Маленькие чудеса: Микромашины в медицине

Автор Нил Остервейл Из архива врача

Ноябрь 10, 2000 -- В фильме 1966 года "Фантастическое путешествие" асургическая команда миниатюризируется и вводится в кровоток умирающего человека в смелой попытке спасти его жизнь. Но это сложный путь: зачем становиться маленьким, если можно создать армию микроскопических роботов-парамедиков, которые сделают это за вас?

Еще несколько лет назад это звучало бы как абсурдная фантазия, что-то из Жюля Верна или Уэллса. Но нанотехнологии - наука о том, как заставить атомы собираться в микроскопические машины или стабильные структуры, манипулируя ими, - обещают новую промышленную революцию.

В 19 веке инструментами прогресса были уголь, нефть и сталь. В 21 веке ими станут атомы, микроскопические трубки, переносящие лекарства, и миниатюрные роботы, борющиеся с болезнями, говорят маленькие мыслящие ученые с большими идеями, собравшиеся на прошлой неделе в Бетесде, штат Мэриленд, на конференции по нанотехнологиям.

Приставка нано-, от греческого слова "карлик", используется в медицине и науке для обозначения вещей, которые удивительно малы - технически 1 миллиардная часть "чего угодно". Так, наносекунда - это миллиардная доля секунды, а нанометр - миллиардная доля метра.

Идея создания машин размером с молекулу может показаться кому-то странной или глупой, но ученые, занимающиеся нанотехнологиями, на самом деле держат зеркало перед природой.

В некотором смысле мать-природа является доказательством нанотехнологий, говорит сопредседатель конференции Ян Х. Хох, доктор философии, доцент физиологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Люди спрашивают: "Вы действительно можете создавать устройства с длиной в несколько нанометров?". И ответ таков: "Мы знаем, что можно, потому что природа уже сделала это", - говорит доктор Хох. "Часть нынешних усилий в области нанотехнологий - это проекты типа "уроки природы", в которых вы пытаетесь понять стратегии и принципы проектирования, используемые природой, а затем спрашиваете себя "как я могу использовать эти стратегии для создания устройств с совершенно новыми функциями и новыми свойствами?".

Нанотехнологии охватывают многие отрасли науки и техники, от освоения космоса до энергосбережения. Одна из областей, подающая особенно большие надежды, - медицина. Представьте себе, что могут сделать нанороботы или "наноботы" - миниатюрные автоматы, созданные для определенной цели:

"Все механизмы жизни - это молекулярно точные механизмы, которые работают в нанометровом масштабе, так что это нанотехнологии - версия природы", - говорит Рик Смолли, профессор химии и физики и директор Центра наноразмерных наук и технологий в Университете Райса в Хьюстоне. "Поэтому, если мы когда-нибудь научимся диагностировать его, исследовать, выяснять, изменять и устранять его проблемы, это тоже будет нанотехнологией".

Смоллей рассказывает врачу, что нанотехнологии уже используются в медицине в виде искусственных молекул, соединенных с токсичными химическими веществами или радиоактивными частицами. Эти молекулы, не существующие в природе, могут доставлять лекарства или смертельные дозы радиации, например, к раковым опухолям. По его словам, нет ничего сложного в том, чтобы представить себе доставку лекарств с помощью микроизготовленных трубок, так называемых нанотрубок.

В своих показаниях перед Конгрессом в 1999 году Смолли предсказал другие применения нанотехнологий в медицине. Они включают быстрый генетический анализ, который позволит проводить диагностику и лечение, адаптированное к индивидуальному пациенту на основе его или ее генетических профилей; более долговечные искусственные органы, которые с меньшей вероятностью будут отторгаться иммунной системой реципиента; и "сенсорные системы, которые позволят обнаруживать возникающие заболевания в живом организме и в конечном итоге сместят акцент в лечении пациентов с лечения заболеваний на раннее выявление и/или профилактику", - говорит он.

По словам Лесли Рубинштейна, президента компании Renaissance Technologies в Лексингтоне, штат Калифорния, другие медицинские применения нанотехнологий, которые на первый взгляд кажутся далекими, на самом деле находятся совсем рядом с домом. В интервью журналу "Доктор" он рассказал об использовании практических нанороботов для лечения различных медицинских проблем. Мини-медицинские машины могут быть созданы с использованием существующей технологии - например, той, которая используется для производства крошечных компьютерных чипов. Сами роботы будут спроектированы таким образом, чтобы смело отправляться туда, куда еще не ступала нога робота - то есть в труднодоступные участки тела, где целью является избавление от того, чего там быть не должно.

Аналогичная работа ведется в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, где Ян Хантер, доктор философии, профессор машиностроения и биоинженерии, и его коллеги разрабатывают "наноходунки", которые могли бы сделать для медицины то же, что роботы-зонды сделали для освоения космоса. Наноходцы смогут ползать по телу, вокруг него или сквозь него, чтобы получать изображения и диагностировать заболевания, скрытые от обычных методов сканирования, доставлять лекарства к опухолям или восстанавливать органы без необходимости хирургического вмешательства.

Есть и те, кто опасается, что если мы начнем путь создания самособирающихся роботов, то пути назад уже не будет, и однажды мы можем проснуться и обнаружить, что роботы размножились и обрели собственную жизнь.

"Они начинают разговаривать друг с другом, и очень скоро получается совершенно чуждая искусственная форма жизни, настоящий Франкен-вещь. И я согласен, что это было бы ужасно, если бы это было правдой, но я отрицаю даже возможность существования этой вещи", - говорит Смолли.

"Мы так далеки от чего-то отдаленно напоминающего самосборного робота, что беспокоиться об этом сейчас глупо".