Της Μιχαέλας Βαλερά,
Από τον Λεύκιππο και τον Δημόκριτο, στον Πλάτωνα και στον Bohr, μέχρι και σήμερα, το ανεξερεύνητο του βιολογικού μας μικρόκοσμου δεν παύει να βασανίζει τη φαντασία μας με σχοινοτενείς θεωρίες. Στην πράξη, οι προσπάθειές μας να κατανοήσουμε και τελικά να μιμηθούμε τη φύση της ζωής, έχει περάσει από το τηλεσκόπιο στο καλύτερο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο του κόσμου και επιτέλους στην νανοκλίμακα. Τα βαυκαλήματα των ταινιών επιστημονικής φαντασίας πλέον ακούν στο όνομα nanobots και αδιαμφισβήτητα χαράσσουν τον επαναστατικό τους δρόμο στην ιατρική ακριβείας.
Με πλάτος μόλις 50-100 νανόμετρα, τα nanobots αποτελούν σχεδόν αόρατες μηχανές που μπορούν να κατασκευάσουν οτιδήποτε είναι προγραμματισμένες με θεμέλιους λίθους όπως ο άνθρακας, το άζωτο, το υδρογόνο, το οξυγόνο και τον φωσφόρο. Επιπλέον, έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν διάφορους τύπους πηγών ενέργειας σε μηχανικές δυνάμεις και να εκτελούν το ιατρικό έργο εύκολα και άμεσα. Το μικρό τους μέγεθος διευκολύνει την αλληλεπίδραση και την διείσδυση στα κύτταρα με σκοπό τη μεταφορά και την εναπόθεση φαρμάκων, γονιδίων και μορίων ανίχνευσης. Η χορήγηση φαρμάκων εξάλλου συνιστά μια περίτεχνη διαδικασία που με την εισαγωγή των nanobots απλουστεύεται μια και το φάρμακο μπορεί να χορηγηθεί στην ακριβή θέση παρά να περάσει πρώτα σε ολόκληρο το σώμα.
Η έμπνευση για τις περισσότερες ανακαλύψεις πηγάζει από τον ίδιο μας τον εαυτό και πιο συγκεκριμένα από τον εσωτερικό μας βιόκοσμο. Στην πραγματικότητα, εμείς οι ίδιοι είμαστε βιονανορομπότ απαρτιζόμενοι από εκατομμύρια μηχανές μικρότερες του ενός νανόμετρου που μπορούν να μετατρέψουν τη χημική ενέργεια ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) σε μηχανική κίνηση. Ίσως γνωστή και ως η πιο άφθονη πρωτεΐνη στη Γη, η συνθάση ΑΤΡ, το τελευταίο ένζυμο της οδού της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, πανταχού παρούσα από τη θυλακοειδή μεμβράνη των χλωροπλαστών εώς και τη μεμβράνη των βακτηρίων είναι μια πρωτεΐνη ζωτικής σημασίας με εφαρμογές μέχρι και στη θεραπεία του καρκίνου. Συγκεκριμένα έχει παρατηρηθεί πως ένας τύπος συνθάσης, η έκτοπη συνθάση ATP που είναι στραμμένη προς τον εξωκυττάριο χώρο εμπλέκεται στην αγγειογένεση και στην ανοσολογική αναγνώριση των καρκινικών κυττάρων, γεγονός άκρως δελεαστικό για στοχευμένη αντιμετώπιση νεοπλασμάτων.
Εντούτοις, η κατασκευή nanobots εξολοθρευτών, αυτοπλοηγούμενων στα βιολογικά υγρά δεν είναι μια εύκολη υπόθεση. Ένα βασικό πρόβλημα που κλίνονται οι επιστήμονες να αντιμετωπίσουν είναι η επιλογή της κατάλληλης πηγής ενέργειας που μπορεί να διασφαλίσει την σωστή ταχύτητα κίνησης και τη βιοσυμβατότητα. Ειδικότερα όταν ο στόχος είναι τα καρκινικά κύτταρα, η αντίσταση στην κίνηση από το μικροπεριβάλλον του όγκου είναι μια ακόμη τροχοπέδη. Τα μαγνητικά νανορομπότ, ωστόσο, καθοδηγούμενα μέσα από τη ροπή που προκαλεί ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο θα μπορούσαν να δώσουν τη λύση στο πρόβλημα και να απελευθερώνουν το αντικαρκινικό φορτίο ύστερα από διέγερση από το ενδοκυτταρικό H2O2 ή τοπικές αλλαγές του pH στο περιβάλλοντος του όγκου. Η χρήση υπερήχων είναι εξίσου εφευρετική μια και τα ηχητικά κύματα μπορούν να μεταδοθούν σε στερεά, υγρά και αέρια και να διεισδύσουν βαθιά στους βιολογικούς ιστούς, ειδικά σε τύπους καρκίνου όπως το γλοιοβλάστωμα. Το μόνο μειονέκτημα που ενέχει αυτή η μέθοδος είναι η πιθανότητα πρόκλησης οξειδωτικού stress που ελλοχεύει παράπλευρες συνέπειες για τα φυσιολογικά κύτταρα. Το σπέρμα και τα βακτήρια θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ενδεχόμενες κινητήριες δυνάμεις γιατί ενεργοποιούνται εξίσου μετά από σηματοδότηση.
Στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, δοκιμάστηκε ένα υβριδικό nanobot το οποίο κατόρθωσε επιτυχώς να απελευθερώσει το αντικαρκινικό φάρμακο υστέρα από την καθοδήγηση φωτός NIR (εγγύς υπέρυθρο) και εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Σε σύγκριση με παραδοσιακά θεραπευτικά σχήματα κατά του καρκίνου, η νανορομποτική μοιάζει το λιγότερο ελπιδοφόρα, γιατί συνδυάζει ελεγχόμενη κίνηση, ανίχνευση, τοποθέτηση και συγκέντρωση. Άλλη μια ερευνητική ομάδα σχεδίασε ένα nanobot αναδίπλωσης-DNA ικανό να ανιχνεύει και να απεικονίζει με ακρίβεια βιοδείκτες που σχετίζονται με όγκους μέσα σε ζωντανά κύτταρα.
Η νανοτεχνολογία μπορεί να επεκταθεί ακόμη και στη νευροφαρμακολογία με σκοπό την ίαση ασθενειών που μέσα στο πολυδαίδαλο νευρικό δίκτυο του εγκεφάλου παρέμεναν απλησίαστες. Η πρώτη πρόκληση κάθε ερευνητή ήταν και είναι η διέλευση μέσα από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και ύστερα μέσα από τα νευρικά κύτταρα. Γι’ αυτόν τον λόγο είναι επιθυμητά μικρά, συμπαγή και λιπόφιλα μόρια και ιδιαίτερα φορείς όπως τα πολυμερή νανοσωματίδια που μπορούν να ανοίξουν τις στενές συνδέσεις του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και να παρατείνουν την απελευθέρωση του φαρμάκου αλλά ταυτόχρονα το προφυλάσσουν από την επέλαση μακροφάγων.
Μια ακόμη εξαιρετική επιλογή είναι τα νανοκελύφη, νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου με μεταλλικό κέλυφος που είναι σε θέση να απελευθερώσουν το περιεχόμενό τους αφού θερμανθούν. Το σχήμα, η ακαμψία των σωματιδίων ακόμη και η γωνία επαφής (μικρότερης των 45°) μεταξύ της κυτταρικής μεμβράνης και του σωματιδίου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην αποτελεσματικότητα και τη δράση του φαρμάκου. Στη νόσο Alzheimer για παράδειγμα που απαιτείται η έγκαιρη ανίχνευση της γεροντικής πλάκας, η νανοτεχνολογία επιβραβεύεται για ακόμη μια φορά. Τα νανοσωματίδια κρυσταλλικών ιόντων οξειδίου συνιστούν εξαιρετικούς παραμαγνητικούς παράγοντες αντίθεσης που χρησιμοποιούνται στη μαγνητική τομογραφία και μπορούν μακροχρόνια να λειτουργήσουν ως πρώιμοι βιοδείκτες.
Περισσότερο σενάριο σωτηρίας παρά Grey Goo αποδείχθηκαν τα nanobots ύστερα από μια μακροσκοπική ανασκόπηση. Η μάχη κατά του καρκίνου, του Alzheimer και αρκετών άλλων ασθενειών μπορεί να έχει νικητή τον άνθρωπο με σύμμαχο τη νανοτεχνολογία. Το κλειδί της ίασης κρύβεται πάντα κάτω από το μαξιλάρι της πρόληψης, γεγονός που μπορεί να εξασφαλίσει η χρήση των nanobots. Από τα in vitro πειράματα στις in vivo εφαρμογές, ο δρόμος είναι μακροσκελής, η πηγή γνώσης ακένωτη, αλλά σίγουρα το αποτέλεσμα θα ανταμείψει με ζωές!
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Nanobots – reality or fiction?, nanopartikel.info. Διαθέσιμο εδώ
- Advances of medical nanorobots for future cancer treatments, BMC part of Springer Nature. Διαθέσιμο εδώ
- Nanopsychiatry–the potential role of nanotechnologies in the future of psychiatry: a systematic review, HAL open science. Διαθέσιμο εδώ
- Ectopic ATP synthase stimulates the secretion of extracellular vesicles in cancer cells, Nature. Διαθέσιμο εδώ
