Amerikāņu ķīmiķis Čads Mirkins, kurš šogad saņēma RUSNANOPRIZE balvu, pastāstīja RIA Novosti par to, kā viņa nanodaļiņas atklās ģenētiskās medicīnas laikmetu, izlīdzinās grumbas sieviešu sejās un izārstēs mūs no vēža, kā arī dalījās pārdomās par to, kā kad nanomachines var iznīcināt pasauli.
Čads Mirkins ir viens no vadošajiem amerikāņu ķīmiķiem, kas iesaistīts nanodaļiņu izstrādē, kas samontēti no sfēriskām DNS molekulām un DNS vai RNS kombinācijām ar metāliem un citām neorganiskām vielām. Papildus "organiskajai" nanotehnoloģijai Mirkins aktīvi strādā pie nanostruktūru "drukāšanas" tehnoloģiju izstrādes, kuras var izmantot elektronikas un optisko ierīču ražošanai.
Mirkins tika uzskatīts par vienu no galvenajiem pretendentiem uz 2013. gada Nobela prēmiju ķīmijā, kā arī agrāk ir izvirzīts balvai RUSNANOPRIZE, kuru Rusnano piešķir kopš 2009. gada par zinātnisko un tehnoloģisko attīstību vai izgudrojumiem nanotehnoloģijas jomā, kas jau ir ieviesti masveida ražošanā.
Čadā, izstrādājot ĢMO vai gēnu terapiju, ģenētiķi bieži saskaras ar asu sociālo noraidījumu, taču nanotehnoloģijai kopumā un nanodaļiņām, kuru pamatā ir sfēriskās DNS molekulas, kuras esat izstrādājis, šīs problēmas nav. Kāpēc tas notiek?
- Šajā gadījumā, manuprāt, pastāv būtiska atšķirība starp nanodaļiņu radīšanu un ģenētiski modificētu produktu izstrādi. Nanodaļiņu īpašību un radīšanas izpēte, pirmkārt, pieder pie ķīmisko pētījumu skaita, tos var saukt par jaunu un noderīgu īpašību meklēšanas rezultātiem dažās struktūrās, kas dabā nepastāv vai ir miniaturizācijas rezultāts, izmantojot dažādas to radīšanas metodes.
Piemēram, visi materiāli, miniaturizējot, maina savas īpašības. Jo īpaši zelts zaudē zeltaino krāsu un nano mērogā kļūst sarkans. Tieši tāpēc nanotehnoloģija mums ir tik interesanta. Visas šīs atšķirības, kas rodas pārejas laikā uz nanoskaļām, var izmantot jaunu, iepriekš neredzētu tehnoloģiju izstrādei.
No otras puses, DNS rediģēšana ir ieviesta visā pasaulē, izmantojot īpašus bioķīmiskos procesus, kuru sekas ir ļoti skaidri noteiktas un kas uz visiem laikiem maina dzīvo organismu darbību. Tas rada ētiskas dilemmas un piesaista regulatoru un cilvēku uzmanību, kuri ir noraizējušies par šādas pieredzes ilgtermiņa sekām.
Protams, ir cilvēki, kuri baidās no turpmākas nanotehnoloģiju attīstības, taču iepriekš minēto iemeslu dēļ viņiem ir ārkārtīgi grūti (un mums ir negodīgi) panākt visu nanodaļiņu vienādu izmēru un izdarīt nepārprotamus "secinājumus", ka absolūti visas nanotehnoloģijas pēc definīcijas ir sliktas. Ja jūs to domājat, pats jēdziens "nanotehnoloģija" var ietvert gandrīz visu, ko zinātne ir radījusi pēdējos gados. Turklāt, ja paskatās tikai uz "parasto" ķīmiju, tad tā darbojas ar molekulām, kuru izmēri ir mazāki nekā tās struktūras, kuras mēs saucam par nanomateriāliem.
