Νανοεπανάσταση: γιατί τα κβαντικά σημεία χρησιμοποιούνται με επιτυχία στην ιατρική

Νανοεπανάσταση: γιατί τα κβαντικά σημεία χρησιμοποιούνται με επιτυχία στην ιατρική

Δεν μπορούμε πια να φανταστούμε τη σύγχρονη ιατρική χωρίς νανοτεχνολογίες. Οι επιστήμονες συνέχεια αναζητούν και αναπτύσσουν καινούρια υλικά και τεχνολογίες χρησιμοποίησής τους. Τα λεγόμενα κβαντικά σημεία, νανοσωματίδια με διαστάσεις που δεν ξεπερνούν το ένα δεκαχιλιοστό της διαμέτρου της ανθρώπινης τρίχας, με επιτυχία χρησιμοποιούνται στη διαγνωστική και φαρμακολογία. Το Εθνικό Πανεπιστήμιο Πυρηνικών Ερευνών MIFI ασχολείται με εντατική εξερεύνηση των δυνατοτήτων χρησιμοποίησης των κβαντικών σημείων στη βιοιατρική. Το κβαντικό σημείο που επίσης λέγεται τεχνητό άτομο, είναι ένας κρύσταλλος ημιαγωγού τόσο μικρός που η κίνηση ηλεκτρονίων μέσα σε αυτό είναι περιορισμένη και στις τρεις διαστάσεις. Το κβαντικό σημείο μοιάζει με μπάλα που βρίσκεται μέσα σε κουτί και μπορεί να κινείται μόνο ανάμεσα στους τοίχους του. Ο όρος «κβαντικό» σε αυτή την περίπτωση σημαίνει πως διάφορα χαρακτηριστικά του σημείου π.χ. οπτικά ή ηλεκτρικά, αλλάζουν ανάλογα με τις διαστάσεις του.

Τα κβαντικά σημεία ανακαλύφτηκαν τη δεκαετία του 50 του XX αιώνα και για πολύ καιρό έμειναν αντικείμενο «παθητικής» μελέτης των φυσικών. Μετά οι χημικοί έμαθαν να συνθέτουν κβαντικά σημεία με προσδιορισμένες διαστάσεις, πράγμα που τους έδινε τη δυνατότητα να ελέγχουν τις φυσικές και χημικές ιδιότητές τους. Στον τομέα της βιολογίας και της ιατρικής όμως τα κβαντικά σημεία άρχισαν να χρησιμοποιούνται μόλις ανακαλύφτηκε η μέθοδος διάλυσής τους σε νερό και βιολογικά υγρά, καθώς και ο τρόπος ελέγχου των διαστάσεών τους, πράγμα που επέτρεπε να προσδιορίζονται οι διαστάσεις των κβαντικών σημείων κατά τη σύνθεσή τους.

Στην ιατρική συχνά χρησιμοποιούνται κολλοειδή κβαντικά σημεία, δηλαδή νανοκρύσταλλοι που συντίθενται με βάση τη μέθοδο της χημικής σύνθεσης υψηλών θερμοκρασιών. Στο προθερμασμένο μέσο που συμπεριλαμβάνει δύο ή παραπάνω φυσικές καταστάσεις, εισάγεται χημική ουσία με όλoυς τους απαραίτητους παράγοντες. Ακολουθεί μια γρήγορη χημική αντίδραση που έχει ως αποτέλεσμα τη σύνθεση συμπυκνωμάτων στερεής φάσης που αποτελούν βάση των κρυσταλλικών κβαντικών σημείων. Στη συνέχεια τα σωματίδια μεγαλώνουν και το μέγεθός τους ελέγχεται με ακρίβεια ως 10%. Το μέσο μέγεθος των κβαντικών σημείων που χρησιμοποιούνται στη ιατρική, είναι 2,5 έως 5 νανόμετρα. Το μέγεθός τους προσδιορίζει τις οπτικές τους ιδιότητες: τα μικρά νανοκρύσταλλα στην εξωτερική ακτινοβολία έχουν μωβ χρώμα, ενώ τα μεγάλα – κόκκινο.

Η εισαγωγή των περισσότερων νανοσωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό εμποδίζεται από την τοξικότητά τους που απειλεί τα ζωντανά κύτταρα. Πρόκειται όχι για τοξικότητα κάποιου χημικού συστατικού των νανοχωματισίων, αλλά για νανοτοξικότητα. Τα νανοσωματίδια είναι πολύ μικρά σε μέγεθος κι επομένως μοιάζουν με βιολογικά μόρια του σώματος. Ο νανοκρύσταλλος «κολλάει» τις δικές μας πρωτεΐνες ανατρέποντάς τες και προκαλώντας με αυτόν τον τρόπο την αντίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού μας που θέλει να καταστρέψει τις «ξένες» πρωτεΐνες.

