Chad Mirkin amerikai vegyész, aki idén megkapta a RUSNANOPRIZE díjat, a RIA Novosti-nak elmondta, hogy nanorészecskéi hogyan nyitják meg a genetikai orvoslás korát, kisimítják a nők arcán lévő ráncokat és meggyógyítanak minket a ráktól, és megosztotta gondolatait azzal is, hogyan amikor a nanogépek elpusztíthatják a világot.
Chad Mirkin az egyik vezető amerikai vegyész, aki részt vesz a gömb alakú DNS-molekulákból összeállított nanorészecskék fejlesztésében, valamint a DNS vagy RNS fémekkel és más szervetlen anyagokkal való kombinációival. A "szerves" nanotechnológia mellett Mirkin aktívan dolgozik a nanostruktúrák "nyomtatására" szolgáló technológiák kifejlesztésén, amelyek felhasználhatók elektronika és optikai eszközök gyártására.
Mirkint a 2013-as kémiai Nobel-díj egyik fő versenyzőjének tartották, és a múltban a RUSNANOPRIZE-díjra is jelölték, amelyet Rusnano 2009 óta adományoz a tudományos és technológiai fejlesztésekért vagy a nanotechnológia területén a tömegtermelésben már bevezetett találmányokért.
Csád, a genetikusok gyakran akut társadalmi elutasítással szembesülnek a GMO-k vagy a génterápia fejlesztésekor, de általában a nanotechnológiának és az Ön által kifejlesztett gömb alakú DNS-molekulákon alapuló nanorészecskéknek nincs ilyen problémája. Miért történik?
- Ebben az esetben véleményem szerint alapvető különbség van a nanorészecskék létrehozása és a géntechnológiával módosított termékek fejlesztése között. A nanorészecskék tulajdonságainak és létrejöttének vizsgálata mindenekelőtt a kémiai vizsgálatok számához tartozik, nevezhetjük azoknak az új és hasznos tulajdonságoknak a keresésének eredményeit, amelyek egyes struktúrákban nem léteznek a természetben, vagy miniatürizálás eredményeként jönnek létre, létrehozásukhoz különféle módszereket alkalmazva.
Például minden anyag miniatürizálva megváltoztatja tulajdonságait. Különösen az arany elveszíti arany színét, és a nanoméretnél pirosra vált. Pontosan ezért érdekes számunkra a nanotechnológia. Mindezek a nanoszkálára való áttérés során felmerülő különbségek felhasználhatók új, korábban nem látott technológiák kifejlesztésére.
Másrészt a DNS-szerkesztés globálisan, specifikus biokémiai folyamatok révén valósult meg, amelyek következményei nagyon világosan meghatározottak, és amelyek örökké megváltoztatják az élő szervezetek működését. Ez etikai dilemmákat vet fel, és felhívja a szabályozók és az ilyen tapasztalatok hosszú távú következményei miatt aggódó emberek figyelmét.
Természetesen vannak olyan emberek, akik félnek a nanotechnológia további fejlődésétől, de a fenti okok miatt rendkívül nehéz (és tisztességtelen számunkra) az összes nanorészecskét azonos méretűre hozni, és egyértelmű "következtetéseket" levonni arról, hogy abszolút minden nanotechnológia definíció szerint rossz. Ha belegondolunk, a „nanotechnológia” fogalma magában foglalhat szinte mindent, amit a tudomány az elmúlt években létrehozott. Sőt, ha csak a "hétköznapi" kémiát nézzük, akkor az olyan molekulákkal működik, amelyek méretei kisebbek, mint azok a szerkezetek, amelyeket nanoanyagoknak nevezünk.
Promóciós videó:
Például, amit szigorúan véve létrehoztunk, nem nanorészecskék, hanem - ahogy én szeretem nevezni - "gömb alakú nukleinsavak", egy új típusú nanostruktúrák, amelyeket úgy hozunk létre, hogy rövid DNS- és RNS-molekulákat helyezünk egy bizonyos alakú és formájú sablonokra. … Nincsenek természetes megfelelőik, ugyanakkor rendkívül szokatlan, és ami fontos, hasznos módon kölcsönhatásba lépnek az élő anyaggal és sejtekkel. Azt mondhatjuk, hogy a kémia, a biológia és a nanotechnológia diadalmas fúziója.
Az ilyen nanorészecskék számos probléma megoldására használhatók - felhasználhatók gyógyszerek sejtekbe juttatására, a rák gyógyítására és sejtjeinek helyreállítására, betegségek és egyéb dolgok diagnosztizálására. Természetesen adaptálhatja őket az ártalmakra, de a Northwestern Egyetemen nem ezt tesszük.
A múltban már jelölték a Nobel-díj egyik jelöltjeként, idén pedig a nanotechnológia egyik legfontosabb felfedezéséért ítélték oda. Nem gondolja, hogy méltatlanul elfelejtettek?
