Nanotechnologia to nauka o bardzo małych strukturach zwanych nanomateriałami i nanocząstkami oraz o technikach ich wytwarzania i badania. Rozmiary nanocząstek przyrównać można do tysięcznych części grubości ludzkiego włosa. A co najciekawsze, zmniejszaniu skali towarzyszą niezwykłe właściwości, jakich próżno poszukiwać w makroskopowych wersjach materiałów, z których wytwarzamy nasze nanomateriały.
Nanotechnologia jest dość nową dziedziną nauki, powołaną do życia przez znanego fizyka Richarda Feynmana w jego słynnym wykładzie „Tam na dole jest mnóstwo miejsca”, wygłoszonym w 1959 roku na Kalifornijskim Instytucie Technologicznym.
W ostatnich latach termin „nanotechnologia” stał się niejako słowem-kluczem, które ma gwarantować, że wyroby „z nanotechnologią” są najwyższej jakości nowoczesnymi produktami opartymi o najnowsze osiągnięcia nauki. Slogan „z nanotechnologią” rozpala umysły zarówno konsumentów, jak i działów marketingu. Warto jednak wiedzieć, że nanotechnologia to nie tylko skarpetki czy płyny do szyb z nanosrebrem, szeroko reklamowane w mediach (co więcej, samo nanosrebro znane jest już od ponad 100 lat). Nauka ta może nam zaoferować dużo, dużo więcej, szczególnie w tak istotnych dziedzinach, jak m.in. medycyna, a zwłaszcza onkologia.
Chęć ratowania ludzkiego życia i poprawiania jego komfortu sprawia, że nie szczędzimy środków na badania w zakresie medycyny. Do 2030 roku spodziewamy się, że spośród różnych gałęzi nanotechnologii to właśnie nanomedycyna będzie przyciągać najwyższe finansowanie. Pochylmy się zatem nad tym, jak ta stosunkowo młoda nauka może zmieniać na lepsze nasze życie i zdrowie.
Spersonalizowana medycyna
Wykorzystanie nanocząstek jako nośników substancji aktywnych, takich jak np. lek onkologiczny, pozwala nam uzyskać taką jego formę, która wybiórczo może gromadzić się w zmienionych chorobowo miejscach, np. w ogniskach nowotworowych. Dzięki temu mamy szansę zmniejszyć niepożądane efekty uboczne, jakie terapia powoduje w całym organizmie. Jednym z pierwszych komercyjnie dostępnych preparatów był Doxil, czyli doksorubicyna (często stosowany chemioterapeutyk) zamknięta w biozgodnych pęcherzykach zwanych liposomami, znanych między innymi z kosmetyków. Ich budowa, inspirowana naturalną błoną komórkową, sprawia, że są one nanocząstkami najczęściej wykorzystywanymi w preparatach, które skutecznie przeszły z etapu badań naukowych do dostępności dla pacjentów – z 25 dostępnych na rynku preparatów opartych na zdobyczach nanotechnologii, aż 10 bazuje właśnie na liposomach.
Celowanie pasywne i aktywne
Kontrolowane dostarczanie może być realizowane zgodnie z dwoma głównymi koncepcjami – pasywnego i aktywnego celowania. Celowanie pasywne wykorzystuje właściwości tkanek nowotworowych, wynikające z ich gwałtownego wzrostu – szybko powstające struktury, w tym naczynia krwionośne, mają nieco „luźniejszą” organizację. Dzięki temu cząstki o wielkości mniejszej niż 100–200nm mogą do nich łatwiej wnikać i się akumulować. Mechanizm ten, opisany w 1986 r., nazwano EPR (ang. Enhanced permeability and retention – zwiększona przepuszczalność i retencja) i jest on podstawą działania wspomnianego już Doxilu, który powoduje mniej dotkliwe skutki uboczne niż doksorubicyna w tradycyjnej formie.
Aktywne celowanie jest nieco bardziej wyrafinowaną techniką i opiera się na fakcie, że zmienione chorobowo komórki posiadają inną paletę specyficznych białek na swojej powierzchni niż komórki zdrowe. Białka te można porównać do zamków, do których pasować będą odpowiednie klucze – konkretne cząsteczki, które możemy różnymi metodami osadzać na powierzchni nanocząstki. Dzięki takiemu „zaadresowaniu” ładunek w postaci leku przenoszony przez cząstkę trafi przede wszystkim do komórek chorych, dzięki czemu więcej leku można skierować do ogniska nowotworowego, a tym samym zmniejszyć ogólne skutki uboczne leczenia. Ta paleta specyficznych białek na zmienionych chorobowo komórkach może różnić się między pacjentami – zatem jeśli zidentyfikujemy odpowiedni „zamek” w chorej tkance naszego pacjenta, możemy dobrać odpowiedni klucz, który zwiększa szanse na skuteczne leczenie jego konkretnego przypadku.
Połączenie diagnostyki i terapii – teranostyka
Teranostyka to szczególne podejście w medycynie spersonalizowanej, łączące diagnostykę i terapię – stąd też pochodzenia nazwy. Wykorzystując jeden preparat, jesteśmy w stanie jednocześnie diagnozować (np. zlokalizować ogniska nowotworowe w organizmie czy ocenić stan zaawansowania choroby) i leczyć. Jednym z najbardziej znanych przykładów teranostycznego działania jest zastosowanie radioizotopów jodu w diagnostyce i leczeniu nowotworów tarczycy. Jednak dzięki nanotechnologii jesteśmy w stanie przenieść teranostykę na wyższy poziom zaawansowania. Nauczyliśmy się budować nanocząstki medyczne ze składników o różnych funkcjach niczym z klocków LEGO. W jednym nanonośniku możemy połączyć podjednostki, które jesteśmy w stanie wykrywać znanymi metodami diagnostycznymi, takimi jak rezonans magnetyczny czy tomografia komputerowa; w tym samym czasie nośnik taki możemy połączyć z lekiem czy chociażby odpowiednią kotwicą molekularną, która doprowadzi całą konstrukcję do naszego ogniska nowotworowego. I choć realizacja takiego zadania nie jest sprawą trywialną, to fakt, że mamy takie możliwości, jest znacznym osiągnięciem i liczne zespoły naukowców na całym świecie nie szczędzą czasu i środków na rozwijanie systemów teranostycznych.
Podsumowanie
Nanotechnologia może nam zaoferować znacznie więcej, niż dziś możemy zobaczyć na sklepowych półkach. Postęp w tej dziedzinie jest napędzany nieograniczoną wyobraźnią naukowców i stale rozwijającymi się metodami wytwarzania i badania nanomateriałów. Narodowy Instytut Nowotworów USA prognozuje, że nadchodzące lata przyniosą nam znaczny postęp w dziedzinie wczesnego wykrywania, diagnostyki i celowanej terapii nowotworów – dzięki odkryciom i zastosowaniom nanotechnologii.
Nie sposób nie zgodzić się z tą prognozą, pozostaje nam zatem przyglądać się z zachwytem, jak wielki świat staje się lepszym miejscem dzięki tej wyjątkowej nauce o maleńkich strukturach. Na Politechnice Łódzkiej również czynnie włączamy się w ten proces. Na Wydziale Chemicznym we współpracy z Narodowym Centrum Badań Jądrowych i Uniwersytetem Medycznym w Łodzi prowadzimy aktualnie badania nad polimerowymi nanocząstkami przenoszącymi radioizotopy. Planowanym zastosowaniem tych nanonośników jest właśnie teranostyka nowotworów.
