Lidem se zhoubným nádorovým onemocněním svítá nová naděje. Nádory, které by dříve zůstaly nerozpoznány nebo mimo dosah lékařských rukou, mohou být v budoucnu léčeny úspěšněji. Američtí vědci nyní testují drobounké agenty, kteří by spojovali terapeutickou a diagnostickou funkci a dokázali by se dostat lidskou krví až na přesné místo určení.
Od doby, kdy americký fyzik Richard Faynman pronesl svou slavnou přednášku o tom, že „tam dole je stále místo“ (There´s always room at the bottom), uplynulo již bezmála padesát let. Slavný fyzik tehdy odstartoval výzkum v oblasti, jejíž využití pro technologické účely, se zdálo tehdejším fyzikům jako nedosažitelné – oblast rozměrů zhruba do stovky nanometrů (tj. jedné tisíciny milimetru). Takzvané nanotechnologie zažívají od devadesátých let bouřlivý vývoj a dnes si bez nich technologie pokroky v řadě oborů už ani nedokážeme představit.
K čemu jsou nanotechnologie dobré?
Podle amerického Projektu vývoje nanotechnologií, který si klade za cíl mapovat vývoj a zejména bezpečnost v této výzkumné oblasti, bylo k dubnu 2008 registrováno 609 produktů založených na nanotechnologiích. Autoři studie zároveň upozorňují, že počet výrobků zřetelně narůstá a mění se takřka každou hodinou. Nanotechnologie lze využívat v nejrůznějších oborech, které spolu nemusí na první pohled vůbec souviset. Základním oborem aplikace nanotechnologií je přirozeně chemie, neboť ta ve své podstatě vlastně již nanotechnologí je. Specifické využití nachází nanotechnologie při katalýzách chemických reakcí a při filtrování škodlivin v odpadních vodách či ve zplodinách mířících do atmosféry. Další využití nacházejí nanotechnologie při výrobě, ale také úsporách elektřiny. Dokáží napomoci při konstruování efektivnějších solárních kolektorů, ale například i žárovek, které dokážou přeměňovat elektrickou energii ve světlo s mnohem větší efektivitou. Výpočetní technika využívá zejména polovodivých a supravodivých vlastností uhlíkových nanovláken. Materiály založené na nanotechnologiích jsou využívány také v těžkém průmyslu – lehčí a odolnější, pevnější a odolnější materiály jsou využívány zejména ve strojích, které musí zvládat velkou zátěž – v kosmických raketách, ale pomalu již také v běžných pozemských strojích.
21. STOLETÍ upřesňuje:
Jak je co velké v nanosvětě
2 nm – průměr šroubovice DNA
20 nm – tloušťka bakteriálního bičíku
90 nm – velikost viru HIV
200 nm – nejmenší buněčná forma života, bakterie rodu Mykoplasma
1–10 μm (=1000 nm) – průměr typické bakterie
80 μm – průměr lidského vlasu
Inženýři tkání
Obor, v němž nanotechnologie kráčí od úspěchu k úspěchu, je medicína. Její obrovský potenciál v této oblasti je dán tím, že „nanostroje“ se dokážou pohybovat přímo v (nano)světě biologických procesů a vědci tedy mohou jejich působení přesně zacílit. „Nanolodi“ mohou po organismu rozvážet molekuly, které mohou plnit řadu různých funkcí. Jednou z nich je takzvané „tkáňové inženýrství“, které lze využívat zejména při hojení poškozených tkání, například po transplantacích orgánů či po implantaci orgánů umělých, jako jsou umělé klouby či kardiostimulátory. Díky miniaturním dopravcům, dokážou vědci stimulovat příslušné tkáně k většímu růstu. Každá taková „loď“ může sebou přivézt růstový faktor, který předá přesně určenému typu buňky. Takto stimulované buňky pak začnou více růst a dělit se a tkáň se tak rychleji „opraví“.
