El químico estadounidense Chad Mirkin, que recibió el premio RUSNANOPRIZE este año, le contó a RIA Novosti cómo sus nanopartículas abrirán la era de la medicina genética, suavizarán las arrugas en el rostro de las mujeres y nos curarán del cáncer, y también compartió sus pensamientos sobre cómo cuando las nanomáquinas pueden destruir el mundo.
Chad Mirkin es uno de los principales químicos estadounidenses implicados en el desarrollo de nanopartículas ensambladas a partir de moléculas esféricas de ADN y combinaciones de ADN o ARN con metales y otras materias inorgánicas. Además de la nanotecnología "orgánica", Mirkin está trabajando activamente en el desarrollo de tecnologías para "imprimir" nanoestructuras, que se pueden utilizar para fabricar dispositivos electrónicos y ópticos.
Mirkin fue considerado uno de los principales aspirantes al Premio Nobel de Química 2013, y también ha sido nominado en el pasado al premio RUSNANOPRIZE, que otorga RUSNANO desde 2009 por desarrollos científicos y tecnológicos o invenciones en el campo de la nanotecnología que ya se han introducido en la producción en masa.
Chad, los genetistas a menudo se enfrentan a un fuerte rechazo social cuando desarrollan OGM o terapia génica, pero la nanotecnología en general y las nanopartículas basadas en moléculas de ADN esféricas que ha desarrollado no tienen este problema. ¿Por qué sucede?
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- En este caso, en mi opinión, existe una diferencia fundamental entre la creación de nanopartículas y el desarrollo de productos modificados genéticamente. El estudio de las propiedades y la creación de nanopartículas, en primer lugar, pertenece a la cantidad de estudios químicos, se pueden llamar los resultados de la búsqueda de propiedades nuevas y útiles en algunas estructuras que no existen en la naturaleza o son el resultado de la miniaturización, utilizando una variedad de métodos para su creación.
Por ejemplo, todos los materiales cambian sus propiedades cuando se miniaturizan. El oro, en particular, pierde su color dorado y se vuelve rojo en la nanoescala. Esta es exactamente la razón por la que la nanotecnología es tan interesante para nosotros. Todas estas diferencias que surgen durante la transición a la nanoescala se pueden utilizar para desarrollar nuevas tecnologías nunca antes vistas.
Por otro lado, la edición de ADN se ha implementado de manera global, a través de procesos bioquímicos específicos, cuyas consecuencias están muy claramente definidas y que cambian para siempre el funcionamiento de los organismos vivos. Esto crea dilemas éticos y atrae la atención de reguladores y personas preocupadas por las consecuencias a largo plazo de tales experiencias.
Por supuesto, hay personas que temen un mayor desarrollo de la nanotecnología, pero por las razones anteriores, es extremadamente difícil (y deshonesto para nosotros) llevar todas las nanopartículas al mismo tamaño y sacar "conclusiones" inequívocas de que absolutamente todas las nanotecnologías son malas por definición. Si lo piensas bien, el concepto mismo de "nanotecnología" puede incluir casi todo lo que la ciencia ha creado en los últimos años. Además, si nos fijamos simplemente en la química "ordinaria", entonces opera con moléculas cuyas dimensiones son más pequeñas que las estructuras que llamamos nanomateriales.
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Por ejemplo, lo que hemos creado, estrictamente hablando, no son nanopartículas, sino, como me gusta llamarlas, "ácidos nucleicos esféricos", un nuevo tipo de nanoestructuras que creamos colocando moléculas cortas de ADN y ARN en plantillas de cierta forma y diseño. … No tienen equivalentes naturales, pero al mismo tiempo interactúan con la materia viva y las células de una manera extremadamente inusual y, lo que es más importante, útil. Se puede decir que son una fusión triunfal de química, biología y nanotecnología.
Estas nanopartículas se pueden usar para resolver una serie de problemas: se pueden usar para administrar medicamentos a las células, curar el cáncer y reparar sus células, diagnosticar enfermedades y más. Por supuesto, puede adaptarlos para evitar daños, pero eso no es lo que hacemos en Northwestern University.
Ya ha sido nombrado como uno de los candidatos al Premio Nobel en el pasado, y este año fue galardonado por uno de los descubrimientos clave en el campo de la nanotecnología. ¿No cree que ha sido olvidado inmerecidamente?