Τα νανοσωματίδια μπορούν να αποτελέσουν κέντρα σύνθεσης νηματωδών (ινιδίων) και σφαιρικών πρωτεϊνών που μοιάζουν με τις πλάκες που προκαλούν τη νόσο Αλτσχάιμερ και εμποδίζουν τη μετάδοση της νευρικής ώσης. H «έλξη» των πρωτεϊνών και των νανοκρυστάλλων μπορεί να καταπολεμηθεί με διάφορους τρόπους. Π.χ. το Εθνικό Πανεπιστήμιο Πυρηνικών Ερευνών MIFI προσπαθεί να κάνει την επιφάνεια των σωματιδίων όσο το δυνατόν πιο «μη ελκυστική» για να μη την κολλήσουν οι πρωτεϊνές. Το μέγεθος των σωματιδίων δεν πρέπει να ξεπερνά το αρχικό (2,5-5 νανόμετρα) έτσι ώστε τα κρύσταλλα απομακρύνονται από τον οργανισμό με πιθανότητα που πλησιάζει το 100%.

«Μάλλον δεν μπορούμε να βρούμε οριστική λύση του προβλήματος τοξικότητας των νανοϋλικών. Οι προοπτικές χρησημοποίησής τους στη ιατρική θα εξαρτώνται από την ισορροπία θετικών και αρνητικών ιδιοτήτων τους που μπορούν να αξιοποιηθούν κατά τη διαγνωστική και τη θεραπεία. Βέβαια, τα αντικαρκινικά φάρμακα είναι μεγάλη απειλή για υγιείς ιστούς του οργανισμού, αλλά άλλος τρόπος καταστροφής του κακοήθους όγκου δεν υπάρχει! Επομένως ο στόχος των νανοβιοτεχνολόγων είναι να ελαχιστοποιηθούν οι αρνητικές συνέπειες της επίδρασης των δηλητηριωδών ουσιών στα υγιή κύτταρα και όργανα. Αναλαμβάνουμε αυτό το ρίσκο για να έχουμε περισσότερες πιθανότητες να σώσουμε τη ζωή και την υγεία του ανθρώπου», δήλωσε στο ΡΙΑ Νόβοστι ο Ιγκώρ Ναμπίγιεφ, διευθυντής εργαστηρίου νάνο- και βιοτεχνικής τού Εθνικού Πανεπιστημίου Πυρηνικών Ερευνών MIFI, καθηγητής του πανεπιστημίου του Ρενς, Σαμπάν Αρντέν (Γαλλία).

Αυτή τη στιγμή στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Πυρηνικών Ερευνών MIFI ερευνάται η σύνθεση φορέων για τη μεταφορά φαρμακευτικών ουσιών. Αυτοί οι φορείς, δηλαδή μικροκάψουλες που περιέχουν μαγνητικά και αργυρά νανοσωματίδια, καθώς και ραδιενεργά και φωσφορίζοντα κβαντικά σημεία, εκπέμπουν φως κι έτσι εντοπίζονται εύκολα μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Η μετακίνηση των καψουλών ελέγχεται με μαγνήτη έτσι ώστε τα νανοσωματίδια τις μετακινούν ακριβώς εκεί που βρίσκεται ο κακοήθης όγκος. Όταν οι κάψουλες φτάσουν στο προορισμό τους, μπορούν να θερμανθούν και να ανοίξουν με υπέρηχο. Σημειωτέον ότι τα κβαντικά σημεία δεν παραμένουν ακόμα στο στάδιο ερευνών. Οι νανοκρύσταλλοι αποτελούν βάση πολλών συσκευών που δημιουργούνται τώρα. Το Εθνικό Πανεπιστήμιο Πυρηνικών Ερευνών MIFI δημιουργεί αυτή τη στιγμή μια σειρά συσκευών που μπορούν να αντιμετωπίζουν ταυτόχρονα μεγάλο αριθμό παθογόνων παραγόντων. Οι συσκευές αυτές θα μπορούν να αναγνωρίζουν μια σειρά μολύνσεις μετά από ένα απλό χημικό έλεγχο αέρα. Η δοκιμαστική έκδοση αυτών των συσκευών προγραμματίζεται για το 2019-2020.

NO COMMENTS

Leave a Reply