Бульдог для клетки, или Перспективы украинско-немецкого сотрудничества в области нанотехнологий

Недавно мир облетела сенсация: древние оружейники, которые изготавливали знаменитые дамасские кинжалы, укрепляли сталь нанотрубками! Это открытие сделал профессор Петер Пауфлер вместе с коллегами из технического университета Дрездена после того, как растворил кусочек старинной стали в соляной кислоте. Оказалось, что сплав состоит из железа с примесями карбида железа, содержащегося в виде своеобразных нанонитей. Но как они сформировались? Профессор Пауфлер предполагает, что при высокой температуре некоторые примеси стимулировали в стали рост трубок из углерода, который попадал из сгорающего дерева и листьев — их применяли при изготовлении стали. Позже эти трубки заполнялись карбидом железа, из которого и формировались тончайшие нити. Получается, что десять столетий назад некоторые умельцы уже использовали современные технологии, хотя сами об этом и не подозревали.

Собственно, тот факт, что человечество всегда пыталось экспериментировать с нанотехнологиями, подтверждает множество древних находок. Так, Чарльз Пул в своей книге «Введение в нанотехнологию» приводит удивительный пример: в Британском музее хранится изготовленный еще древнеримскими мастерами так называемый кубок Ликурга — на его стенках изображены сцены из жизни спартанского законодателя. Как выяснилось, стекло, из которого изготовлен кубок, содержит микроскопические частицы золота и серебра, благодаря чему при различном освещении сосуд способен менять цвет — от темно-красного до светло-золотистого. Подобные технологии использовались при создании витражей средневековых европейских соборов.

Осознанное освоение нанотехнологий началось лишь в конце прошлого столетия. Процесс пошел столь бурно, что уже сегодня без использования нано-частиц немыслимо развитие практически всех отраслей науки и техники: биологии, химии, физики, электроники, материаловедения, фармакологии, медицины и пр.

Надо сказать, что у наших ученых в этом плане есть довольно неплохие перспективы. Проблема за «малым» — современным оборудованием и надлежащим финансированием. Решение задачи многие видят в организации совместных международных исследований. Этому вопросу был посвящен состоявшийся в Киевском национальном университете имени Тараса Шевченко украинско-немецкий симпозиум «Нанобиотехнология. Современное состояние и перспективы сотрудничества». Несмотря на то что ученые наших стран уже давно ведут совместные исследования в этой области (есть даже украинско-немецкая программа в области нанотехнологий), важность проведения симпозиума отмечали все его участники.

— Германия обладает наибольшим научно-технологическим потенциалом в Европе, и для украинских ученых очень важно установить новые контакты, расширить уже существующие, — полагает директор Института биологии клетки НАН Украины, профессор Андрей СИБИРНЫЙ. — Несмотря на то что у отдельных институтов, в частности у нашего, достаточно обширные контакты с немецкими коллегами, но я, к примеру, не знаю, что делается в Германии в общем. Также немцы наверняка не знают, что может предоставить им Украина. Симпозиум поможет лучше увидеть потенциал коллег из Германии, создать консорциумы, в которые будут входить немецкие и украинские ученые.

Возможности для сотрудничества достаточно широкие. В нашем институте, например, разрабатываются биосенсоры на этанол, необходимые для медицинской индустрии, производства алкогольных напитков. Однако сфера их применения постоянно расширяется. К примеру, в США в последнее время появились автомобили, водитель которых не сможет завести двигатель, если в воздухе содержатся в определенной концентрации молекулы алкоголя. Такие устройства базируются на амперометрических биосенсорах — своеобразных гибридах биологических и физических наночастиц.

— Вирусологи уже давным-давно работают в этом направлении, — говорит заведующий кафедрой вирусологии Киевского национального университета имени Тараса Шевченко профессор Валерий ПОЛИЩУК. — Ведь, по сути, все, что происходит в вирусологии и изучении вирусов, на самом деле имеет самое непосредственное отношение к нанотехнологиям. И здесь открывается широкое поле деятельности: разрабатываются новые методы обнаружения вирусных инфекций, создания современных лекарственных препаратов, появляются очень интересные технологии использования вирусов для производства совершенно отвлеченных вещей — например, создания новых мощных аккумуляторов. Подобный симпозиум — прекрасная возможность для украинских ученых продемонстрировать свой потенциал, свои идеи, а также ознакомиться с тем, что делают в этом направлении немецкие коллеги. Кроме того, при сотрудничестве с исследователями из зарубежных, в данном случае немецких, научных центров у наших ученых появляются неплохие шансы поучаствовать в крупных европейских проектах по нанотехнологиям.

