Американският химик Чад Миркин, който получи наградата RUSNANOPRIZE тази година, разказа пред РИА Новости как неговите наночастици ще отворят епохата на генетичната медицина, ще изгладят бръчките по лицата на жените и ще ни излекуват от рак, а също така сподели мислите си за това как когато наномашините могат да унищожат света.
Чад Миркин е един от водещите американски химици, участващи в разработването на наночастици, събрани от сферични ДНК молекули и комбинации от ДНК или РНК с метали и други неорганични вещества. В допълнение към "органичните" нанотехнологии, Миркин работи активно по разработването на технологии за "отпечатване" на наноструктури, които могат да се използват за производство на електроника и оптични устройства.
Миркин беше смятан за един от основните претенденти за Нобелова награда за химия за 2013 г., а в миналото е номиниран и за наградата RUSNANOPRIZE, която се присъжда от Руснано от 2009 г. за научни и технологични разработки или изобретения в областта на нанотехнологиите, които вече са въведени в масовото производство.
Чад, генетиците често се сблъскват с остро социално отхвърляне, когато разработват ГМО или генна терапия, но нанотехнологиите като цяло и наночастиците, базирани на сферични ДНК молекули, които сте разработили, нямат този проблем. Защо се случва?
- В този случай, според мен, има фундаментална разлика между създаването на наночастици и развитието на генетично модифицирани продукти. Изследването на свойствата и създаването на наночастици, на първо място, принадлежи към броя на химическите изследвания, те могат да се нарекат резултатите от търсенето на нови и полезни свойства в някои структури, които не съществуват в природата или са резултат от миниатюризация, като се използват разнообразни методи за тяхното създаване.
Например всички материали променят свойствата си, когато са миниатюризирани. По-специално златото губи своя златист цвят и се превръща в червено в наномащаба. Точно затова нанотехнологиите са толкова интересни за нас. Всички тези различия, възникващи по време на прехода към наномащаб, могат да се използват за разработване на нови, невиждани досега технологии.
От друга страна, редактирането на ДНК се прилага в световен мащаб, като се използват специфични биохимични процеси, последствията от които са много ясно дефинирани и които завинаги променят начина на работа на живите организми. Това създава етични дилеми и привлича вниманието на регулаторите и хората, загрижени за дългосрочните последици от такъв опит.
Разбира се, има хора, които се страхуват от по-нататъшното развитие на нанотехнологиите, но поради горните причини е изключително трудно за тях (и нечестно за нас) да доведат всички наночастици до еднакъв размер и да направят еднозначни „изводи“, че абсолютно всички нанотехнологии са лоши по дефиниция. Ако се замислите, самото понятие „нанотехнологии“може да включва почти всичко, което науката е създала през последните години. Освен това, ако просто разгледате „обикновената“химия, тогава тя оперира с молекули, чиито размери са по-малки от тези структури, които ние наричаме наноматериали.
Промоционално видео:
Например, това, което сме създали, строго погледнато, не са наночастици, а, както аз обичам да ги наричам, „сферични нуклеинови киселини“, нов тип наноструктури, които създаваме чрез поставяне на къси ДНК и РНК молекули върху шаблони с определена форма и дизайн … Те нямат естествени еквиваленти, но в същото време взаимодействат с живата материя и клетките по изключително необичаен и, което е важно, полезен начин. За тях може да се каже, че са триумфално сливане на химията, биологията и нанотехнологиите.
Такива наночастици могат да се използват за решаване на множество проблеми - те могат да бъдат използвани за доставяне на лекарства до клетките, лечение на рак и възстановяване на клетките му, диагностициране на заболявания и други неща. Разбира се, можете да ги приспособите за вреда, но това не правим ние в Северозападния университет.
В миналото вече сте посочени като един от кандидатите за Нобелова награда, а тази година тя бе присъдена за едно от ключовите открития в областта на нанотехнологиите. Не мислите ли, че сте незаслужено забравени?