Reklāmas video:
Piemēram, tas, ko mēs esam izveidojuši, stingri runājot, nav nanodaļiņas, bet, kā es tos gribu saukt, "sfēriskās nukleīnskābes", jauna veida nanostruktūras, kuras mēs veidojam, īsas DNS un RNS molekulas liekot uz noteiktas formas un dizaina veidnēm. … Viņiem nav dabisku ekvivalentu, bet tajā pašā laikā viņi mijiedarbojas ar dzīvo vielu un šūnām ārkārtīgi neparastā un, kas ir svarīgi, noderīgā veidā. Var teikt, ka tā ir uzvaroša ķīmijas, bioloģijas un nanotehnoloģiju saplūšana.
Šādas nanodaļiņas var izmantot, lai atrisinātu virkni problēmu - ar tām var nogādāt zāles šūnās, izārstēt vēzi un atjaunot tā šūnas, diagnosticēt slimības un citas lietas. Protams, jūs varat tos pielāgot kaitējumam, taču tas nav tas, ko mēs darām Ziemeļrietumu universitātē.
Iepriekš jūs jau esat nosaukts par vienu no kandidātiem uz Nobela prēmiju, un šogad tā tika piešķirta par vienu no galvenajiem atklājumiem nanotehnoloģiju jomā. Vai jūs nedomājat, ka esat nepelnīti aizmirsts?
- Patiesībā šogad balva tika piešķirta par atklājumu, kam nav nekāda sakara ar mūsu pētījumu - to cita starpā saņēma viens no maniem universitātes kolēģiem Freizers Stoddarts. Feringa, Savage un Stoddart strādāja, lai izveidotu molekulāras mašīnas - ārkārtīgi neapstrādātus mehānisko rotoru un slēdžu miniatūrus analogus, kas spēj veikt tos pašus uzdevumus kā parastās mašīnas, bet nanoskaļā.
Mēs varam teikt, ka "Nobela prēmija" tika piešķirta nanotehnoloģijām, taču jums jāsaprot, ka šī zinātnes joma ir ļoti plaša un ietver ļoti plašu problēmu loku, sākot no vides aizsardzības, medicīnas un beidzot ar enerģiju un elektroniku. Šajā gadījumā šīs nanotehnoloģijas ir ļoti tālu no tā, ko mēs darām.
Ja mēs runājam par Nobela prēmiju, tad es neko nevaru pateikt - tā nav mana prerogatīva izlemt, kam tā jāsaņem, lai to dara Nobela komitejas eksperti.
Viens no šī gada balvas laureātiem Bens Feringa uzskata, ka maz ticams, ka nano mašīnas kādreiz apdraudēs cilvēci. Kāds ir jūsu viedoklis par šo jautājumu, par kuru cilvēki vispirms domā, domājot par nanotehnoloģiju bīstamību?
- Atkal, pievēršot uzmanību tam, ko viņi šogad piešķīra Nobela prēmijai, var redzēt, ka tā tika piešķirta par ļoti būtisku atklājumu. Es domāju, ka tagad mēs esam nanotehnoloģiju ķīmiskās evolūcijas ļoti agrīnā stadijā, kas ir ļoti tālu no slaveno "pelēkā goo" scenārijā aprakstīto mašīnu iespējām.
Patiesībā ideja, ka mašīnas var iziet no kontroles un sacelties, ir tīra zinātniskā fantastika, kurai nav nekāda sakara ar zinātni. Es domāju, ka tas vēl ilgu laiku paliks daiļliteratūras ietvaros. Tas, ar ko mēs strādājam un pie kura šodien strādājam, nebūt nav līdzīgs tam, kas vajadzīgs šādam “pasaules gala” scenārijam.
Mašīnas, kuras Feringa un kolēģi ir izveidojuši, ir ļoti shematiskas un nepavisam nav līdzīgas "nanoterminatoriem", kurus zinātniskās fantastikas rakstnieki izmanto, lai mūs biedētu. Mums vēl ir vismaz gadu desmiti, ja ne gadsimti, pirms šāds scenārijs kļūst par nopietnu diskusiju objektu.
Kurās nanotehnoloģiju jomās jūs sagaidāt nozīmīgākos sasniegumus tuvākajā nākotnē?
