Τελικά τι σημαίνει νανοτεχνολογία; Είναι πολλοί αυτοί που νομίζουν ότι καταλαβαίνουν την έννοια? αλλά είναι έτσι στ’ αλήθεια; Ολοι καταλαβαίνουν ότι πρόκειται για μια τεχνολογία σε μια πολύ – πολύ μικρή κλίμακα, αυτή που ονομάζουμε νάνο. Εκεί μετρούνται μεγέθη σε δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Αλλά καθώς αυτό είναι περίπου και το μέγεθος των μεγαλυτέρων των μορίων, μερικοί υποστηρίζουν ότι η νανοτεχνολογία δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα πιο φαντεζί όνομα της χημείας. Ομως ο Eric Drexler, που πρωτοκαθιέρωσε τον όρο, είχε σίγουρα μεγαλύτερες φιλοδοξίες. Στο βιβλίο του, «Μηχανές της δημιουργίας», που εκδόθηκε το 1986, υποστήριζε ότι θα γινόταν κατορθωτό μια μέρα να κατασκευαστούν αυτο-αναπαραγόμενες «νανομηχανές», που θα μπορούσαν να συναρμολογήσουν τα άτομα μέσα στα μόρια, ακόμα και να δημιουργήσουν καινούργια όργανα.
Βλέποντας πού βρισκόμαστε σήμερα, κάτι τέτοιο μοιάζει ακόμα φιλόδοξο. Αλλά υπάρχουν ήδη συστήματα που δουλεύουν, περισσότερο ή λιγότερο, με αυτόν τον τρόπο: σαν ζωντανά κύτταρα. Βέβαια, εάν κάποτε το όραμα του Drexler υλοποιηθεί, μάλλον δεν θα μοιάζει με αυτό που εκείνος είχε φανταστεί, αλλά θα πάρει τη μορφή δημιουργημάτων που αλληλεπιδρούν με τη «νανοτεχνολογία» της φύσης.
Η «νανοτεχνολογία», όπως και η «νανο-ϊατρική» είναι ένας γάμος της τεχνικής με τη φύση. Κάθε κύτταρο είναι μία αποθήκη από μηχανές νανο-μεγέθους. Διατηρούνται σε σχήμα, από ένα πλαίσιο στήριξης από μικροσωλήνες, με διάμετρο που μετριέται σε νανο-μέτρα. Οι πρωτεΐνες του κυττάρου είναι κατασκευασμένες σε μια νανο-γραμμή συναρμολόγησης, που αποκαλείται ριβόσομα και συσκευάζονται με τη βοήθεια μιας άλλης νανο-συσκευής, γνωστής με το όνομα συσκευή Γκόλγκι.
Τεχνητό πάγκρεας
Ενα από τα πιο τυπικά παραδείγματα της τέχνης της νανοτεχνολογίας είναι το τεχνητό πάγκρεας που διαμόρφωσε ο καθηγητής Tejal Desai. Ο κ. Desai, εργαζόμενος στο πανεπιστήμιο του Μπόστον, προσπαθούσε να δημιουργήσει ένα εμφύτευμα για τους διαβητικούς, οι οποίοι είναι υποχρεωμένοι να κάνουν ενέσεις ινσουλίνης. Ο κ. Desai χρησιμοποίησε ως πρώτη ύλη τα κύτταρα που είναι πιο εύκολο να βρεθούν, τα κύτταρα ποντικιών. Αλλά κανονικά, τα κύτταρα των ποντικιών επιβιώνουν μόνο λίγα λεπτά μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Επειτα καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα του ανθρώπινου οργανισμού.
Σε αυτό το σημείο έκανε την παρέμβασή της η νανοτεχνολογία. Ο κ. Desai εσώκλεισε τα κύτταρα από πάγκρεας ποντικιού μέσα σε μια μεμβράνη, στην οποία χάραξε νανοπόρους, χρησιμοποιώντας τη φωτολιθογραφία, την ίδια τεχνική που χρησιμοποιείται για να σμιλευτούν τα συστατικά στα μικροτσίπ.
