O químico americano Chad Mirkin, que recebeu o prêmio RUSNANOPRIZE este ano, disse à RIA Novosti como suas nanopartículas vão abrir a era da medicina genética, suavizar rugas no rosto das mulheres e nos curar do câncer, e também compartilhou suas idéias sobre como quando nanomáquinas podem destruir o mundo.
Chad Mirkin é um dos principais químicos americanos envolvidos no desenvolvimento de nanopartículas montadas a partir de moléculas esféricas de DNA e combinações de DNA ou RNA com metais e outras matérias inorgânicas. Além da nanotecnologia "orgânica", Mirkin está trabalhando ativamente no desenvolvimento de tecnologias para "imprimir" nanoestruturas, que podem ser usadas para fabricar dispositivos eletrônicos e ópticos.
Mirkin foi considerado um dos principais candidatos ao Prêmio Nobel de Química de 2013, e também foi nomeado no passado para o Prêmio RUSNANOPRIZE, concedido pela Rusnano desde 2009 por desenvolvimentos científicos e tecnológicos ou invenções no campo da nanotecnologia que já foram introduzidos na produção em massa.
Chade, os geneticistas muitas vezes enfrentam rejeição social aguda ao desenvolver OGM ou terapia genética, mas a nanotecnologia em geral e as nanopartículas baseadas em moléculas esféricas de DNA que você desenvolveu não têm esse problema. Por que isso acontece?
- Nesse caso, em minha opinião, há uma diferença fundamental entre a criação de nanopartículas e o desenvolvimento de produtos geneticamente modificados. O estudo das propriedades e da criação de nanopartículas, em primeiro lugar, pertence ao número de estudos químicos, podem ser chamados de resultados da busca por propriedades novas e úteis em algumas estruturas que não existem na natureza ou são o resultado da miniaturização, utilizando uma variedade de métodos para sua criação.
Por exemplo, todos os materiais mudam suas propriedades quando miniaturizados. O ouro, em particular, perde sua cor dourada e fica vermelho em nanoescala. É exatamente por isso que a nanotecnologia é tão interessante para nós. Todas essas diferenças que surgem durante a transição para a nanoescala podem ser usadas para desenvolver novas tecnologias nunca antes vistas.
Por outro lado, a edição de DNA tem sido implementada globalmente, por meio de processos bioquímicos específicos, cujas consequências são claramente definidas e que mudam para sempre a forma como os organismos vivos funcionam. Isso cria dilemas éticos e atrai a atenção de reguladores e pessoas preocupadas com as consequências de longo prazo de tais experiências.
Claro, existem pessoas que temem um maior desenvolvimento da nanotecnologia, mas pelas razões acima, é extremamente difícil (e desonesto para nós) trazer todas as nanopartículas do mesmo tamanho e fazer "conclusões" inequívocas de que absolutamente todas as nanotecnologias são ruins por definição. Se você pensar bem, o próprio conceito de "nanotecnologia" pode incluir quase tudo que a ciência criou nos últimos anos. Além disso, se você olhar apenas para a química "comum", ela opera com moléculas cujas dimensões são menores do que as estruturas que chamamos de nanomateriais.
Vídeo promocional:
Por exemplo, o que criamos, estritamente falando, não são nanopartículas, mas, como gosto de chamá-los, "ácidos nucléicos esféricos", um novo tipo de nanoestruturas que criamos colocando moléculas curtas de DNA e RNA em modelos de uma determinada forma e design … Eles não têm equivalentes naturais, mas ao mesmo tempo interagem com a matéria viva e as células de uma forma extremamente incomum e, o mais importante, útil. Eles podem ser considerados uma fusão triunfante de química, biologia e nanotecnologia.
Essas nanopartículas podem ser usadas para resolver uma série de problemas - elas podem ser usadas para entregar medicamentos às células, curar câncer e reparar suas células, diagnosticar doenças e muito mais. Claro, você pode adaptá-los para causar danos, mas não é isso que fazemos na Northwestern University.
Você já foi indicado como um dos candidatos ao Prêmio Nobel no passado, e este ano foi concedido por uma das principais descobertas no campo da nanotecnologia. Você não acha que foi esquecido sem merecimento?