“Mūsu nanosfēriskās nukleīnskābes tiks un jau tiek izmantotas dažādiem mērķiem un dažādās zinātnes, medicīnas un rūpniecības jomās. Tie jau tiek izmantoti diagnostikā medicīnā - piemēram, mēs esam izveidojuši nanodaļiņas ar zelta kodoliem, kas pārklāti ar DNS “kažoku”, kas tiek izmantoti kā tagi, lai īpaši precīzi meklētu specifiskus DNS segmentus, olbaltumvielas un citas biomolekulas, kas saistītas ar slimībām un dažādām bio - "mērķi".
Šādas daļiņas var izmantot, lai ātri analizētu siekalas, asins vai urīna paraugus un meklētu tajos dažādus vīrusus, baktērijas vai pat ģenētiski noteiktas slimības. Tas viss, es uzsveru, jau tiek izmantots praksē.
Nākotnē mūs sagaida vēl vairāk - mēs izveidojam dobas DNS nanodaļiņas, kas piepildītas ar zālēm vai kādu citu vielu, kas var iekļūt šūnās, kuras parastās DNS un RNS molekulas nevar. Šādas nanodaļiņas, piemēram, var pievienot ādas krēmam un izmantot, lai ārstētu vairāk nekā 200 ādas slimības, kas saistītas ar DNS sadalīšanos. Tāpat mēs varam cīnīties ar kolītu, acu, urīnpūšļa vai plaušu slimībām. Tuvojas ģenētiskās medicīnas laikmets.
Šeit ir vērts saprast, ka, lai gūtu panākumus šajā jomā, ir nepieciešamas trīs lietas. Pirmkārt, jums jāspēj izgatavot RNS un DNS molekulas, un mēs jau 30 gadus veicam labu darbu ar šo uzdevumu. Otrkārt, jums ir jāsaprot, kāpēc noteiktu gēnu mutācijas izraisa slimības. Šī problēma tika atrisināta 2000. gadu sākumā, kad tika pabeigta cilvēka genoma dekodēšana.
Tomēr vēl nesen pietrūka trešās lietas - spējas ievadīt DNS un RNS tajos audos un orgānos, kur viņiem būtu jāiet. Un izrādījās, ka nanodaļiņas ir ērtākais un uzticamākais veids, kā atrisināt šo problēmu. Mūsu sfēriskās nukleīnskābes spēja iekļūt šūnās tikpat viegli kā neviens cits retrovīruss.
Tagad mums ir iespēja norādīt DNS uz orgāniem, kas mūs interesē, un ne tikai aknās, kā iepriekš, un tas mums pavēra iepriekš neiedomājamas izredzes uz gēnu terapiju. Mums pat nav nepieciešama zāļu selektivitāte, jo mēs varam tieši injicēt DNS tur, kur mums tas nepieciešams, nevis iziet cauri visam ķermenim.
Viens no jūsu slavenākajiem atklājumiem ir kristālu radīšana no DNS. Vai esat atradis kādu rūpniecisku pielietojumu šādām struktūrām, vai tas ir būtisks atklājums?
- Kristāli no DNS ir viena no interesantākajām lietām, ko esam spējuši radīt. Ja būtu "Nobela prēmija" nanotehnoloģijai, tad metodika to ražošanai, manuprāt, būtu visvērtīgākā.
Par šiem kristāliem mēs sākām interesēties jau 1996. gadā tādu iemeslu dēļ, kas ir tālu no medicīnas un bioloģijas. Mēs pārbaudījām toreiz jauno koncepciju, norādot, ka nanodaļiņas var uzskatīt par sava veida mākslīgiem atomiem, un DNS šajā gadījumā darbojās kā sava veida programmējamas "subatomiskas" daļiņas, uz kuru pamata tika noteiktas nanodaļiņas - "atomi", kuru ķīmiskās īpašības tika noteiktas. būtu DNS molekulas uz to virsmas.
