На минувшей неделе стало известно, что в США впервые вылечили инфаркт с помощью нанотехнологий. Каково состояние нанотехнологий в России - предынфарктное или получше? А может быть, наномир - просто хорошо раскрученный миф? В этом попытались разобраться наши авторы
Инфаркт с помощью высоких технологий в Америке действительно вылечили - правда, пока у мышек и кроликов. Проделали это доктор Сэмюель Стапп и его коллеги из Северо-Западного университета в Эванстоне, в штате Иллинойс. Для начала исследователи вызвали сердечный приступ и повреждение сердца у мышей. Затем для чистоты опыта их разбили на три группы. Первой группе через полчаса после инфаркта ввели особые вещества, которые при введении в организм сами собираются в длинные и тонкие волокна мельчайших размеров - то есть нановолокна. Эти волокна и заполняют рану в сердечной мышце. А кроме того, в организме они связываются с гепарином - очень важным веществом, которое есть практически в любом организме и в любой аптеке. В свою очередь, гепарин привлекает к себе так называемые факторы роста, которые очень нужны для заживления поврежденных тканей. В общем, получается как в фильмах про киборгов: волокна собираются в "строительные леса" внутри раны и "приманивают" гепарин, который притягивает к месту действия факторы роста - и рана затягивается сама.
Второй группе мышей вводили только факторы роста, а третьей, как положено, не вводили ничего. Через месяц после инфаркта и лечения авторы опыта обнаружили, что у мышей, получивших "нанококтейль", сердце восстановилось практически полностью и работало почти так же хорошо, как у здоровых мышей. У мышей из контрольных групп показатели работы сердца были намного хуже - второй группе даже факторы роста не помогли. Позже почти все то же повторилось и в опытах на кроликах. Для развития и коммерциализации этого открытия доктор Стапп уже создал компанию Nanotope.
Революция №...
О нанотехнологиях, которые должны произвести революцию в медицине, не говорил в последние месяцы только ленивый. Еще одно достижение американцев, которое сейчас у всех на устах, - открытие Наоми Халас, профессора Университета Райса в Хьюстоне. Наоми Халас создала новый класс мельчайших частиц с уникальными оптическими свойствами. Их называют наногильзами. Их диаметр примерно в 20 раз меньше, чем у эритроцитов - красных кровяных телец. Благодаря своим сверхмалым размерам наногильзы свободно перемещаются по кровеносной системе. К поверхности гильз можно прикрепить особые белки - антитела, поражающие раковые клетки, и тогда гильзы в организме ракового больного сразу устремятся к опухоли.
Через несколько часов после запуска в организм наногильзы облучают инфракрасным светом. Гильзы преобразуют его в тепловую энергию. Эта энергия и разрушает раковые клетки, причем прочие здоровые клетки при этом практически не повреждаются.
Эту супертехнологию уже успешно протестировали на мышах, у которых были раковые опухоли. Уже через 10 дней после облучения все больные животные полностью избавились от этих опухолей. Говорят, что последующие проверки также не выявили у них никаких следов новых злокачественных образований.
Если техасская "золотая пуля" сработает и на людях - это действительно потянет на революцию. Не только в онкологии, но почти во всех сферах жизни. Вряд ли хоть одна уважающая себя страна позволит себе проспать такое.
В начале осени российский премьер Михаил Фрадков на одном из заседаний правительства признал, что о нанотехнологиях "половина сидящих в этом зале ничего не знает" и добавил, что нам без них никуда. Он даже помечтал о том, чтобы над нанопроектами в России работали в таком режиме, как над атомным проектом при Сталине. Потому как нанотехнологии сейчас - это примерно то же, что бомба полвека назад, заключил премьер.
Родная речь
Бомба бомбой, но влияют ли нанотехнологии на нашу жизнь уже сейчас? Например, на медицину, где от них столько ждут? В одном из отчетов Института биомедицинской химии РАМН можно прочесть, что в 1998 - 2005 годах в России опубликовано более 200 научных работ, демонстрирующих эффективность нанотехнологий при лечении целого ряда заболеваний, включая рак, рассеянный склероз, менингит, СПИД, грипп и туберкулез. Там сказано, что мы получили убедительные данные о возможности использования наночастиц для производства эффективных вакцин, а всего нанотехнологиями в медицине у нас занимаются два десятка научных организаций. Но если вы придете в аптеку и попросите лекарство или вакцину на основе нанотехнологий - даже самый начитанный провизор вряд ли что-то вам сможет предложить. Означает ли это, что все нанопроекты в России - потемкинская деревня? Есть ли у нас в этой сфере достижения, которые можно "потрогать руками"?
- Да, есть, - уверен один из наших ведущих экспертов в сфере биоинженерии профессор биофака МГУ Константин Шайтан. - Недавно в Scientific American вышла статья заведующего нашей кафедрой биоинженерии академика Михаила Кирпичникова о диагностике детских инфекций с помощью нанотехнологий. Русский перевод - в сентябрьском номере "В мире науки". Так что пример свежий.
