Nanotechnologia: między DNA-origami a szarą mazią

material powstał we współpracy z Nową Fantastyką

Drexler, uznawany za ojca nanotechnologii, opisał w swojej książce „Engines of Creation” scenariusz, w którym molekularne assemblery mogłyby się niekontrolowanie replikować, ale dziś naukowcy zamiast budować armie mikroskopijnych robotów, wolą bawić się w molekularne rękodzieło.

Współczesne DNA-origami to prawdziwe arcydzieła inżynierii molekularnej – tworzymy np. struktury o wymiarach 25 × 41 × 53 nanometrów, a czasem mniejsze, zdolne do kontrolowanego rozkładania białek czy dostarczania leków bezpośrednio do komórek nowotworowych. Zespół badawczy z Harvardu niedawno pokazał nawet, jak za pomocą precyzyjnie rozmieszczonych sekwencji CpG można trenować układ odpornościowy do walki z rakiem – molekularna szczepionka przeciwnowotworowa brzmi jak coś rodem z powieści Petera Wattsa, a jednak działa w mysich modelach.

Z kolei MXeny – dwuwymiarowe węgliki i azotki metali przejściowych – to nowe gwiazdy nanomedycyny, choćby w terapii fototermicznej nowotworów. MXeny mogą służyć jako nośniki leków, biosensory wykrywające biomarkery, czy platformy do terapii antybakteryjnej.

Wreszcie, już mamy do czynienia z nanozymami – nanomateriały naśladujące aktywność enzymów – które są stabilniejsze, tańsze i łatwiejsze w produkcji niż białka. Od 2018 roku obserwujemy eksplozję publikacji – dziś znamy ponad 550 typów nanozymów badanych w 350 laboratoriach na całym świecie.

Skądinąd, na naszych oczach świat obiegła prawdziwa rewolucja – szczepionki mRNA przeciw COVID-19. Lipidowe nanocząstki (LNP) wykorzystane w szczepionkach BioNTech/Pfizer i Moderny zapewniły ochronę mRNA przed degradacją i umożliwiły dostarczenie go do komórek. To nie science fiction – to technologia, która uratowała miliony żyć. Inny przykład nanotechnologii, który widzimy na co dzień? Choćby telewizory QLED. Samsung od 2014 roku stosuje bezkadmowe kropki kwantowe na bazie fosforu indu. To nie jest „prawie nanotechnologia” – to realne zastosowanie nanocząstek w milionach domów.

Pamiętacie „szarą maź” z powieści Michaela Crichtona „Prey”? Sam Drexler w 2004 roku argumentował, że samopowielające się maszyny nie są konieczne do produkcji molekularnej na dużą skalę, a scenariusz szarej mazi, choć efektowny publicystycznie, na dziś bardziej odwraca uwagę od realnych zagrożeń niż pomaga w rozwoju dziedziny. Dziś zamiast apokaliptycznych wizji mamy już działające systemy celowanego dostarczania leków, minimalizujące toksyczność dla zdrowych tkanek.

Co faktycznie osiągniemy w najbliższej dekadzie? Według The Business Research Company: rynek nanomateriałów węglowych ma wzrosnąć z 8,93 miliardów USD w 2025 roku do 24,99 miliardów USD w 2029, przy rocznym wzroście o 29,3%. Naukowcy z University of Southern Mississippi opracowali sprejowe nanofibryle peptydowe, które samoorganizują się w rusztowania naśladujące macierz zewnątrzkomórkową, przyspieszając gojenie ran. To nie science fiction – to technologia, która może trafić do szpitali w ciągu kilku lat, choć obecnie wciąż jest na wczesnym etapie rozwoju.

A co pozostanie w sferze marzeń? Drexlerowski „assembler” budujący wszystko atom po atomie prawdopodobnie nigdy nie powstanie – Richard Smalley, laureat Nobla, argumentował że fundamentalne zasady fizyczne uniemożliwiają stworzenie takich maszyn molekularnych. Zamiast tego czeka nas era „inteligentnych” nanocząstek: dostarczających leki dokładnie tam, gdzie trzeba, naprawiających DNA, czy monitorujących nasze zdrowie od środka.

Nanotechnologia okazała się mniej spektakularna niż w wizjach pisarzy SF, ale za to znacznie bardziej użyteczna. Zespół z Ohio State University pokazał nawet, jak recyklingować komponenty struktur DNA-origami, tworząc zamknięty obieg materiałów w nanoprodukcji. Może nie mamy nanorobotów terraformujących Marsa, ale mamy coś lepszego: realną naukę, która krok po kroku zmienia medycynę i materiałoznawstwo. I szczerze? Wolę żyć w świecie, gdzie nanotechnologia leczy raka, niż w tym, gdzie musimy się martwić szarą mazią, czy nano-zarazą, jak u Alastaira Reynoldsa. Choć dalej uważam, że „Diamentowe psy” powinny były wygrać British Science Fiction Association Award.