trumpas DNR ir RNR molekules į tam tikros formos ir dizaino šablonus. … Jie neturi natūralių atitikmenų, tačiau tuo pačiu metu jie nepaprastai ir, svarbiausia, naudingai bendrauja su gyvąja medžiaga ir ląstelėmis. Galima sakyti, kad tai yra pergalinga chemijos, biologijos ir nanotechnologijų sintezė.
Tokios nanodalelės gali būti naudojamos išspręsti daugybę problemų - jomis galima tiekti vaistus į ląsteles, išgydyti vėžį ir atstatyti jo ląsteles, diagnozuoti ligas ir kitus dalykus. Žinoma, jūs galite juos pritaikyti žalai, bet ne tai mes darome Šiaurės vakarų universitete.
Anksčiau jūs jau buvote įvardytas kaip vienas iš kandidatų į Nobelio premiją, o šiemet jis buvo apdovanotas už vieną pagrindinių atradimų nanotechnologijų srityje. Ar nemanai, kad tave nepelnytai pamiršo?
- Tiesą sakant, šiais metais premija buvo paskirta už atradimą, kuris neturi nieko bendro su mūsų tyrimais - jį, be kita ko, gavo vienas iš mano universiteto kolegų Fraseris Stoddartas. Feringa, Savage ir Stoddartas dirbo kurdami molekulines mašinas - ypač grubius miniatiūrinius mechaninių rotorių ir jungiklių analogus, galinčius atlikti tas pačias užduotis kaip ir įprastos mašinos, tačiau nanometriniu mastu.
Galime sakyti, kad „Nobelio premija“skirta nanotechnologijoms, tačiau jūs turite suprasti, kad ši mokslo sritis yra labai plati ir apima labai platų problemų spektrą, pradedant aplinkos apsauga, medicina ir baigiant energetika bei elektronika. Šiuo atveju šios nanotechnologijos yra labai toli nuo to, ką darome.
Jei kalbėsime apie Nobelio premiją, tada nieko negaliu pasakyti - ne mano prerogatyva nuspręsti, kas ją turėtų gauti, tegul tai daro Nobelio komiteto ekspertai.
Vienas iš šių metų apdovanojimų laimėtojų Benas Feringa mano, kad vargu ar nanomachinos kada nors grasins žmonijai. Kokia jūsų nuomonė šiuo klausimu, apie kurią žmonės pirmiausia pagalvoja galvodami apie nanotechnologijų pavojus?
- Vėlgi, jei atkreipsite dėmesį į tai, ką jie šiemet skyrė Nobelio premijai, matote, kad ji buvo paskirta už labai esminį atradimą. Manau, kad dabar mes esame labai ankstyvoje nanotechnologijų cheminės evoliucijos stadijoje, kuri yra labai toli nuo mašinų galimybių, aprašytų garsiajame „pilkojo goo“scenarijuje.
Tiesą sakant, pati mintis, kad mašinos gali nebekontroliuoti ir maištauti, yra gryna mokslinė fantastika, nieko bendra neturinti su mokslu. Manau, kad tai dar ilgai išliks grožinės literatūros rėmuose. Tai, su kuo šiandien dirbame ir prie ko, visai nepanašu į tai, ko reikia tokiam „pasaulio pabaigos“scenarijui.
Mašinos, kurias sukūrė Feringa ir kolegos, yra labai schematiškos ir visiškai neprimena „nanotechnologijų“, kuriomis mokslinės fantastikos rašytojai mus gąsdina. Mes vis dar turime bent dešimtmečius, jei ne šimtmečius, kol toks scenarijus taps rimtų diskusijų objektu.
Kuriose nanotechnologijų srityse artimiausiu metu tikitės reikšmingiausių proveržių?
„Mūsų nanosferinės nukleorūgštys bus ir jau yra naudojamos įvairiems tikslams ir įvairiose mokslo, medicinos ir pramonės srityse. Jie jau naudojami medicinoje diagnostikai - pavyzdžiui, sukūrėme nanodaleles su aukso branduoliais, padengtais DNR „kailiu“, kurios yra naudojamos kaip žymos siekiant itin tiksliai ieškoti konkrečių DNR segmentų, baltymų ir kitų biomolekulių, susijusių su ligomis ir įvairiomis biologinėmis medžiagomis. - „taikiniai“.
Tokios dalelės gali būti naudojamos greitai analizuojant seiles, kraujo ar šlapimo mėginius ir ieškant juose įvairių virusų, bakterijų ar net genetiškai nustatytų ligų. Visa tai, pabrėžiu, jau naudojama praktikoje.
Ateityje mūsų laukia dar daugiau - mes sukuriame tuščiavidures DNR nanodaleles, užpildytas vaistais ar kokia kita medžiaga, galinčia prasiskverbti pro ląsteles, ko negali įprastos DNR ir RNR molekulės. Pavyzdžiui, tokių nanodalelių galima dėti į odos kremą ir naudoti gydant daugiau kaip 200 odos ligų, susijusių su DNR skilimu. Taip pat galime kovoti su kolitu, akių, šlapimo pūslės ar plaučių ligomis. Ateina genetinės medicinos era.
Čia verta suprasti, kad norint sėkmingai dirbti šioje srityje reikia trijų dalykų. Pirma, jūs turite mokėti pagaminti RNR ir DNR molekules, o mes 30 metų gerai atlikome šią užduotį. Antra, jūs turite suprasti, kodėl tam tikrų genų mutacijos sukelia ligas. Ši problema buvo išspręsta 2000-ųjų pradžioje, kai buvo baigtas žmogaus genomo dekodavimas.