- Всъщност тази година наградата бе присъдена за откритие, което няма нищо общо с нашето изследване - получи го, наред с други неща, един от колегите ми от университета, Фрейзър Стодарт. Feringa, Savage и Stoddart работят за създаването на молекулярни машини - изключително сурови миниатюрни аналози на механични ротори и превключватели, способни да изпълняват същите задачи като конвенционалните машини, но в наномащаб.
Можем да кажем, че „Нобеловата награда“отиде за нанотехнологиите, но трябва да разберете, че тази област на науката е много широка и включва много широк спектър от проблеми, от опазване на околната среда, медицина и завършваща с енергия и електроника. В този случай тези нанотехнологии са много далеч от това, което правим.
Ако говорим за Нобелова награда, тогава не мога да кажа нищо - не е моя прерогатива да решавам кой да я получи, нека експертите от Нобеловия комитет да го направят.
Един от носителите на тазгодишната награда, Бен Феринга, вярва, че е малко вероятно наномашините да застрашат човечеството. Какво е вашето мнение по този въпрос, за което хората първо мислят, когато мислят за опасностите от нанотехнологиите?
- Отново, ако обърнете внимание на това, което те дадоха Нобеловата награда тази година, можете да видите, че тя е присъдена за много фундаментално откритие. Мисля, че сега сме на много ранен етап от химическата еволюция на нанотехнологиите, което е много далеч от възможностите на машините, описани в известния сценарий на „сивата муха“.
Всъщност самата идея, че машините могат да излязат извън контрол и да се разбунтуват, е чиста научна фантастика, която няма нищо общо с науката. Мисля, че тя ще остане в рамките на фантастиката още дълго време. Това, с което работим и по което днес работим, изобщо не е подобно на това, което е необходимо за такъв сценарий на „Страшния съд“.
Машините, които Феринга и колегите са създали, са много схематични и изобщо не приличат на „нано-терминаторите“, с които писателите на научната фантастика ни плашат. Все още имаме поне десетилетия, ако не и векове, преди подобен сценарий да стане обект на сериозна дискусия.
В кои области на нанотехнологиите очаквате най-значителните пробиви в близко бъдеще?
- Наносферните ни нуклеинови киселини ще бъдат и вече се използват за различни цели и в голямо разнообразие от отрасли на науката, медицината и промишлеността. Те вече се използват за диагностика в медицината - например, създадохме наночастици със златни ядра, покрити с ДНК „козина“, които се използват като маркери за ултра прецизно търсене на специфични сегменти от ДНК, протеини и други биомолекули, свързани със заболявания и различни биологични - "цели".
Такива частици могат да се използват за бърз анализ на проби от слюнка, кръв или урина и търсене на различни вируси, бактерии или дори генетично обусловени заболявания в тях. Всичко това, подчертавам, вече се използва на практика.
В бъдеще ни очаква още - създаваме кухи ДНК наночастици, пълни с лекарство или някакво друго вещество, което може да влезе в клетките, което обикновените ДНК и РНК молекули не могат. Такива наночастици например могат да се добавят към крем за кожа и да се използват за лечение на над 200 кожни заболявания, свързани с разграждането на ДНК. По същия начин можем да се борим с колит, заболявания на очите, пикочния мехур или белите дробове. Идва ерата на генетичната медицина.
Тук си струва да разберем, че за успеха в тази област са необходими три неща. Първо, трябва да можете да създадете молекули на РНК и ДНК и ние се справяме добре с тази задача от 30 години. Второ, трябва да разберете защо мутациите в определени гени причиняват заболяване. Този проблем беше решен в началото на 2000-те години, когато декодирането на човешкия геном беше завършено.
Третото нещо обаче липсваше доскоро - способността да се въвеждат ДНК и РНК в тези тъкани и органи, където трябва да отидат. И се оказа, че наночастиците са най-удобният и надежден начин за решаване на този проблем. Нашите сферични нуклеинови киселини успяха да проникнат в клетките толкова лесно, колкото никой ретровирус никога не би могъл да направи.