- De hecho, este año el premio se otorgó por un descubrimiento que no tiene nada que ver con nuestra investigación; lo recibió, entre otras cosas, uno de mis colegas universitarios, Fraser Stoddart. Feringa, Savage y Stoddart trabajaron para crear máquinas moleculares, análogos en miniatura extremadamente toscos de rotores e interruptores mecánicos, capaces de realizar las mismas tareas que las máquinas convencionales, pero a nanoescala.
Podemos decir que el "Premio Nobel" fue para la nanotecnología, pero hay que entender que esta área de la ciencia es muy amplia e incluye una gama muy amplia de problemas, desde la protección del medio ambiente, la medicina y hasta la energía y la electrónica. En este caso, estas nanotecnologías están muy lejos de lo que estamos haciendo.
Si hablamos del Premio Nobel, entonces no puedo decir nada, no es mi prerrogativa decidir quién debe recibirlo, deje que los expertos del Comité Nobel lo hagan.
Uno de los ganadores del premio de este año, Ben Feringa, cree que es poco probable que las nanomáquinas amenacen a la humanidad. ¿Cuál es su opinión sobre este tema en el que la gente piensa primero cuando piensa en los peligros de la nanotecnología?
- Nuevamente, si prestas atención a lo que dieron el Premio Nobel este año, puedes ver que fue otorgado por un descubrimiento muy fundamental. Creo que ahora estamos en una etapa muy temprana de la evolución química de la nanotecnología, que está muy lejos de las capacidades de las máquinas descritas en el famoso escenario del "goo gris".
De hecho, la idea misma de que las máquinas pueden salirse de control y rebelarse es pura ciencia ficción que no tiene nada que ver con la ciencia. Creo que se mantendrá en el marco de la ficción durante mucho tiempo. Con lo que estamos trabajando y en lo que estamos trabajando hoy no se parece en nada a lo que se necesita para tal escenario del “fin del mundo”.
Las máquinas que han creado Feringa y sus colegas son muy esquemáticas y no se parecen en nada a los "nanoterminadores" con los que nos asustan los escritores de ciencia ficción. Todavía tenemos al menos décadas, si no siglos, antes de que tal escenario se convierta en tema de discusión seria.
¿En qué áreas de la nanotecnología espera los avances más importantes en un futuro próximo?
- Nuestros ácidos nucleicos nanoesféricos se utilizarán y ya se utilizan para una variedad de propósitos y en una amplia variedad de ramas de la ciencia, la medicina y la industria. Ya se están utilizando para el diagnóstico en medicina; por ejemplo, hemos creado nanopartículas con núcleos de oro cubiertos con un "abrigo de piel" de ADN, que se utilizan como etiquetas para una búsqueda ultraprecisa de segmentos específicos de ADN, proteínas y otras biomoléculas asociadas con enfermedades y diversas - "objetivos".
Estas partículas se pueden utilizar para el análisis rápido de muestras de saliva, sangre u orina y la búsqueda de varios virus, bacterias o incluso enfermedades determinadas genéticamente en ellas. Todo esto, recalco, ya se está utilizando en la práctica.
En el futuro, nos espera más: creamos nanopartículas de ADN huecas llenas de medicamentos o alguna otra sustancia que pueda penetrar en las células, algo que las moléculas ordinarias de ADN y ARN no pueden. Tales nanopartículas, por ejemplo, se pueden agregar a la crema para la piel y usarse para tratar más de 200 enfermedades de la piel asociadas con la degradación del ADN. Asimismo, podemos combatir la colitis, enfermedades de los ojos, vejiga o pulmones. Se acerca la era de la medicina genética.
Vale la pena entender aquí que se necesitan tres cosas para tener éxito en esta área. En primer lugar, debe ser capaz de producir moléculas de ARN y ADN, y hemos estado haciendo bien esta tarea durante 30 años. En segundo lugar, debe comprender por qué las mutaciones en ciertos genes causan enfermedades. Este problema se resolvió a principios de la década de 2000, cuando se completó la decodificación del genoma humano.
Sin embargo, hasta hace poco faltaba lo tercero: la capacidad de introducir ADN y ARN en los tejidos y órganos a los que deberían ir. Y resultó que las nanopartículas son la forma más conveniente y confiable de resolver este problema. Nuestros ácidos nucleicos esféricos pudieron penetrar en las células tan fácilmente como ningún retrovirus podría hacerlo.
