Nanotehnologia este o tehnologie fascinantă care evoluează rapid la confluența dintre fizică, chimie și biologie, la scara de o miliardime de metru. La scară nanometrică au loc interacțiuni biologice, iar o înțelegere din ce în ce mai bună a acestor interacțiuni a condus la o serie de aplicații bazate pe nanotehnologie. Proiectele și structurile la scară nanometrică sunt utilizate în sectoare precum medicamentele, biotehnologia și ingineria țesuturilor.
Nanomedicina este un domeniu relativ nou, care câștigă teren în ritm amețitor. Potențialul nanotehnologiei de a revoluționa tratamentul bolilor dobândește amploare pe măsura cantităților enorme de timp și bani investite pentru depășirea unor obstacole științifice. Aplicarea nanotehnologiei în medicină promite considerabil, date fiind noile tehnologii care îmbunătățesc administrarea medicamentelor și oferă noi proceduri de diagnosticare. În prezent, diverse aplicații clinice ale nanotehnologiei se întâlnesc deja în spitalele de top de pe mai multe continente și vor deveni intervenții comune pe măsură ce rezultatele cercetărilor actuale din laborator vor fi implementate în lumea reală.
Celulele sunt minuscule. Organitele și genele sunt și mai mici, iar proteinele și moleculele sunt chiar mai mici. Ce altă modalitate ar putea fi mai bună pentru a detecta și repara daunele cauzate de îmbătrânire sau de boli care acționează la scară nanometrică decât abordarea lor la aceeași scară nanometrică? Așadar, să aruncăm o privire asupra câtorva dintre modalitățile prin care nanotehnologia revoluționează detectarea și diagnosticarea bolilor.
Nanotehnologia nu înseamnă doar a produce lucruri la scară mică, ci implică utilizarea efectelor cuantice care apar în mod natural la scară nanometrică și care pot fi valorificate pentru a influența proprietățile fizice, chimice, biologice sau mecanice. De cele mai multe ori, aceste efecte cuantice nu pot fi produse de agenți care exced scara nanometrică, nanotehnologia având, suplimentar, și beneficiul de a fi neinvazivă și incredibil de reactivă datorită suprafeței relativ enorme la care poate avea acces.
Nanobiotehnologie pentru detectarea cancerului
Glympse Bio, o divizie a Massachusetts Institute of Technology – MIT din SUA, a fost finanțată, printr-o strângere de fonduri, cu 28,6 milioane de dolari pentru dezvoltarea biosenzorilor săi, nanomașini create prin tehnici de bioinginerie, capabile să navigheze în arealul bolii dezvoltate de pacient. Odată in situ, nanomașinile pot investiga țesutul bolnav și pot transmite informațiile în mod neinvaziv prin emiterea unui semnal de date care poate fi detectat în urina purtătorului. Glympse Bio testează biosenzorii la pacienții care suferă de steatohepatită non-alcoolică, dar speră că vor fi folosiți și pentru a detecta și monitoriza o serie de tipuri de cancer și boli infecțioase.
Cancerul de prostată este a doua cauză de deces pricinuit de cancer la bărbați. Metoda obișnuită de detectare a cancerului de prostată este depistarea antigenului specific prostatic (PSA) în probele de sânge. În acest sens, au fost dezvoltați diverși biosenzori PSA care includ nanoparticule de aur, nanoparticule de siliciu și nanostructuri de grafen, care au îmbunătățit tehnologia în ceea ce privește responsivitatea, stabilitatea și miniaturizarea.
O echipă de cercetare condusă de Leila Farzin de la Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI) din Teheran, Iran, a dezvoltat un dispozitiv de detectare a cancerului de prostată care a folosit nanoplatforme bifuncționale armate cu nanotuburi de carbon pentru a măsura cantitățile de PSA din saliva pacientului. Folosind, de asemenea, saliva, o echipă de cercetare condusă de Muhammad Khan, profesor în Departamentul de Bioinginerie al Universității din Illinois, a proiectat un test PSA bazat pe un nanocompozit de nanoplachete de grafen cu copolimeri bibloc și electrozi de aur.
Beckman Coulter Diagnostics, lider în testarea cancerului de prostată, este o altă companie care avansează și pe piața nanotehnologiei. Indicele său de sănătate a prostatei folosește particule paramagnetice acoperite cu anticorpi monoclonali de șoarece pentru a detecta nivelurile de PSA.