Na lodi krevním řečištěm
Nejžhavější oblastí výzkumu je však nyní prozkoumávání možností nanotechnologií pro diagnostické a terapeutické účely, zejména v oblasti léčení zhoubného bujení. Mnoha smrtelným onemocněním by se jistě dalo předejít, kdyby se růstu nádorů předešlo včas. Erkki Ruoslahti, profesor buněčné biologie z kalifornské Santa Barbary, pracuje nyní na nové generaci zařízení pro vyhledávání nádorů. Mateřská „nanoloď“ je zkonstruována ze speciálně upravených lipidů, které jsou jinak hlavní součástí buněčných membrán. Díky speciální úpravě mohou tyto lodi „rozvážet“ svůj náklad po organismech, aniž by byly „rozstříleny“ naším imunitním systémem. Ideální by bylo, kdyby takto kvalitní „křižníky“ dokázaly uvézt co největší náklad. Podle nejnovějších výzkumů to vypadá, že se něco takového již podařilo.
Více nákladů na jedné lodi
Že tyto lodi dokážou vézt velmi různorodý náklad – magnetické nanočástice, kvantové tečky a malé molekuly léčiva –, bylo pro nás velkým překvapením, říká Michale Sailor, profesor biochemie v kalifornském San Diegu, který s vědci ze Santa Barbary spolupracuje. Co tedy malé křižníky naší krví povezou? První dva typy látek slouží diagnostickým účelům. Supermagnetické částice, složené z různých oxidů železa, jsou patrné při vyšetření tkání prostřednictvím magnetické rezonance. Fluorescentní kvantové tečky (viz rámeček) lze zase odhalit prostřednictvím fluorescenčního scanneru. Díky magnetickým látkám se podaří přesně zjistit, na kterém místě se rakovinné tkáně nacházejí a včas je pak chirurgickým zákrokem vyjmout. Díky fluorescenčním látkám je pak možno během operace kontrolovat, zda byly odstraněny skutečně všechny rakovinné buňky. Na lodi se může svézt také protirakovinná látka, užívaná při chemoterapii, doxorubicin, která může napomoci zastavit zhoubné bujení a k operaci tak nemusí vůbec dojít. Zdá se tedy, že stojíme na počátku vítězného tažení nanoarmády naším tělem.
Co jsou to kvantové tečky?
Kvantové tečky (angl. quantum dots) jsou zvláštní oblasti na povrchu nanokrystalů polovodičů. Je to jakýsi „důlek“ o průměru asi 30 nm a hloubce asi 8 nm, který se vyznačuje menší energií, než má zbytek vodivého povrchu. Díky své nižší energii jsou tyto „důlky“ schopny navázat elektrony, které se pak nechovají stejně jako většina krystalu polovodiče, tedy spojitě, ale diskrétně podle zákonů kvantové mechaniky. Různé kvantové tečky ze stejného materiálu ale různé velikosti, odrážejí jinou část spektra. Čím větší tečka je, tím více září červeně. Menší tečky září naopak směrem k opačnému, tedy modrému konci spektra. V biologii a medicíně dochází k jejich využívání na úrovni, kdy je třeba cíleně pracovat pouze s jednou molekulou. Po ozáření je možno pozorovat, na které buňky v těle se „tečka“ navázala a diagnostikovat tak postižená místa.
Fullereny – molekuly budoucnosti
Molekula fullerenu, zvláštní formy čistého uhlíku, byla poprvé objevena v roce 1985. Fullerenů může být řada typů, které se liší počtem uhlíkových atomů. Ty pak vytváří spletité prostorové (nano)konstrukce, která natolik připomínají kupole, které navrhoval americký architekt Buckminster Fuller, po němž získaly i své jméno.Většinou jsou uměle syntetizovány za vysokých teplot v laboratořích (tzv. pyrolýzou). Fyzikální vlastnosti fullerenů závisí v první řadě na počtu atomů, které celá konstrukce obsahuje. Nejstabilnější a nejlépe probádanou molekulou je fulleren obsahující 60 uhlíkových atomů (C60), který svou formou připomíná fotbalový míč. Speciální válcovitou formou fullerenů jsou i uhlíková nanovlákna, která měří v průměru jen několik nanometrů. Vynikají vysokou pevností, odolností vůči teplu a zejména vysokou schopností vodit elektrický proud. V roce 1993 bylo dokázáno, že fullereny lze nalézt i v přírodě v sazích po úderu blesku.
