Нанотехнологиите са една от най-модерните и бурно развиващи се области на науката и практиката в цял свят. Перспективното направление е на път да промени из основи човешкия бит чрез създаване на нови революционни продукти и методики. Нанотехнологиите намират приложение във всички сфери на индустрията и бита. Но най-много очакванията на учените, а и на всеки от нас са насочени към разработването на биомедицинските нанотехнологии.
Специално за „Форум Медикус“ проф. Ставри Ставрев и проф. Иван Черноземски коментират как биха били използвани нанотехнологиите в медицината, какви са резултатите от проведените до момента проучвания, както и кога да очакваме реално приложение в медицинската практика.
Проф. Ставри Ставрев – специалист по нанотехнологии, бивш ръководител на звеното по космическо материалознание в Института по космически изследвания към БАН:
Отчитаме обещаващи резултати
- За нанотехнологиите се заговори масово през 2001 г., когато американският експрезидент Клинтън обяви старта на Националната инициатива по нанотехнологии в САЩ. Учените обаче отдавна разработват това направление. Първите публикации по темата датират от 1956 г. и са на големия руски физик Иван Хамов, който поставя понятието нанотехнологии на научни основи. По-късно се появиха публикации в западния печат, както и в българския. Физиците предричаха светло бъдеще, свързано с нанотехнологиите. Заговори се за нанороботи, които да контролират екологичната обстановка в света, както и такива, които да унищожават дефектните клетки и да ги изхвърлят от организма. Нанотехнологиите дадоха възможност да се проникне в света на нанониво. Появиха се и първите мнения, че нанотехнологиите могат да бъдат опасни – например създаването на програмируеми хора, при които да липсва системата на защита, за да изпълняват те строго специфични задачи.
През годините естествено бяха водени спорове за уточняване на понятието нанотехнологии. Аз съм сред тези, които застъпват тезата, че нанотехнологиите не са наука, а сбор от правила за приложение на физика, химия, дори електротехника, медицина, геномика, свързани с размерите на наночастиците. Тоест отиваме от микросвета към наносвета, където действат съвсем други закони, а веществата притежават други свойства, които могат да бъдат програмирани предварително.
В България първите наночастици синтезирах през 1987 г. благодарение на т.нар. детонационни методи, при които се използва взривна енергия, за да се получат т.нар. нанодиаманти. Детонационно синтезираните нанодиаманти са от типа монокристална структура с режим на частиците около 4 нанометра. Синтезът се базира на фазов преход на свободен въглерод от взривни вещества с отрицателен кислороден баланс в процеса на взрива при налягане 220 хиляди атмосфери и температура от 4500°С. Методът на синтез е добре изучен и усвоен в промишлен мащаб у нас, като България е единствената страна в Европейския съюз, която е защитила патент и притежава технология за промишлено производство.
Първо се появи т.нар. наноелектроника – синтез на нови композиционни материали – метални и полимерни, на нанониво с предварително зададени свойства. Така например са създадени материали с по-голяма твърдост и износоустойчивост. Този нов клас композиционни материали са много по-леки, с по-дълъг експлоатационен срок, и не по-малко важно – синтезират се с по-малко енергия. Така например с определен клас наноматериали създадохме бетон със срок на живот 15 хиляди години. Разработихме и покрития за плоскости, които имат висока защита от триене, от абразивни въздействия и са корозионно устойчиви. Светодиодите също са продукт на нанотехнологиите. Тяхното масово въвеждане в живота ни ще доведе до 50-55% икономия на електроенергия.
Според мен обаче най-важното приложение на нанотехнологиите е в областта на медицината. До преди 5 години нямаше никакви публикации по тази тема в света. Първите изследвания за въздействието на наночастиците върху раковите клетки направихме с мой колега през 1991 – 1992 г. в Сан Франциско. Получихме надеждни резултати и след завръщането си в България продължих да работя по проблема основно с колеги от университета „Аристотел“ в Солун. След това започнахме работа с колеги от Института по радиобиология в гр. Обнинск, Русия. Приложението на нанотехнологиите в медицината започна да се изследва в САЩ и в Израел.