- Valójában ebben az évben egy olyan felfedezésért ítélték oda a díjat, amelynek semmi köze a kutatásunkhoz - többek között egyik egyetemi kollégám, Fraser Stoddart vehette át. Feringa, Savage és Stoddart molekuláris gépek megalkotásán fáradoztak - a mechanikus rotorok és kapcsolók rendkívül nyers miniatűr analógjai, amelyek képesek ugyanazokat a feladatokat ellátni, mint a hagyományos gépek, de nanoméretben.
Mondhatjuk, hogy a "Nobel-díjat" a nanotechnológia kapta, de meg kell értened, hogy ez a tudományterület nagyon széles, és nagyon sokféle problémát magában foglal, a környezetvédelemtől, az orvostudománytól kezdve az energetikáig és az elektronikáig. Ebben az esetben ezek a nanotechnológiák nagyon messze vannak attól, amit csinálunk.
Ha Nobel-díjról beszélünk, akkor nem tudok semmit mondani - nem az én előjogom eldönteni, kinek kell átvenni, hadd tegyék a Nobel-bizottság szakértői.
Az idei díj egyik nyertese, Ben Feringa úgy véli, hogy a nanogépek valószínűleg nem veszélyeztetik az emberiséget. Mi a véleménye erről a kérdésről, amelyre az emberek először gondolnak, amikor a nanotechnológia veszélyeire gondolnak?
- Ismételten, ha odafigyel arra, amit idén adtak a Nobel-díjjal, láthatja, hogy azt egy nagyon alapvető felfedezésért ítélték oda. Úgy gondolom, hogy a nanotechnológia kémiai evolúciójának nagyon korai szakaszában vagyunk, ami nagyon messze van a híres "szürke goo" forgatókönyvben leírt gépek képességeitől.
Valójában maga az ötlet, hogy a gépek kikerülhetnek az irányításból és a lázadásból, tiszta tudományos fantasztikum, amelynek semmi köze a tudományhoz. Úgy gondolom, hogy még sokáig a fikció keretein belül marad. Amivel ma dolgozunk és amin dolgozunk, egyáltalán nem hasonlít ahhoz, ami a „világvége” ilyen forgatókönyvéhez szükséges.
A Feringa és munkatársai által létrehozott gépek nagyon sematikusak, és egyáltalán nem hasonlítanak azokra a "nanoterminátorokra", amelyekkel a sci-fi írók megijesztenek minket. Még mindig vannak legalább évtizedek, ha nem évszázadok, mire egy ilyen forgatókönyv komoly vita tárgyává válik.
A nanotechnológia mely területein számíthat a legjelentősebb áttörésekre a közeljövőben?
„Nanoszférikus nukleinsavjainkat sokféle célra és a tudomány, az orvostudomány és az ipar legkülönbözőbb területein használják és használják. Ezeket már használják az orvostudomány diagnosztikájában - például DNS-bundával borított arany magokkal rendelkező nanorészecskéket hoztunk létre, amelyeket címkeként használunk a DNS-ek, fehérjék és más, a betegségekkel és a különféle biológiai molekulákkal kapcsolatos biomolekulák ultrapontos keresésére. - "célpontok".
Az ilyen részecskék felhasználhatók a nyál, a vér vagy a vizelet mintájának gyors elemzésére, és különféle vírusok, baktériumok vagy akár genetikailag meghatározott betegségek felkutatására. Mindezt - hangsúlyozom - már a gyakorlatban is használják.
A jövőben még több vár ránk - olyan üreges DNS nanorészecskéket hozunk létre, amelyek tele vannak gyógyszerekkel vagy valamilyen más olyan anyaggal, amely behatolhat a sejtekbe, amire a közönséges DNS és RNS molekulák nem képesek. Ilyen nanorészecskék például adhatók a bőrkrémhez, és több mint 200, a DNS lebontásával járó bőrbetegség kezelésére használhatók. Hasonlóképpen küzdhetünk a vastagbélgyulladás, a szem, a hólyag vagy a tüdő betegségei ellen is. Közeleg a genetikai orvoslás korszaka.
Itt érdemes megérteni, hogy három dologra van szükség a siker érdekében ezen a területen. Először is képesnek kell lennie RNS- és DNS-molekulák előállítására, és ezt a feladatot 30 éve jól teljesítjük. Másodszor meg kell értened, hogy egyes gének mutációi miért okoznak betegséget. Ezt a problémát a 2000-es évek elején oldották meg, amikor az emberi genom dekódolása befejeződött.
A legutóbbi időkig azonban hiányzott a harmadik dolog - az a képesség, hogy bejuttassák a DNS-t és az RNS-t azokba a szövetekbe és szervekbe, ahová menniük kellene. És kiderült, hogy a nanorészecskék a legkényelmesebb és legmegbízhatóbb módszer a probléma megoldására. Gömbös nukleinsavak olyan könnyen képesek behatolni a sejtekbe, mint egyetlen retrovírus sem.
Most lehetőségünk van arra, hogy a bennünket érdeklő szervekben, és ne csak a májban mutassuk a DNS-t, mint korábban, és ez korábban elképzelhetetlen kilátásokat nyitott meg számunkra a génterápia szempontjából. Nincs is szükségünk a gyógyszer szelektivitására, mivel közvetlenül beinjektálhatunk DNS-t, ahol szükségünk van rá, és nem juthatunk át az egész testen.