Ahora tenemos la oportunidad de inyectar ADN puntualmente en los órganos que nos interesan, y no solo en el hígado, como antes, y esto nos abrió perspectivas previamente impensables para la terapia génica. Ni siquiera necesitamos la selectividad de la acción de la droga, ya que podemos inyectar ADN directamente donde lo necesitemos, en lugar de pasar por todo el cuerpo.
Uno de sus descubrimientos más famosos es la creación de cristales a partir del ADN. ¿Ha encontrado alguna aplicación industrial para tales estructuras, o se trata de un descubrimiento fundamental hasta ahora?
- Los cristales de ADN son una de las cosas más interesantes que hemos podido crear. Si existiera el "Premio Nobel" de nanotecnología, entonces la metodología para su producción, en mi opinión, sería la más digna.
Nos interesamos por estos cristales en 1996 por razones ajenas a la medicina y la biología. Probamos un concepto que era nuevo en ese momento, afirmando que las nanopartículas se pueden considerar como una especie de átomos artificiales, y el ADN en este caso actuaba como una especie de partículas "subatómicas" programables, a partir de las cuales se determinaron las nanopartículas, "átomos", cuyas propiedades químicas serían moléculas de ADN en su superficie.
La flexibilidad de las propiedades de tales nanopartículas nos permitió diseñar literalmente cristales con una estructura determinada, ensamblándolos atómicos con precisión subnanométrica, incluida la creación de tales redes cristalinas, cuyos análogos no existen en la naturaleza. A lo largo de los años, hemos creado 500 versiones diferentes de estas rejillas, seis de las cuales son completamente artificiales. Esto allana el camino para un control completo sobre las propiedades del material y una variedad infinita de materiales cristalinos artificiales.
Desde el punto de vista de su aplicación práctica, todavía estamos avanzando en esta dirección. Los primeros catalizadores y dispositivos ópticos basados en estos cristales, en mi opinión, aparecerán en unos 10 años. Es importante que, como en el caso de la electrónica moderna, cuya creación era imposible sin la capacidad de fabricar monocristales de silicio, la creación de cristales de ADN abre el camino a una nueva clase de tecnologías.
Cuando hablaste de crear nanoesferas a partir de moléculas de ADN, dijiste que se pueden usar para una variedad de propósitos, incluso para suavizar las arrugas. ¿Estaban interesadas las empresas de cosméticos en este desarrollo?
- Sí, muchas empresas ya han mostrado interés en esta aplicación de moléculas de ADN esféricas. Desde el punto de vista de la cosmetología, el potencial de las nanopartículas es casi ilimitado: con su ayuda podemos hacer que la piel sea más elástica, eliminar las manchas oscuras, limpiar las células de moléculas de pigmento y hacer que la piel deje de producirlas, y también resolver muchos otros problemas.
Pero aquí hay un gran problema: no está claro cómo las autoridades competentes evaluarán y regularán la seguridad de dichos productos, ya que pueden resolver simultáneamente problemas farmacéuticos y cosméticos. Aún no está claro quién será responsable de su verificación y cómo se hará.
Además, desde el punto de vista del desarrollo empresarial y simplemente desde un punto de vista humano común, el desarrollo de cosméticos basados en nanopartículas de ADN es una tarea secundaria frente a la creación de vacunas contra el cáncer y las enfermedades genéticas, de las que cientos de miles y millones de personas esperan librarse.
En los últimos años, los científicos han escrito cientos, quizás miles de artículos dedicados a los próximos "materiales del futuro", por ejemplo, plasmones o origami de ADN. Con el tiempo, la emoción disminuyó, pero aún no hemos visto resultados visibles. ¿Por qué sucede?
- De hecho, no diría que todas estas tecnologías se han evaporado o desaparecido - la investigación continúa, al menos en plasmónica, de vez en cuando aparecen publicaciones sobre origami, aunque no parece haber perspectivas tecnológicas aquí. A corto plazo, ambos materiales parecen ser solo objeto de investigación básica.
Aquí vale la pena recordar la historia de la invención del láser. Cuando los físicos crearon los primeros láseres, alguien dijo que "este es un descubrimiento interesante que aún espera su aplicación práctica". Hoy en día, los láseres se pueden encontrar en todas partes: los láseres se encuentran en todos los supermercados, se utilizan para coser y cortar tejidos durante las operaciones y se encuentran en todos los sistemas informáticos y de comunicación.
En otras palabras, a menudo después de un descubrimiento fundamental, ni siquiera semanas o meses, sino que pasan décadas antes de que encuentre su aplicación práctica y comercial.