Καθώς η γλυκόζη του αίματος διαπερνά μέσα απ’ αυτούς τους νανοπόρους, τα παγκρεϊκά κύτταρα αντιδρούν απελευθερώνοντας ινσουλίνη. Οι πόροι είναι αρκετά μεγάλοι για να επιτρέψουν το πέρασμα της γλυκόζης και της ινσουλίνης, αλλά και αρκετά μικροί για να εμποδίσουν τα μόρια των αντισωμάτων να περάσουν? αυτά είναι αρκετά μεγαλύτερα. Ετσι παράγεται η απαραίτητη ινσουλίνη, χωρίς να καταστρέφονται τα εμφυτεύματα.
Μέχρι τώρα η τεχνική έχει δοκιμαστεί μόνο σε αρουραίους, που υποφέρουν από διαβήτη. Αυτοί επέζησαν εβδομάδες χωρίς να χρειασθούν ινσουλίνη. Ελπίζεται ότι σύντομα θα βρει εφαρμογή και σε ανθρώπινους οργανισμούς.
Παρόμοιες κάψουλες με νανοπόρους μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την παροχή συγκεκριμένων δόσεων φαρμάκων. Ενσωματώνονται δηλαδή μέσα στο σώμα και απελευθερώνουν καθορισμένες ποσότητες φάρμακου, χωρίς να επηρεάζονται από το πόσο έχει μείνει μέσα στην κάψουλα. Σε αυτήν την περίπτωση λειτουργούν ως περιστρεφόμενες πόρτες, έτσι ώστε να ελέγχεται η σταθερή δοσολογία.
Αλλες έρευνες δημιουργούν νανο-διατάξεις που αλληλεπιδρούν με τα βιολογικά μόρια με πιο σύνθετο τρόπο. Για παράδειγμα, νανο-όργανα, τα οποία μπορούν να καταγράψουν βιολογικά πειράματα με πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία απ’ ό,τι έχουμε πετύχει μέχρι τώρα. Ενας τρόπος για την επίτευξη αυτού του σκοπού είναι η χρήση ημιαγωγών νανοκρυστάλων, των λεγόμενων και «κβάντουμ ντοτς (QDNS)», αντί για τους οργανικά χρωματισμένους που βασικά επιστρατεύονταν μέχρι τώρα. Οι οργανικά χρωματισμένοι είναι χημικά ασταθείς και φθείρονται με το χρόνο. Επιπλέον είναι δύσκολο να καταγράφεις διαφορετικές σειρές μορίων ταυτοχρόνως, καθώς κάθε ξεχωριστή βαφή πρέπει να «σημαδεύεται» με συγκεκριμένο μήκος κύματος για να είναι ανιχνεύσιμη.
Οι νανοκρύσταλλοι
Οι νανοκρύσταλλοι (QDNS) απαντούν σε αυτά τα προβλήματα. Με μήκος από πέντε έως δέκα νανομέτρα, περιέχουν συμπλέγματα ζευγών από άτομα όπως το κάδμιο και το σελένιο, που συνδυασμένα δημιουργούν έναν ημιαγωγό. Απελευθερώνουν φως συγκεκριμένου χρώματος όταν διεγερθούν από υπεριώδη ακτινοβολία, ενώ ένα ανόργανο κέλυφος τους προστατεύει. Η συνολική διάταξη καλύπτεται από ένα οργανικό περίβλημα, έτσι ώστε να επιτρέπεται η σύνδεση πρωτεϊνών ή μορίων DΝΑ.
Το σημαντικό είναι ότι ακόμα και συνδεδεμένη με έναν τέτοιο νανοκρύσταλλο μια πρωτεΐνη μπορεί να λειτουργεί κανονικά με τα άλλα μόρια. Ετσι λούζοντας σε υπεριώδεις ακτίνες μία τέτοια πρωτεΐνη, μπορούμε να την παρακολουθούμε καθώς αυτή «κάνει τη δουλειά της» μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό.
Ενα άλλο είδος μορίων που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση υλικών μέσα στο κύτταρο, είναι τα λεγόμενα δενδρικά κύτταρα. Αυτά είναι μεταξύ δύο και είκοσι νανομέτρων και μοιάζουν με γυμνά κλαδιά δέντρου. Διαθέτουν μεγάλη ικανότητα κίνησης μέσα στις κυτταρικές μεμβράνες.
Στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού «Nature Biotechnology», ο Jeff Bulte του πανεπιστημίου Τζον Χόπκινς και η ομάδα του ανακοίνωσε ότι δενδρικά κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση με εμβρυονικά κύτταρα, αφού μεταμοσχευτούν μέσα στον εγκέφαλο ζωντανών αρουραίων. Με αυτόν τον τρόπο οι επιστήμονες μπορούν να καταγράψουν τον τρόπο που δημιουργούνται νέοι ιστοί μέσα στον εγκέφαλο.
Μια παρόμοια τεχνική μπορεί να επιτρέψει και τη χρήση του πολλά υποσχόμενου μορίου της φουλιρένης. Ο StepheWilsoανακάλυψε ότι η επιφάνεια του συγκεκριμένου μορίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πλαίσιο στήριξης για άλλα μόρια. H εταιρεία που ίδρυσε, η c-Sixty, έχει ήδη τα πρώτα υποψήφια φάρμακα που βασίζονται στο μόριο της φουλιρένης, με περισσότερα υποσχόμενο εκείνο εναντίον του έιτζ.
Ανακάλυψη
Η συγκεκριμένη διάταξη περιλαμβάνει τη σύνδεση της φουλιρένης με ένα δενδρικό μόριο, που έχει σχήμα κεράτων ελαφιού. Καθώς το δενδρικό μόριο είναι υδατοδιαλυτό, το συνολικό σκεύασμα μπορεί να διαλυθεί μέσα σε βιολογικές ουσίες, κάτι αδύνατο για τη φουλιρένη. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι αυτή η σύνθεση βρίσκει το δρόμο της για ένα ένζυμο κρίσιμο για την ανάπτυξη του HIV, του μικροβίου που προκαλεί το έιτζ. Το φάρμακο της c-Sixty διακόπτει τη λειτουργία του ενζύμου.
Αυτή η λειτουργία δεν είναι πολύ διαφορετική απ’ αυτήν που έχουν τα μέχρι τώρα φάρμακα κατά του έιτζ. Αλλά ο μηχανισμός δεν είναι ακριβώς ο ίδιος. Αντί για τη χημική δέσμευση που επιχειρούν τα μέχρι τώρα φάρμακα, το νέο φάρμακο καταστέλλει το ένζυμο με μηχανικό τρόπο. Κάτι τέτοιο θα αναδειχθεί εξαιρετικά κρίσιμο στην αντιμετώπιση των γενών εκείνων του HIV που είναι ανθεκτικοί στα παλαιότερα φάρμακα? και τέτοιες μορφές του HIV ήδη εμφανίζονται.
Μία άλλη εντυπωσιακή εφαρμογή της νανο-ιατρικής είναι η ανακάλυψη ενός φαρμάκου που εξολοθρεύει βακτήρια, ακόμα κι εκείνα που είχαν αναπτύξει αντιστάσεις στα παραδοσιακά αντιβιοτικά. Ο δρ Ghadiri ανακάλυψε ότι όταν δακτύλιοι από οκτώ αμινοξέα τοποθετηθούν δίπλα σε μεμβράνες κυττάρων, επιχειρούν να εισχωρήσουν στο εσωτερικό των μεμβρανών. Αλλά έτσι τρυπούν τη μεμβράνη, με αποτέλεσμα το θάνατο του κυττάρου. Για να μετατρέψει τα «δακτυλίδια» του σε αποτελεσματικά βακτηριοκτόνα, ο δρ Ghadiri πρέπει να τα οδηγεί μόνο στις μεμβράνες των επικίνδυνων ιών, κάτι το οποίο δεν μοιάζει ακατόρθωτο.
Αυτές οι… ταπεινές εφαρμογές είναι, βέβαια, μόνο μια μακρινή κραυγή από το μυθικό όραμα που θα συγκινεί για πάντα τους σκαπανείς της νανοτεχνολογίας. Πρόκειται για το μικροσκοπικό υποβρύχιο της ταινίας «Φανταστικό Ταξίδι», που ταξιδεύοντας μέσα στο ανθρώπινο σώμα σκότωνε τα θανατηφόρα κύτταρα. Αλλά με το πέρασμα του χρόνου η νανοτεχνολογία μπορεί να αποδείξει ότι έχει περισσότερα να προσφέρει από την επιστημονική φαντασία.