Оформено бе становището, че нанодиамантите са незаменими в лечението на рака като платформа, на която ние можем да „натоварим“ химиотерапевтиците и да осъществим прицелна химиотерапия. Специално за тази задача разработих нов метод за синтез на нанодиаманти, при който получените частици нямат типичното трислойно покритие. Този нанодиамант представлява „голо“ диамантено ядро, на чиято повърхност могат да се закрепват отделни молекули. Голямото повърхностно напрежение на нанодиамантите и разликата в потенциалите на мембраната на раковата клетка и на наночастиците позволяват те да проникнат в раковата клетка, да я лишат от храна и тя да умре. В чист вид нанодиамантите въздействат по този начин. Основното място на нанодиамантите е в прицелната химиотерапия. Както вече отбелязах, благодарение на големите повърхностни напрежения и голямата адхезионна способност на повърхността на нанодиамантите по тях много лесно могат да бъдат закрепвани отделни молекули на химиотерапевтици и да бъдат атакувани директно само раковите клетки. Това дава възможност количеството на химиотерапевтика да бъде намалено между 40 и 100 пъти. Освен това установихме, че някои медикаменти губят токсичните си свойства на повърхността на нанодиаманта.
В краткосрочен план очаквам да реализираме бъдещ проект, като създадем консорциум с големи учени от Англия, Ирландия, Русия, Германия, Израел, Южна Корея и, разбира се, от България, който да довърши проучванията върху приложението на нанотехнологиите в онкологията до ниво използването им в болнична обстановка. Крайната цел на този проект е създаване на нов лекарствен препарат, който да играе ролята на платформа за лечение на онкологичните заболявания.
Надявам се, че за около 3 – 3.5 години ще приключим всички етапи на проучванията, а лечението ще стане част от терапевтичните алгоритми.
Накрая искам да отбележа, че се правят изследвания за приложение на нанотехнологии при болестта на Алцхаймер, при туберкулоза и наркомании.
Проф. Иван Черноземски:
Нова надежда за успешна терапия
- По време на последния национален конгрес по онкология, проведен през миналата година, бяха представени най-перспективните нови технологии в онкологията. С особен интерес участниците в научното събитие проследиха посоките на напредъка, настъпил през последните десетилетия.
Едно от перспективните направления бе представено от групата на д-р Киширо Хасуми от Япония. Става въпрос за така мечтаните терапевтични ваксини. Коментирани бяха данни от изследвания за приложението на експериментална ваксина при 26 души, като при 13 от тях е отчетен много добър резултат.
Другата основна новост в онкологичната наука е свързана с нанотехнологиите. Те очевидно ще променят икономиката, медицината, целия свят. Големи надежди се възлагат на приложението на нанотехнологиите за успешното лечение на онкологичните заболявания. Свои изследвания в тази област на конгреса представиха едни от най-изтъкнатите учени от САЩ, Русия и от много европейски страни. Учените в Русия например са получили уверението на Владимир Путин, че страната ще инвестира в това направление толкова средства, колкото е необходимо, тъй като то ще промени икономиката.
Получени са вече първоначални резултати от изследвания, при които към малки наночастици се прилепва цитостатик. Така наночастицата „води“ лекарството избирателно към туморната тъкан. По този начин с по-малка доза от лекарството се постига по-голям терапевтичен ефект. Ако проучванията завършат успешно, за онколозите ще настъпи сбъдване на една мечта – откриване на молекула, която да отвежда лекарството единствено и само до тумора.
Постиженията на българската наука в областта на нанотехнологиите изненадаха чуждестранните гости, които не вярваха, че в малка страна като нашата може да има толкова много добре подготвени специалисти. Ето защо бяха обсъдени възможности за съвместна работа по различни европейски проекти. Планира се изграждането на корпоративна структура, чиято основна цел ще бъде да „атакува“ с научно-практически действия този значим медицински проблем, както и да осигурява финансиране за необходимите проучвания.