- Na verdade, este ano o prêmio foi concedido por uma descoberta que nada tem a ver com a nossa pesquisa - foi recebido, entre outras coisas, por um dos meus colegas de universidade, Fraser Stoddart. Feringa, Savage e Stoddart trabalharam para criar máquinas moleculares - análogos em miniatura extremamente rudes de rotores e interruptores mecânicos, capazes de realizar as mesmas tarefas que as máquinas convencionais, mas em nanoescala.
Podemos dizer que o “Prêmio Nobel” foi para a nanotecnologia, mas é preciso entender que essa área da ciência é muito ampla e inclui uma gama muito ampla de problemas, desde proteção ambiental, medicina e terminando em energia e eletrônica. Nesse caso, essas nanotecnologias estão muito longe do que estamos fazendo.
Se falamos sobre o Prêmio Nobel, então não posso dizer nada - não é minha prerrogativa decidir quem deve recebê-lo, deixe os especialistas do Comitê Nobel fazerem.
Um dos vencedores do prêmio deste ano, Ben Feringa, acredita que nanomáquinas provavelmente nunca ameaçarão a humanidade. Qual é a sua opinião sobre esse assunto que as pessoas pensam primeiro quando pensam sobre os perigos da nanotecnologia?
- Novamente, se você prestar atenção ao que eles deram ao Prêmio Nobel este ano, você verá que foi concedido por uma descoberta muito fundamental. Acho que estamos agora no estágio inicial da evolução química da nanotecnologia, que está muito longe das capacidades das máquinas descritas no famoso cenário de "gosma cinza".
Na verdade, a própria ideia de que as máquinas podem sair do controle e se rebelar é pura ficção científica que nada tem a ver com ciência. Acho que permanecerá dentro da estrutura da ficção por muito tempo. Aquilo com que trabalhamos e fazemos hoje não é nada parecido com o que é necessário para tal cenário de “juízo final”.
As máquinas que Feringa e seus colegas criaram são muito esquemáticas e não se parecem em nada com os "nano-terminadores" com os quais os escritores de ficção científica nos assustam. Ainda temos pelo menos décadas, senão séculos, antes que tal cenário se torne o assunto de uma discussão séria.
Em quais áreas da nanotecnologia você espera os avanços mais significativos no futuro próximo?
“Nossos ácidos nucléicos nanosféricos serão e já estão sendo usados para uma variedade de finalidades e em uma ampla variedade de campos da ciência, medicina e indústria. Eles já estão sendo usados para diagnósticos na medicina - por exemplo, criamos nanopartículas com núcleos de ouro recobertos por um “casaco de pele” de DNA, que são usados como tags para uma busca ultraprecisa de segmentos específicos de DNA, proteínas e outras biomoléculas associadas a doenças e várias bio. - "alvos".
Essas partículas podem ser usadas para análises rápidas de amostras de saliva, sangue ou urina e pesquisa de vários vírus, bactérias ou mesmo doenças determinadas geneticamente neles. Tudo isso, enfatizo, já está sendo utilizado na prática.
No futuro, mais nos espera - nós criamos nanopartículas ocas de DNA cheias de drogas ou alguma outra substância que pode penetrar nas células, o que as moléculas comuns de DNA e RNA não conseguem. Essas nanopartículas, por exemplo, podem ser adicionadas a cremes para a pele e usadas para tratar mais de 200 doenças de pele associadas a quebras de DNA. Da mesma forma, podemos combater a colite, doenças dos olhos, bexiga ou pulmões. A era da medicina genética está chegando.
Vale a pena entender aqui que três coisas são necessárias para ter sucesso nesta área. Primeiro, você precisa ser capaz de fazer moléculas de RNA e DNA, e temos feito bem essa tarefa há 30 anos. Em segundo lugar, você precisa entender por que as mutações em certos genes causam doenças. Essa tarefa foi resolvida no início dos anos 2000, quando a decodificação do genoma humano foi concluída.
No entanto, a terceira coisa estava faltando até recentemente - a capacidade de introduzir DNA e RNA nos tecidos e órgãos para onde deveriam ir. E descobriu-se que as nanopartículas são a maneira mais conveniente e confiável de resolver esse problema. Nossos ácidos nucléicos esféricos foram capazes de penetrar nas células tão facilmente como nenhum retrovírus poderia fazer.
Agora temos a oportunidade de apontar DNA nos órgãos que nos interessam, e não apenas no fígado, como antes, e isso nos abriu perspectivas antes impensáveis para a terapia gênica. Nem mesmo precisamos da seletividade do medicamento, pois podemos injetar DNA diretamente onde precisamos, e não passar pelo corpo inteiro.