- И это уже используется в клинике?
- До клиники пока ничего из нанотехнологий не дошло. Путь от первого опытного образца до клиники занимает лет десять минимум. До опытов на животных где-то дошло. Например, лекарства, "пришитые" к нанотрубкам или фуллереновым структурам, на животных уже испытывались.
- А что это за фуллереновые структуры, о которых так много говорят в последнее время?
- Представляете себе футбольный мяч? А теперь вообразите похожую на мяч структуру, только черные точки на мяче мысленно замените на атомы углерода. При этом фуллерены активно рекламируются. Вы легко найдете в продаже, например, шунгитовую воду, где есть фуллерены.
Это вода с частичками карельского минерала шунгита?
- Она самая. Продается свободно. А ведь любые нанообъекты небезопасны. Фуллерены преодолевают гематоэнцефалический барьер - проще говоря, лезут в мозг. При этом они могут транспортировать на себе самые разные вещества, которые в норме этот барьер не проходят и в мозг не проникают. Выпивая воду, настоянную на шунгите, потребитель рискует получить у себя в нервной ткани неизвестно что. В наноразмерном состоянии многие вещества ведут себя не так, как от них ожидают.
- Плохо или хорошо?
- Не очень хорошо. Во многих наших домах стены ванной и туалета сделаны из асбестоцементных плит. Химически это алюмосиликат. Вполне безвредная вещь. Если вы возьмете булыжник из того же алюмосиликата, растолчете его и выпьете - вам ничего не будет. Но асбест образует очень мелкие игольчатые структуры - как раз наноразмера. И шахтеры, которые добывают асбест и много лет подряд дышат асбестовой пылью, почти гарантированно получают рак: это наночастицы проникают в клетки.
- Хорошо, что в наших домах эти плиты закрыты краской и плиткой...
- Лучше бы их там вообще не было. И если так ведут себя природные наночастицы, почему искусственные должны вести себя лучше? Все победные рапорты о нанотехнологиях пока нужно воспринимать очень осторожно. Хотя работать в этом направлении нам придется - просто чтобы не отстать от всех.
.. Так и запишем: чтобы не отстать. Судя по всему, роль догоняющего в наносфере на ближайшие годы нам обеспечена. Что ж, будем считать, что это бег от инфаркта.
Лучше меньше, да лучше
Нанотехнология - область прикладной науки и техники, которая занимается изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (нанометр составляет 10^-9 метра). Соответственно наночастицы - это очень мелкие частицы, нановолокна - очень тоненькие волокна, а нанотрубки - столь же миниатюрные трубки.
Технологии, оперирующие величинами порядка нанометра, сулят человечеству контроль над строением материи. Используя атом в качестве "детальки", можно соединять любые атомы в любой комбинации. Проще говоря, если можно манипулировать атомами, составляющими грушу, почему бы не создавать из них груши?
Ведь и вы, уважаемый читатель, состоите из весьма простых химических элементов - углерода, азота, кальция, фосфора, серы и так далее. Если выпарить из вас всю воду, оставшееся поместится в картонную коробку средних размеров. Значит ли это, что вы примитивны?
Ни в коем случае. Важно, не из чего вы сделаны, а как ваши атомы расположены друг относительно друга.
Впервые термин "нанотехнология" употребил японский ученый Норио Танигути в 1974 году. Но еще в 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман произнес пророческое: "Там, внизу, море места!" Внизу на сленге физиков означает на микроуровне. Многим тогда это показалось просто игрой слов: еще не существовало технологии, позволяющей даже увидеть отдельный атом. Но уже в 1981-м фирма IBM разработала так называемый сканирующий туннельный микроскоп. Устройство позволяло не только распознавать отдельные атомы вещества, но и переносить их с места на место.
Современная технология позволяет манипулировать атомами, но выглядит все пока неуклюже: огромный прибор хватает отдельный атом и транспортирует его. Настоящие "нанороботы" сами должны быть размером с нанометр. Проект такого манипулятора уже подробно описан. Он будет похож на руку с пальцами, только у позиционирующего устройства этой "руки" будет шесть степеней свободы. Каждая будет управляться своим храповиком, приводимым в действие давлением инертного газа. А цилиндрами будут служить углеродные нанотрубки.
Тому, кто первым построит такую "руку", американский Foresight Institute обещает премию в 250 000 долларов. Однако пока за деньгами никто не явился. Дело в чрезвычайной сложности проекта: такой манипулятор должен состоять примерно из миллиона атомов. Существующие технологии пока позволяют сооружать простейшие механизмы - зубчатые передачи, моторы, механизмы захвата и позиционирования - из нескольких сотен молекул.