Małe cuda: Mikromaszyny w medycynie

Napisane przez Neila Osterweila Z archiwum lekarza

Nov 10, 2000 -- W filmie Fantastic Voyage z 1966 roku, zespół chirurgiczny zostaje zminiaturyzowany i wstrzyknięty do krwiobiegu umierającego człowieka w śmiałej próbie uratowania mu życia. Ale to jest robienie tego w trudny sposób: po co robić się małym, kiedy można stworzyć armię mikroskopijnych robotów sanitariuszy, którzy zrobią to za ciebie?

Jeszcze kilka lat temu brzmiałoby to jak absurdalna fantazja, coś z powieści Juliusza Verne'a lub H.G. Wellsa. Ale nanotechnologia - nauka o nakłanianiu lub manipulowaniu atomami, by łączyły się w mikroskopijne maszyny lub stabilne struktury - niesie ze sobą obietnicę nowej rewolucji przemysłowej.

W XIX wieku narzędziami postępu były węgiel, ropa i stal. W XXI wieku będą to atomy, mikroskopijne rurki przenoszące leki i miniaturowe roboty zwalczające choroby, mówią drobni naukowcy z wielkimi pomysłami, którzy spotkali się w zeszłym tygodniu w Bethesda, Md. na konferencji poświęconej nanotechnologii.

Przedrostek nano, pochodzący od greckiego słowa oznaczającego "karzeł", jest używany w medycynie i nauce do oznaczania rzeczy, które są zadziwiająco małe - technicznie rzecz biorąc, jest to 1-miliardowa część "czegokolwiek". Tak więc nanosekunda to miliardowa część sekundy, a nanometr to miliardowa część metra.

Pomysł tworzenia maszyn wielkości cząsteczek może wydawać się niektórym osobom dziwaczny lub głupi, ale naukowcy zajmujący się nanotechnologią w rzeczywistości trzymają lustro w górze w stosunku do natury.

Pod pewnymi względami Matka Natura jest dowodem na istnienie nanotechnologii, mówi współprzewodniczący konferencji Jan H. Hoh, PhD, profesor nadzwyczajny fizjologii w JohnsHopkins University School of Medicine w Baltimore. "Ludzie pytają 'czy naprawdę można zbudować urządzenia w skali długości kilku nanometrów?'. A odpowiedź brzmi: 'Wiemy, że można, bo natura już to zrobiła' - mówi doktor Hoh. "Część obecnych wysiłków w dziedzinie nanotechnologii to projekty typu 'lessons-from-nature', w których starasz się zrozumieć strategie projektowania i zasady stosowane przez naturę, a następnie zadajesz sobie pytanie 'jak mogę wykorzystać te strategie do zbudowania urządzeń o zupełnie nowych funkcjach i nowych właściwościach?'".

Nanotechnologia obejmuje wiele gałęzi nauki i technologii, od eksploracji kosmosu po ochronę energii. Jednym z obszarów szczególnie obiecujących jest medycyna. Wyobraź sobie, jeśli potrafisz, co mogą zrobić nanoroboty lub "nanoboty" - maleńkie, pojedynczo myślące automaty zaprojektowane do konkretnego celu:

"Cała maszyneria życia to precyzyjne molekularnie maszyny, które działają w skali nanometrów, więc jest to nanotechnologia - wersja natury" - mówi Rick Smalley, profesor chemii i fizyki oraz dyrektor Center for Nanoscale Science & Technology na Uniwersytecie Rice w Houston. "Tak więc w zakresie, w jakim kiedykolwiek nauczymy się diagnozować, badać, poznawać, zmieniać i naprawiać problemy, to również będzie musiała być nanotechnologia".

Smalley mówi lekarzowi, że nanotechnologia jest już wykorzystywana wmedycynie w postaci stworzonych przez człowieka molekuł, które są sprzężone z toksycznymi substancjami chemicznymi lub cząstkami radioaktywnymi. Te cząsteczki, które nie istnieją w naturze, mogą dostarczać leki lub śmiertelne dawki promieniowania do guzów nowotworowych, forexample. Jak mówi, nie jest to zbyt duży skok, aby wyobrazić sobie dostarczanie leków za pomocą mikropreparowanych rurek, tzw. nanorurek.

W zeznaniach przed Kongresem w 1999 roku Smalley przewidział inne zastosowania nanotechnologii w medycynie. Obejmują one szybką analizę genetyczną, która umożliwiłaby diagnozę i leczenie dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjenta na podstawie jego profilu genetycznego; bardziej wytrzymałe sztuczne organy, które byłyby mniej narażone na odrzucenie przez system immunologiczny biorcy; oraz "systemy czujników, które pozwolą na wykrywanie pojawiających się chorób w żywym organizmie i ostatecznie przesuną punkt ciężkości opieki nad pacjentem z leczenia chorób na ich wczesne wykrywanie i/lub zapobieganie" - mówi.

Inne medyczne zastosowania nanotechnologii, które na początku wydają się być odległe, w rzeczywistości zbliżają się do domu, mówi Leslie Rubinstein, prezes Renaissance Technologies w Lexington, Ky. W rozmowie z lekarzem opisuje on zastosowanie praktycznych nanorobotów do leczenia różnych problemów medycznych. Minimalistyczne maszyny mogłyby być zbudowane przy użyciu istniejącej technologii - takiej jak ta używana do produkcji maleńkich chipów komputerowych. Same roboty byłyby zaprojektowane tak, by odważnie podążać tam, gdzie nie dotarł jeszcze żaden robot - czyli do trudno dostępnych miejsc w ciele - i gdzie celem jest pozbycie się czegoś, czego nie powinno tam być.

Podobne prace prowadzone są w Massachusetts Instituteof Technology w Cambridge, gdzie dr Ian Hunter, profesor inżynierii mechanicznej i bioinżynierii oraz jego współpracownicy opracowują "nanowalkery", które mogłyby zrobić dla medycyny to, co zrobiły sondy robotyczne dla eksploracji kosmosu. Nanowalkery mogłyby pełzać po ciele, wokół niego lub przez nie, aby obrazować i diagnozować choroby ukryte przed konwencjonalnymi technikami skanowania, dostarczać leki do guzów lub naprawiać organy bez konieczności przeprowadzania operacji.

Są tacy, którzy martwią się, że kiedy już zaczniemy podążać ścieżką tworzenia samoskładających się robotów, nie będzie już odwrotu, a pewnego dnia możemy obudzić się i stwierdzić, że roboty rozmnożyły się i nabrały własnego życia.

"Zgadzam się, że byłoby to przerażające, gdyby było prawdziwe, ale zaprzeczam nawet możliwości istnienia tego czegoś", mówi Smalley.

"Jesteśmy tak daleko od czegokolwiek, co zdalnie przypominałoby samodzielnie składającego się robota, że głupio jest się tym teraz przejmować".