Az egyik leghíresebb felfedezésed a kristályok létrehozása a DNS-ből. Talált-e ipari alkalmazást ilyen szerkezetekre, vagy ez egyelőre alapvető felfedezés?
- A DNS-ből származó kristályok az egyik legérdekesebb dolog, amit képesek voltunk létrehozni. Ha lenne egy "Nobel-díj" a nanotechnológiához, akkor az előállításuk módszertana véleményem szerint erre lenne a legértékesebb.
Ezektől a kristályoktól még 1996-ban érdeklődni kezdtünk, az orvostudománytól és a biológiától távol eső okok miatt. Kipróbáltuk az akkor új koncepciót, kijelentve, hogy a nanorészecskék egyfajta mesterséges atomnak tekinthetők, és a DNS ebben az esetben egyfajta programozható "szubatomi" részecskeként működött, amelyek alapján a nanorészecskék - "atomok", amelyek kémiai tulajdonságait meghatározták. DNS-molekulák lennének a felszínükön.
Az ilyen nanorészecskék tulajdonságainak rugalmassága lehetővé tette számunkra, hogy szó szerint megtervezzünk egy adott szerkezetű kristályokat, amelyek atomatomokat subnanométer pontossággal szerelnek össze, beleértve olyan kristályrácsok létrehozását, amelyek analógjai a természetben nem léteznek. Az évek során ezeknek a rácsoknak 500 különböző változatát hoztuk létre, amelyek közül hat teljesen mesterséges. Ez utat nyit az anyag tulajdonságainak és a mesterséges kristályos anyagok végtelen sokféleségének teljes ellenőrzése előtt.
Gyakorlati alkalmazásuk szempontjából továbbra is csak ebben az irányban haladunk. Az első ilyen kristályokon alapuló katalizátorok és optikai eszközök véleményem szerint körülbelül 10 év múlva jelennek meg. Fontos, hogy és hasonlóan a modern elektronikához, amelynek létrehozása lehetetlen volt szilícium monokristályok gyártásának képessége nélkül, a DNS-kristályok létrehozása megnyitja az utat a technológiák új osztálya előtt.
Amikor arról beszélt, hogy DNS-molekulákból nanoszférákat szeretne létrehozni, kijelentette, hogy azok különféle célokra használhatók, többek között a ráncok elsimítására is. A kozmetikai vállalatokat érdekelte ez a fejlődés?
- Igen, sok vállalat már megmutatta érdeklődését a gömb alakú DNS-molekulák iránt. Kozmetológia szempontjából a nanorészecskék lehetőségei szinte korlátlanok - segítségükkel rugalmasabbá tehetjük a bőrt, eltávolíthatjuk a sötét foltokat, megtisztíthatjuk a sejteket a pigmentmolekuláktól, és a bőrt leállíthatjuk azok termelésével, és rengeteg más problémát is megoldhatunk.
De itt van egy nagy probléma - nem világos, hogy az illetékes hatóságok miként fogják értékelni és szabályozni az ilyen termékek biztonságosságát, mivel egyszerre képesek megoldani mind a gyógyszerészeti, mind a kozmetikai problémákat. Ki lesz felelős az ellenőrzésükért, és hogyan fogják azt elvégezni - egyelőre nem világos.
Ezenkívül az üzletfejlesztés szempontjából és egyszerűen közös emberi szempontból a nanorészecskéken alapuló kozmetikumok kifejlesztése a DNS-ből másodlagos feladat, összehasonlítva a rák és genetikai betegségek elleni oltások létrehozásával, amelyek gyógyítására emberek százezrei és milliói várnak.
Az elmúlt években a tudósok több száz, esetleg ezer cikket írtak a következő "jövő anyagainak" - például plazmonoknak vagy DNS-origamiknak - szentelve. Idővel az izgalom alábbhagyott, de még nem láttunk látható eredményt. Miért történik?
- Valójában nem mondanám, hogy mindezek a technológiák elpárologtak vagy eltűntek volna - folytatódnak a kutatások, legalábbis a plazmonikában, időről időre megjelennek publikációk az origamiról, bár úgy tűnik, hogy itt nincs technológiai kilátás. Rövid távon úgy tűnik, hogy ezek az anyagok csak az alapkutatások tárgyát képezik.
Itt érdemes emlékezni a lézer feltalálásának történetére. Amikor a fizikusok elkészítették az első lézereket, valaki azt mondta, hogy "ez egy érdekes felfedezés, amely még mindig várja gyakorlati alkalmazását". Manapság a lézerek mindenütt megtalálhatók - a lézerek minden szupermarketben megtalálhatók, a műveletek során szokták varrni és vágni a szöveteket, és minden számítógépben és kommunikációs rendszerben vannak.
Más szavakkal, gyakran egy alapvető felfedezés után nem is hetek vagy hónapok, hanem évtizedek telnek el, mire megtalálja gyakorlati és kereskedelmi alkalmazását.