Выгодно сотрудничество и для немецкой стороны. Как отметил ректор Технического университета г. Ульменау профессор Петер ШАРФ, «сотрудничество украинских и немецких ученых существовало и в прошлом, но сейчас немецкое правительство делает акцент на развитие высоких технологий. И в этом плане для нас очень важно развитие именно нанобиотехнологий, поскольку сейчас в мире существует достаточно высокая конкуренция в этой области, и мы должны быть конкурентоспособными. Сотрудничество с украинской стороной может дать нам конкурентные преимущества на мировом рынке нанобиотехнологий».

— С Петером Шарфом мы сотрудничаем уже около пяти лет, — рассказывает профессор кафедры неорганической химии Киевского национального университета им. Тараса Шевченко Александр ГОЛУБ. — Я думаю, что это было одно из первых совместных начинаний в области нанобиотехнологий. Мы создавали нанообъекты для лечебных целей, в частности лечения онкологических заболеваний. Оказывается, наночастицы концентрируются именно в местах опухоли. Поэтому, если на эту частицу прикрепить лекарство, то оно будет воздействовать только на опухоль. Таким образом можно устранить один из наиболее опасных негативных эффектов противоопухолевых препаратов, часто отравляющих весь организм больного, при том, что опухоль может оказаться практически не поврежденной.

В сотрудничестве с коллегами из Германии и киевского Института онкологии, разработали такие наночастицы, которые направляются исключительно в место опухоли вместе с прикрепленными к ним частицами фуллерена — новой формы существования карбона С-60, представляющего собой многоатомную шаровидную молекулу, напоминающую по форме футбольный мячик. Специалистами в области фуллеренов как раз являются наши колоборанты из Германии. Фуллерен под действием света генерирует активный кислород, уничтожающий все вокруг себя. Его еще называют «бульдогом» клетки. Если его ввести в клетку, то с помощью этого активного кислорода начинается процесс самоуничтожения трансформированных онкологических клеток. Мы уже провели некоторые исследования на животных (в частности, на специально зараженных мышах) и показали, что жизнь мышей увеличилась втрое — причем некоторые не только выживали, но и полностью избавлялись от опухоли. Как известно, самое страшное в опухолях — метастазы, которые невозможно удалить. Наночастицы способны довольно успешно бороться и с ними: они следуют за метастазами и уничтожают их.

Словом, перспективы тут огромные. Ясно, что говорить о прямом использовании разработок еще рано, но мы уже идем дальше: создаем новые наночастицы, в которых усилено действие этой дегенерации. Мы можем прикреплять туда другие частицы специализированных лекарственных препаратов, которые могут специфически влиять на ту или иную опухоль.

Применяются эти технологии и в клинической практике, правда, пока что не для лечения онкологических заболеваний, а для лечения гнойных ран, различных воспалений. Мы нашли такие наночастицы, которые уникально лечат то, что раньше вообще не поддавалось лечению.

Совместно с Институтом физиологии им. А.Богомольца и немецкими коллегами работаем и над нанотрубками, о которых тут уже много говорилось. Это также новейшие объекты, которые лишь недавно обнаружили, а сейчас все больше их изучают: число публикаций, посвященных исследованиям в области нанотрубок, в несколько раз превышает количество публикаций по всем остальным направлениям нанотехнологий. Мы пытаемся ввести нанотрубки в нейроны: они имеют электропроводность, а передача нервного импульса происходит за счет передачи электропотенциала, и если ее ускорить, то можно, соответственно, быстрее мыслить, уменьшать или увеличивать ощущение боли, снимать болевые барьеры и так далее. Это также очень перспективное направление и понятно, что мы здесь только в самом начале пути.