Uma de suas descobertas mais famosas é a criação de cristais de DNA. Você encontrou alguma aplicação industrial para tais estruturas ou esta é uma descoberta fundamental até agora?
- Cristais de DNA são uma das coisas mais interessantes que fomos capazes de criar. Se houvesse um "Prêmio Nobel" de nanotecnologia, então a metodologia de sua produção, em minha opinião, seria a mais digna dele.
Começamos a nos interessar por esses cristais em 1996 por razões distantes da medicina e da biologia. Testamos um conceito novo na época, afirmando que as nanopartículas podem ser consideradas uma espécie de átomos artificiais, e o DNA neste caso atuou como uma espécie de partículas "subatômicas" programáveis, a partir das quais nanopartículas, "átomos", cujas propriedades químicas foram determinadas seriam moléculas de DNA em sua superfície.
A flexibilidade das propriedades de tais nanopartículas possibilitou que literalmente projetássemos cristais com uma determinada estrutura, montando-os atômicos atômicos com precisão subnanométrica, incluindo a criação de redes cristalinas, cujos análogos não existem na natureza. Ao longo dos anos, criamos 500 versões diferentes dessas grades, seis das quais são totalmente artificiais. Isso abre caminho para o controle total sobre as propriedades dos materiais e uma variedade infinita de materiais cristalinos artificiais.
Do ponto de vista de sua aplicação prática, ainda estamos apenas nos movendo nessa direção. Os primeiros catalisadores e dispositivos ópticos baseados nesses cristais, na minha opinião, aparecerão em cerca de 10 anos. É importante que e como no caso da eletrônica moderna, cuja criação era impossível sem a capacidade de fabricar monocristais de silício, a criação de cristais de DNA abra caminho para uma nova classe de tecnologias.
Quando você falou sobre a criação de nanoesferas a partir de moléculas de DNA, você afirmou que elas podem ser usadas para uma variedade de propósitos, inclusive para suavizar rugas. As empresas de cosméticos estavam interessadas neste desenvolvimento?
- Sim, muitas empresas já demonstraram interesse nesta aplicação de moléculas esféricas de DNA. Do ponto de vista da cosmetologia, o potencial das nanopartículas é quase ilimitado - com a ajuda delas podemos tornar a pele mais elástica, remover manchas escuras, limpar células de moléculas de pigmento e fazer com que a pele pare de produzi-las, além de resolver muitos outros problemas.
Mas há um grande problema aqui - não está claro como a segurança de tais produtos será avaliada e regulamentada pelas autoridades competentes, uma vez que podem resolver simultaneamente problemas farmacêuticos e cosméticos. Quem será responsável por sua verificação e como isso será feito - ainda não está claro.
Além disso, do ponto de vista do desenvolvimento de negócios e simplesmente de um ponto de vista humano comum, o desenvolvimento de cosméticos baseados em nanopartículas de DNA é uma tarefa secundária em comparação com a criação de vacinas contra o câncer e doenças genéticas, das quais centenas de milhares e milhões de pessoas esperam se livrar.
Nos últimos anos, os cientistas escreveram centenas, talvez milhares de artigos dedicados aos próximos "materiais do futuro" - por exemplo, plasmons ou origami de DNA. Com o tempo, a emoção diminuiu, mas ainda não vimos nenhum resultado visível. Por que isso acontece?
- Na verdade, eu não diria que todas essas tecnologias evaporaram ou desapareceram - as pesquisas continuam, pelo menos na plasmônica, surgem publicações de vez em quando sobre origami, embora pareça não haver aqui perspectivas tecnológicas. No curto prazo, ambos os materiais parecem ser apenas o tema da pesquisa básica.
Vale lembrar a história da invenção do laser aqui. Quando os físicos criaram os primeiros lasers, alguém disse que "esta é uma descoberta interessante que ainda aguarda aplicação prática". Hoje, os lasers podem ser encontrados em qualquer lugar - os lasers estão em todos os supermercados, são usados para costurar e cortar tecidos durante as operações e estão em todos os computadores e sistemas de comunicação.
Em outras palavras, muitas vezes após uma descoberta fundamental, nem mesmo semanas ou meses, mas décadas se passam antes que ela encontre sua aplicação prática e comercial.