Сега имаме възможност да насочим ДНК в органите, които ни интересуват, а не само в черния дроб, както преди, и това ни отвори немислими досега перспективи за генна терапия. Дори не се нуждаем от селективността на действието на лекарството, тъй като можем директно да инжектираме ДНК там, където имаме нужда, вместо да преминаваме през цялото тяло.
Едно от най-известните ви открития е създаването на кристали от ДНК. Намерили ли сте някакво промишлено приложение за такива конструкции или това е фундаментално откритие досега?
- Кристалите от ДНК са едно от най-интересните неща, които успяхме да създадем. Ако съществуваше „Нобелова награда“за нанотехнологии, тогава методологията за тяхното производство, според мен, би била най-достойна за нея.
Ние се заинтересувахме от тези кристали още през 1996 г. по причини, далеч от медицината и биологията. Тествахме нова концепция по това време, като заявихме, че наночастиците могат да се разглеждат като вид изкуствени атоми, а ДНК в този случай действа като вид програмируеми „субатомни“частици, на базата на които наночастици, „атоми“, чиито химични свойства са определени биха били ДНК молекули на тяхната повърхност.
Гъвкавостта на свойствата на такива наночастици ни позволи буквално да проектираме кристали с дадена структура, сглобявайки ги атомно атомно с поднанометрова точност, включително създавайки такива кристални решетки, чиито аналози не съществуват в природата. През годините сме създали 500 различни версии на тези решетки, шест от които са напълно изкуствени. Това проправя пътя за пълен контрол върху свойствата на материала и безкрайно разнообразие от изкуствени кристални материали.
От гледна точка на практическото им приложение, ние все още се движим само в тази посока. Първите катализатори и оптични устройства, базирани на тези кристали, според мен ще се появят след около 10 години. Важно е, че както и в случая със съвременната електроника, чието създаване беше невъзможно без възможността за производство на силициеви монокристали, създаването на ДНК кристали отваря пътя за нов клас технологии.
Когато говорихте за създаване на наносфери от ДНК молекули, заявихте, че те могат да се използват за различни цели, включително за изглаждане на бръчките. Интересуваха ли се козметични компании от това развитие?
- Да, много компании вече са проявили интерес към това приложение на сферични ДНК молекули. От гледна точка на козметологията, потенциалът на наночастиците е почти неограничен - с тяхна помощ можем да направим кожата по-еластична, да премахнем тъмните петна, да прочистим клетките от пигментни молекули и да накараме кожата да спре да ги произвежда, а също и да решим много други проблеми.
Но тук има голям проблем - не е ясно как безопасността на такива продукти ще се оценява и регулира от компетентните органи, тъй като те могат едновременно да решават както фармацевтични, така и козметични проблеми. Кой ще отговаря за тяхната проверка и как ще бъде направена - все още не е ясно.
Освен това, от гледна точка на развитието на бизнеса и просто от обща човешка гледна точка, разработването на козметика на базата на наночастици от ДНК е второстепенна задача в сравнение със създаването на ваксини срещу рак и генетични заболявания, които стотици хиляди и милиони хора чакат за излекуване.
През последните години учените са написали стотици, може би хиляди статии, посветени на следващите „материали на бъдещето“- например плазмони или ДНК оригами. С течение на времето вълнението отшумя, но все още не сме виждали видими резултати. Защо се случва?
- Всъщност не бих казал, че всички тези технологии са се изпарили или са изчезнали - изследванията продължават, поне в плазмониката, публикации се появяват от време на време на оригами, въпреки че тук изглежда няма технологични перспективи. В краткосрочен план и двата материала изглежда са само предмет на основни изследвания.
Струва си да си припомним историята на изобретението на лазера тук. Когато физиците създават първите лазери, някой казва, че „това е интересно откритие, което все още чака практическо приложение“. Днес лазерите могат да бъдат намерени навсякъде - лазерите са във всеки супермаркет, те се използват за зашиване и нарязване на тъкан по време на операции и са във всеки компютър и комуникационна система.
С други думи, често след фундаментално откритие дори не минават седмици или месеци, а минават десетилетия, преди то да намери своето практическо и търговско приложение.