Nanobiotehnologie pentru depistarea bolilor neurodegenerative
Se crede că, la nivel global, peste 50 de milioane de oameni suferă de Alzheimer sau boli neurodegenerative similare. Una dintre cele mai eficiente modalități de a diagnostica aceste tulburări este printr-o tomografie cu emisie de pozitroni (PET) a creierului, dar această metodă de investigare imagistică este costisitoare și, adesea, uzitată prea târziu pentru a mai face o diferență care să conteze.
Startup-ul Alzeca Biosciences, cu sediul în Houston, Texas, a strâns 11 milioane de dolari pentru a-și dezvolta nanoparticulele ADx. Această nanoparticulă este folosită ca agent de contrast pentru imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) și este prima care țintește plăcile amiloide – aglomerări de proteine care distrug conexiunile dintre celulele nervoase și care se găsesc, de obicei, în creierul bolnavilor de Alzheimer. Nanoparticulele se leagă de proteinele anormale care pot forma aceste plăci, dezvăluind zonele deteriorate în timpul unui RMN. Reprezentanții Alzeca Biosciences spun că această metodă ar putea identifica afecțiunile debilitante ale creierului cu un deceniu înainte de apariția simptomelor exterioare.
Nanobiotehnologie pentru depistarea bolilor cardiovasculare
Boala cardiovasculară este ucigașul numărul unu în lume și este greu de detectat în stadiile incipiente, deoarece schimbările la nivel molecular în bolile cardiace precoce apar la scară nanometrică. Institutul de Cercetare a Inimii din Marea Britanie speră să depășească acest impediment prin intermediul unor nanoboți sintetici construiți prin integrarea ingineriei moleculare, a proteinelor și a materialelor. Folosind sisteme microfluidice in vitro sofisticate, nanoboții vor călători în corpul pacientului identificând vasele de sânge bolnave în stadiu incipient.
Unul dintre cele mai bune patru startup-uri de diagnosticare din ultimii ani, conform Institutului California pentru Bioștiințe Cantitative, compania Bikanta a strâns 1,7 milioane de dolari pentru a-i investi în… diamante. Mai exact, în nanodiamante. Sensibile la câmpurile magnetice, nanodiamantele luminează ca „bradul de Crăciun“ în prezența unor structuri sau căi biologice specifice.
Nanotehnologie pentru tratamentele viitorului
În prezent, pe lângă nanotehnologia care construiește și repară, există mai mult de 60 de medicamente care conțin nanomateriale, aprobate de Food and Drug Adminstration – FDA (agenția guvernamentală a Statelor Unite responsabilă pentru protejarea sănătății publice prin asigurarea siguranței, eficacității și securității medicamentelor și dispozitivelor medicale).
Aportul nanotehnologiei depășește însă sfera detectării și a diagnosticării bolilor prin așa-numita nano-livrare. Nanomedicina poate contribui major la accelerarea detectării îmbătrânirii și a bolilor, dar aceste informații ar fi aproape inutile, dacă, mai departe, nu ar exista mijloace de soluționare a problemelor depistate.
De foarte multe ori, tratamentul poate fi la fel de dăunător ca boala care l-a justificat. În această privință, nanotehnologia oferă soluții reale care pot viza cauza vătămării, evitând în același timp toxicitatea, cum ar fi, de exemplu, chimioterapia asociată unui tratament.
Nanobiotehnologie certificată la nivelul UE
Certificată la nivelul UE, terapia NanoTherm, dezvoltată de compania MagForce, implică injectarea de nanoparticule de oxid de fier direct într-o tumoare. Următoarea etapă de tratament este plasarea pacientului într-un aparat care produce un câmp magnetic alternativ care face ca nanoparticulele să genereze căldură direct în interiorul țesutului tumoral, intervenția fiind perfect sigură pentru pacient.
Celulele tumorale canceroase sunt, astfel, fie distruse direct, fie făcute susceptibile la chimioterapie sau tratamente cu radiații suplimentare, în funcție de temperatura atinsă și de durata expunerii la câmpul magnetic. Pentru că, în mod obișnuit, tratarea tumorilor este un proces invaziv, costisitor și adesea debilitant, soluția elaborată de MagForce este considerată de către specialiști un posibil tratament al viitorului. Compania a majorat recent capitalul filialei sale din SUA cu 4,5 milioane de dolari pentru a finanța etapa a doua a studiului clinic MagForce pentru tratamentul focal al cancerului de prostată și în vederea pregătirii pentru comercializare.
