Nanotechnologia może pomóc leczyć raka. Ale najpierw trzeba ją dobrze zrozumieć

Są tysiące razy mniejsze niż średnica ludzkiego włosa, a mimo to mogą pomóc wykrywać i leczyć choroby nowotworowe. Nanocząstki – niewidoczne, ale potężne – stają się jednym z najważniejszych narzędzi współczesnej inżynierii materiałowej. Jak się je projektuje i dlaczego tak trudno nad nimi zapanować, wyjaśnia mgr inż. Paulina Pietrzyk-Thel z Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

Academia: Inżynieria materiałowa to jedna z tych dziedzin, bez których nowoczesny świat by się rozsypał, a jednocześnie rzadko się o niej myśli na co dzień.

Paulina Pietrzyk-Thel: To prawda. Co więcej, wiele materiałów, nad którymi dziś pracujemy, wcale nie jest w prostym sensie „nowych”. Często znamy je od dawna, ale zmieniło się to, jak potrafimy na nie patrzeć i jak precyzyjnie umiemy je wykorzystać.

Zajmuję się nanocząstkami tlenków żelaza, tzw. SPION-ami. To bardzo małe struktury o interesujących właściwościach magnetycznych. Zależy nam na tym, by były one superparamagnetyczne, czyli reagowały na zewnętrzne pole magnetyczne, co otwiera drogę do ich zastosowań, m.in. w medycynie.

Takie nanocząstki mogą być wykorzystywane np. w rezonansie magnetycznym (MRI) jako element wspomagający obrazowanie zmian w organizmie, choćby stanów zapalnych czy nowotworów.A także, jako nowoczesne nośniki leków nie tylko przeciwnowotworowych. Aczkowliek, to nie jest tak, że wystarczy je wytworzyć i gotowe. W najprostszej postaci miałyby tendencję do zlepiania się, co mogłoby prowadzić do ich odkładania w organizmie.

Czyli kluczowe jest to, jak się „zachowują”.

Dokładnie. Dlatego oprócz samej syntezy trzeba jeszcze odpowiednio zmodyfikować ich powierzchnię. Pokrywamy je różnymi związkami organicznymi, np. cytrynianami, poliglikolem etylenowym czy dekstranami, a także mnóstwem innych. Chodzi o to, by cząstki się odpychały, a nie aglomerowały. Dzięki temu że są stabilne to są bezpieczniejsze do zastosowania z punktu widzenia przyszłych zastosowań biomedycznych.

Jak pracuje się nad czymś, czego nie da się zobaczyć?

To jedna z najciekawszych rzeczy w tej pracy. W nanoskali materiały zaczynają zachowywać się zupełnie inaczej niż w świecie makro.

Dobrym przykładem jest złoto. Na co dzień kojarzymy je z jednym kolorem, tymczasem w nanoskali może być czerwone, różowe, żółte albo wręcz fioletowe. Wszystko zależy od rozmiaru i właściwości struktury.

Sama produkcja takich nanocząstek jest bardzo skomplikowana?

Sama synteza niekoniecznie. Często wykorzystujemy metodę współstrąceniową, czyli w uproszczeniu „wytrącamy” materiał z odpowiednich związków chemicznych w kontrolowanych warunkach.

Prawdziwa praca zaczyna się później. Trzeba sprawdzić, co właściwie powstało: jaki jest rozmiar cząstek, ich morfologia, stabilność, skłonność do agregacji, zachowanie w wodzie czy promień hydrodynamiczny. To wszystko ma znaczenie.

Bo nie chodzi tylko o to, żeby coś stworzyć, ale żeby dokładnie wiedzieć, co się stworzyło. Z zewnątrz może się wydawać, że naukowiec „coś robi w laboratorium”, ale ogromna część pracy polega na analizie, opisie i zrozumieniu wyników. Dlatego badania podstawowe są tak ważne. Bez nich nie ma sensownych wdrożeń.

Medycyna brzmi efektownie, ale to nie jedyne zastosowanie takich materiałów.

Wykorzystujemy nanocząstki także do tworzenia aktywnych sorbentów magnetycznych, które mogą służyć do oczyszczania wody. Łączymy je z różnymi materiałami, by uzyskać układy zdolne do wychwytywania zanieczyszczeń. To właśnie siła tej dziedziny łączy zaawansowaną naukę z bardzo praktycznymi zastosowaniami.

Czyli korzystamy z tych technologii, nawet o tym nie wiedząc.

Bardzo często. Dotyczy to nie tylko medycyny czy oczyszczania wody, ale też półprzewodników, elektroniki, powłok i materiałów funkcjonalnych. Wiele technologii opartych na zjawiskach nanoskalowych jest po prostu niewidocznych.

To może tłumaczyć, dlaczego ta dziedzina bywa niedoceniana.

Łatwiej zachwycić się gotowym urządzeniem niż materiałem, który umożliwia jego działanie. A bez odpowiednich materiałów wiele rzeczy, które dziś uznajemy za oczywiste, w ogóle by nie istniało.

Dotyczy to także medycyny. Przełom często nie polega na pojawieniu się „magicznego” urządzenia, lecz na stworzeniu materiału, który zachowuje się dokładnie tak, jak powinien.

A co byłoby dziś takim świętym Graalem tej dziedziny?

Dla mnie – wszystko, co łączy nanotechnologię z medycyną. W doktoracie zajmuję się strukturami typu rdzeń–powłoka, które mogą być wykorzystywane jako kontrasty do MRI, ale też potencjalnie w innych zastosowaniach biomedycznych, jak np. systemach dostarczania różnych leków.

Jednym z kierunków jest magnetyczna hipertermia, czyli wykorzystanie nanostruktur do lokalnego generowania ciepła i wspierania terapii nowotworów. To wciąż obszar wymagający wielu badań, ale właśnie to jest najbardziej ekscytujące: że nie są to projekty „dla samej nauki”, tylko coś, co realnie może pomóc ludziom.

Czyli najważniejsze nie jest samo „wymyślenie czegoś nowego”, ale stworzenie czegoś, co ma sens.

I najlepiej jeszcze, by było dostępne. Można tworzyć bardzo zaawansowane rozwiązania, ale jeśli pozostają poza zasięgiem większości ludzi, ich znaczenie jest ograniczone. Dla mnie najciekawsze w tym wszystkim jest to, że inżynieria materiałowa może realnie poprawiać jakość życia – czy to przez lepszą diagnostykę, nowe terapie, czy technologie środowiskowe. To dziedzina, w której pracuje się nad czymś bardzo małym z myślą o bardzo dużych skutkach.

• aktualności
• Nauki techniczne
• Polska Akademia Nauk
• popularyzacja