Tačiau dar neseniai trūko trečiojo dalyko - galimybės įvesti DNR ir RNR į tuos audinius ir organus, kur jie turėtų eiti. Paaiškėjo, kad nanodalelės yra patogiausias ir patikimiausias būdas išspręsti šią problemą. Mūsų sferinės nukleorūgštys sugebėjo prasiskverbti į ląsteles taip lengvai, kaip negalėjo joks kitas retrovirusas.
Dabar mes turime galimybę nukreipti DNR mus dominančiuose organuose, o ne tik kepenyse, kaip anksčiau, ir tai mums atvėrė neįsivaizduojamas genų terapijos perspektyvas. Mums net nereikia vaisto veikimo selektyvumo, nes galime tiesiogiai suleisti DNR ten, kur mums to reikia, o ne pereiti visą kūną.
Vienas garsiausių jūsų atradimų yra kristalų iš DNR kūrimas. Ar radote pramoninį pritaikymą tokioms konstrukcijoms, ar tai iki šiol yra esminis atradimas?
- Kristalai iš DNR yra vienas įdomiausių dalykų, kuriuos mums pavyko sukurti. Jei būtų skirta „Nobelio premija“už nanotechnologijas, tai jų gaminimo metodika, mano nuomone, būtų pati to vertiausia.
Šiais kristalais susidomėjome dar 1996 metais dėl toli nuo medicinos ir biologijos. Išbandėme tuo metu naują koncepciją, teigdami, kad nanodalelės gali būti laikomos tam tikrais dirbtiniais atomais, o DNR šiuo atveju veikė kaip tam tikros programuojamos „subatominės“dalelės, kurių pagrindu buvo nustatytos nanodalelės, „atomai“, kurių cheminės savybės buvo nustatytos. būtų DNR molekulės ant jų paviršiaus.
Tokių nanodalelių savybių lankstumas leido mums pažodžiui suprojektuoti tam tikros struktūros kristalus, subnanometro tikslumu surenkant juos atominius atomus, įskaitant tokių krištolo gardelių kūrimą, kurių analogų gamtoje nėra. Per daugelį metų mes sukūrėme 500 skirtingų šių grotelių versijų, iš kurių šešios yra visiškai dirbtinės. Tai atveria kelią visiškam medžiagų savybių ir begalinės dirbtinių kristalinių medžiagų įvairovės kontrolei.
Jų praktinio taikymo požiūriu mes vis dar einame tik šia kryptimi. Pirmieji katalizatoriai ir optiniai prietaisai, pagrįsti šiais kristalais, mano nuomone, pasirodys maždaug po 10 metų. Svarbu, kad ir kaip šiuolaikinės elektronikos atveju, kurios sukurti neįmanoma be galimybės gaminti silicio monokristalus, DNR kristalų kūrimas atveria kelią naujos klasės technologijoms.
Kai kalbėjote apie nanosferų kūrimą iš DNR molekulių, sakėte, kad jas galima naudoti įvairiems tikslams, įskaitant raukšles išlyginti. Ar kosmetikos kompanijos domėjosi šia raida?
- Taip, daugelis kompanijų jau parodė susidomėjimą šiuo sferinių DNR molekulių pritaikymu. Kosmetologijos požiūriu nanodalelių potencialas yra beveik neribotas - jų pagalba galime padaryti odą elastingesnę, pašalinti tamsias dėmes, išvalyti ląsteles nuo pigmento molekulių ir priversti odą nustoti jas gaminti, taip pat išspręsti daugybę kitų problemų.
Tačiau čia yra didelė problema - neaišku, kaip kompetentingos institucijos vertins ir reguliuos tokių produktų saugumą, nes jos gali vienu metu išspręsti tiek farmacijos, tiek kosmetikos problemas. Kas bus atsakingas už jų patikrinimą ir kaip tai bus daroma, dar nėra aišku.
Be to, verslo plėtros požiūriu ir paprasčiausiai žmogaus požiūriu kosmetikos gamyba, paremta nanodalelėmis iš DNR, yra antraeilis uždavinys, palyginti su vakcinų nuo vėžio ir genetinių ligų sukūrimu, kurią šimtai tūkstančių ir milijonai žmonių laukia išgydyti.
Pastaraisiais metais mokslininkai parašė šimtus, gal tūkstančius straipsnių, skirtų kitoms „ateities medžiagoms“- pavyzdžiui, plazmonams ar DNR origamiui. Laikui bėgant jaudulys aprimo, tačiau matomų rezultatų dar nematėme. Kodėl tai vyksta?
- Tiesą sakant, nepasakyčiau, kad visos šios technologijos išgaravo arba išnyko - tyrimai tęsiami, bent jau plazmonikoje, kartas nuo karto pasirodo publikacijų apie origami, nors technologinių perspektyvų čia lyg ir nėra. Trumpuoju laikotarpiu atrodo, kad abi šios medžiagos yra tik pagrindinių tyrimų objektas.
Čia verta prisiminti lazerio išradimo istoriją. Kai fizikai sukūrė pirmuosius lazerius, kažkas pasakė, kad „tai yra įdomus atradimas, kuris vis dar laukia praktinio pritaikymo“. Šiandien lazerių galima rasti visur - lazeriai yra kiekviename prekybos centre, jie naudojami audinių susiuvimui ir pjaustymui operacijų metu, yra kiekvienoje kompiuterio ir ryšio sistemoje.
Kitaip tariant, dažnai po esminio atradimo praeina net savaitės ar mėnesiai, bet dešimtmečiai, kol jis randa praktinį ir komercinį pritaikymą.