Cercetătorii de la Universitatea din California au dezvoltat un tratament nanotehnologic derivat din celulele stem din măduva osoasă, care a fost capabil să inverseze simptomele sclerozei multiple.
Deși tratamentul se află încă în stadiul de experimentare la șoareci, echipa de cercetare speră că noua tehnologie va fi folosită în cele din urmă în folosul oamenilor. Particulele de dimensiuni nanometrice numite exozomi, care sunt pline de molecule de ARN și proteine antiinflamatorii și neuroprotectoare, au capacitatea de a se strecura peste bariera sânge-măduva spinării. Nu numai că această nanotehnologie inteligentă întinerește abilitățile motorii pierdute și reduce leziunile nervoase asociate sclerozei multiple, dar repornește sistemul imunitar al subiectului. În mod evident, nimic din toate acestea nu poate fi realizat cu ajutorul medicamentelor convenționale.
Principii fizice la scară nanometrică
Cercetătorii de la Spitalul Brigham din Boston, afiliat la Harvard, au dezvoltat nanoparticule de ARN mesager care reintroduce copii funcționale ale genei PTEN, un supresor de tumori, în celulele canceroase. Acest lucru reactivează mecanismele naturale ale corpului de suprimare a tumorii și încetinește avansarea bolii canceroase. Tehnologia este încă testată în laborator, dar ar putea oferi o armă redutabilă în lupta împotriva cancerului, spun dezvoltatorii acesteia.
Nanobiotix, o companie de nanobiotehnologie cu sediul principal la Paris, se prezintă afirmând că nu se concentrează pe biologie sau chimie, ci pe „principii fizice la scară nanometrică”.
NBTXR3, nanoparticula de oxid de hafniu amplificatoare radio, dezvoltată de Nanobiotix, este capabilă să îmbunătățească eficiența radiațiilor în celulele tumorale fără a crește doza primită de țesuturile sănătoase din jur. Prin interacțiunea cu razele X, nanoparticulele maximizează efectele radioterapiei și sunt proiectate pentru o singură injecție efectuată direct în tumoră. Statisticile arată că 50-60% dintre pacienții cu cancer primesc recomandare pentru radioterapie, motiv pentru care piața potențială și, implicit, numărul beneficiarilor ar fi uriașe.
Diamantul, bijuteria nanotehnologiei
O echipă internațională de cercetare care reunește oameni de știință de la Universitatea Thamar din Yemen, Universitatea British Columbia, Universitatea Cairo, Universitatea Britanică din Egipt și Centrul Național de Cercetare din Cairo a cercetat nanoparticulele de diamant în virtutea biocompatibilității lor ca platforme de administrare a medicamentelor, a proprietăților remarcabile ale suprafeței și a capacității lor de a traversa bariera hematoencefalică (BBB). Echipa de cercetători crede că tehnologia nanodiamant ar putea oferi un sistem de administrare a medicamentelor care ar putea transporta mai multe medicamente prin bariera hemato-encefalică (BBB), cunoscută ca extrem de dificil de penetrat, iar în acest scop a experimentat cu Amlodipină.
Aceasta este un blocant al canalelor de calciu care nu poate trece prin BBB, dar despre care se crede că încurajează efectele neuro-protectoare care pot inversa excitotoxicitatea indusă de calciu și disfuncția mitocondrială, care sunt parțial responsabile pentru mai multe tulburări neurologice, inclusiv boala Alzheimer și accidentul vascular cerebral. Rezultatele experimentelor au fost considerate încurajatoare.
Natura lucrează la scară biologică și s-a perfecționat de mult la acest nivel. La scară nanometrică, pe măsură ce nano-detecția și nano-administrarea se îmbunătățesc, se extinde și capacitatea noastră de a înțelege și manipula biologia și, prin urmare, de a înțelege și manipula îmbătrânirea. Este, ca o parafrază a celebrelor cuvinte rostite de astronautul Neil Armstrong în momentul aselenizării, un pas mic pentru nanotehnologie, un salt uriaș pentru Longevitate.