Šādu nanodaļiņu īpašību elastīgums mums ļāva burtiski noformēt kristālus ar noteiktu struktūru, ar subnanometra precizitāti saliekot tos atomu atomos, ieskaitot tādu kristāla režģu izveidi, kuru analogi dabā nepastāv. Gadu gaitā mēs esam izveidojuši 500 dažādas šo režģu versijas, no kurām sešas ir pilnīgi mākslīgas. Tas paver ceļu pilnīgai materiāla īpašību kontrolei un bezgalīgai mākslīgo kristālisko materiālu daudzveidībai.
No to praktiskā pielietojuma viedokļa mēs joprojām virzāmies tikai šajā virzienā. Pirmie uz šiem kristāliem balstītie katalizatori un optiskās ierīces, manuprāt, parādīsies apmēram pēc 10 gadiem. Ir svarīgi, ka un tāpat kā mūsdienu elektronikas gadījumā, kuras izveidošana nebija iespējama bez iespējas ražot silīcija monokristālus, DNS kristālu radīšana paver ceļu jaunai tehnoloģiju klasei.
Kad jūs runājāt par nanosfēru izveidošanu no DNS molekulām, jūs paziņojāt, ka tās var izmantot dažādiem mērķiem, tostarp grumbu izlīdzināšanai. Vai kosmētikas uzņēmumi bija ieinteresēti šajā attīstībā?
- Jā, daudzi uzņēmumi jau ir izrādījuši interesi par šo sfērisko DNS molekulu pielietojumu. No kosmetoloģijas viedokļa nanodaļiņu potenciāls ir gandrīz neierobežots - ar to palīdzību mēs varam padarīt ādu elastīgāku, noņemt tumšos plankumus, attīrīt šūnas no pigmenta molekulām un likt ādai pārtraukt to ražošanu, kā arī atrisināt daudz citu problēmu.
Bet šeit ir liela problēma - nav skaidrs, kā kompetentās iestādes novērtēs un regulēs šādu produktu drošību, jo tās vienlaikus var atrisināt gan farmācijas, gan kosmētikas problēmas. Kas būs atbildīgs par viņu pārbaudi un kā tas tiks veikts, vēl nav skaidrs.
Turklāt no biznesa attīstības viedokļa un vienkārši no kopēja cilvēka viedokļa kosmētikas izstrāde, kuras pamatā ir DNS nanodaļiņas, ir sekundārs uzdevums, salīdzinot ar vakcīnu izveidošanu pret vēzi un ģenētiskām slimībām, no kurām simtiem tūkstošu un miljonu cilvēku cer atbrīvoties.
Pēdējos gados zinātnieki ir uzrakstījuši simtiem, varbūt tūkstošiem rakstu, kas veltīti nākamajiem "nākotnes materiāliem" - piemēram, plazmoniem vai DNS origami. Laika gaitā uztraukums mazinājās, taču mēs vēl neesam redzējuši redzamus rezultātus. Kāpēc tas notiek?
- Patiesībā es neteiktu, ka visas šīs tehnoloģijas ir iztvaikojušas vai pazudušas - turpinās pētījumi, vismaz plazmonikā, ik pa laikam parādās publikācijas par origami, lai gan šķiet, ka šeit nav tehnoloģisku izredžu. Īstermiņā abi šie materiāli, šķiet, ir tikai fundamentālo pētījumu priekšmets.
Šeit ir vērts atcerēties lāzera izgudrošanas vēsturi. Kad fiziķi izveidoja pirmos lāzerus, kāds teica, ka "tas ir interesants atklājums, kas joprojām gaida praktisku pielietojumu". Mūsdienās lāzerus var atrast visur - lāzeri atrodas katrā lielveikalā, tie tiek izmantoti, lai šūtu un grieztu audus operāciju laikā, un ir katrā datorā un sakaru sistēmā.
Citiem vārdiem sakot, bieži pēc fundamentāla atklājuma paiet pat ne nedēļas vai mēneši, bet gan gadu desmiti, pirms tas atrod savu praktisko un komerciālo pielietojumu.
