Мировой ученый в области наномедицины отвечает на вопросы читателей

(сайт Роберта Фрайтаса – http://www.rfreitas.com/)

В этом интервью наши посетители задали ряд вопросов по наномедицинской тематике Роберту Фрайтасу. Роберт Фрайтас – ведущий мировой ученый в области наномедицины. Им разработан ряд наноустройств, которые в будущем смогут работать внутри человеческого организма, борясь с болезнями и продлевая жизнь. К сожалению, не все наши посетители оставили о себе детальную информацию. Ниже приводятся вопросы наших читателей и ответы на них.

Дмитрий Рязанов, имморталист и администратор сайта Bessmertie.ru (http://www.bessmertie.ru):

«Интересно Ваше мнение, когда будет осуществлён первый эксперимент на каком-либо животном, который покажет способность наномедицины существенно продлевать жизнь целого организма? А может, такие эксперименты уже были на червях, фруктовых мушках, мышах и т.п?»

Р.Ф. – "Биотехнологии, геномика и генная инженерия помогут устранить большинство причин старения человеческого организма, это произойдет уже в течение следующих десятилетий. Однако можно сказать с уверенностью, что наномедицина, использующая нанороботов, сможет полностью устранить старение организма. Если бы мои коллеги и я получили достаточные ресурсы (персонал и финансирование) для развития молекулярных нанотехнологий применительно к медицине, то мы бы решили проблему старения уже через 20–30 лет. Но при текущем положении дел это займет больше времени.

Вы можете прочесть, что я писал по этому поводу в лекции «Смерть -это возмутительно!», слайд 69, ссылка: http://www.rfreitas.com/…nOutrage.htm".*

Николай (аспирант, 26 лет, увлекается нанотехнологиями):

«Сможет ли человек с искусственной кровеносной системой управлять при помощи "силы мысли» некоторыми (не жизненно важными) ее параметрами? Например, мысленно отдать приказ респироцитам принудительно выбросить в кровь на 10% больше кислорода, чем нужно, или даже приказать несколько перестроить стенки собственных кровеносных сосудов? А также мысленно управлять метаболизмом?"

Р.Ф. – «Есть много способов связи с наноустройствами, находящимися в человеческом теле (при этом возможна коммуникация как от наноробота к лечащему врачу или пациенту, так и наоборот – от человека к нанороботу). Это детально описано в разделе 7.4 моей книги "Nanomedicine, Vol. I» : http://www.nanomedicine.com/NMI/ 7.4.htm (ссылка на онлайн-версию).

Некоторые из этих методов основываются на прямом обмене данными между нанороботами и нейронами головного мозга (или другими нервными клетками). Одна из моих любимых идей – окулярная передача данных, в которой нанороботы, подключенные к каждой клетке радужной оболочки глаза, позволяют вести контроль за полем зрения пациента в реальном времени (представьте себе возможности такой > системы!); >прочесть об этом можно здесь: http://> www.nanomedicine.com/NMI/7.4.6.5.htm*

Нанороботы также смогут обмениваться данными с живыми клетками, включая нервные клетки. Они смогут «вставлять» новые сигналы, которых не существует в обычной передаче данных между клетками; гасить или изменять сигналы, проходящие через отдельные клетки и нервные волокна; или, что еще интереснее, передавая определенный сигнал, вызывать цепь ответных ракций в человеческом теле. Так можно будет создать новые сложные рефлексы, которых в природе не существует. Онлайн прочесть об этом можно здесь: http://www.nanomedicine.com/NMI/7.4.5.4.htm*

Отдавать «мысленные команды” нанороботам будет сложно, но, в принципе, возможно. Некоторые нанороботы смогут воспринимать "мысленные команды». Подробно прочесть о коммуникации нанороботов in vivo можно здесь: http://www.nanomedicine.com/NMI/7.4.2.htm, и про связь пациента с нанороботами – http://www.nanomedicine.com/NMI/7.4.2.6.htm. Как только нанороботы получат команду, они смогут ее исполнить, если, конечно, она возможна физически. Управление метаболизмом с помощью нанороботов физически возможно, поэтому можно сказать, что и мысленное управление им с помощью наноустройств тоже возможно."

Роберт Фрайтас

Александр Оликевич, Президент Молодежного Научного Общества (http://www.mno.ru), директор компании Nanotechnology News Network (http://www.nanonewsnet.ru):

«Что может сделать русская молодежь для того, чтобы получить образование в области наномедицины?»

Р.Ф. – «Я не знаком детально с российской системой образования, поэтому не могу сказать, какие конкретные шаги возможны в вашей стране. Но, в общем, я думаю, что молодые люди, заинтересовавшиеся молекулярной нанотехнологией, включая медицинскую наноробототехнику, должны быть специалистами в нескольких отраслях – химии, физике, биохимии, физической химии, механике, вычислительной химии, биологии, робототехнике, медицине и т.д. Практическая наномедицина, которая появится только через 10–20 лет, будет мультидисциплинарной отраслью. Конечно, вы должны иметь специальность, быть хорошим специалистом. Но чем глубже будут ваши знания, тем ценнее вы будете для команды исследователей. Помните: нанороботы должны состоять из миллиардов атомов, поэтому их проектирование и построение потребует усилий команды специалистов. Каждая конструкция наноробота потребует объединения усилий нескольких исследовательских коллективов, состоящих из тысяч специалистов. Для проектирования и построения самолета Boeing 777 работали много команд во всем мире. Наномедицинский робот будущего, состоящий из миллиона (или даже больше) рабочих частей, по сложности конструкции будет не проще конструкции самолета Boeing 777.»

Дмитрий Лещев, сотрудник Центра Перспективных Исследований СПбГПУ (www.spbcas.ru):

«Когда я читал 3 главу книги "Наномедицина» Роберта Фрайтаса, то заметил некое несоответствие. Речь идет о точности построения молекулярных нанорецепторов. В частности, речь идет о разделе 3.5.

Цитаты:

«Поэтому оказывается, что средний атом внутри типичного белкового рецептора осциллирует на 0,1 нм каждые 10^-12 с, хотя часто остатки с длинными боковыми цепями (например, аргинин, лизин) имеют гораздо большие среднеквадратические отклонения, чем в среднем. Тогда среднеквадратическое значение смещения каждого атома составляет 0,008 нм каждые ~ 1*10^-14 с (для алмазоподобных структур)».

И далее:

«Тепловые колебания в алмазоподобных стержнях длиной 10 нм составляют около 0,01 нм при ширине стержня 1 нм, около 0,02 нм при ширине 0,4 нм и около 0,10 нм при ширине 0,3 нм. Однако возможно создание компонентов с еще более узкими диапазоном размеров. При соединении этих стержней, выровненных на одном конце, можно построить алмазоподобную структуру, размерами 0,002 нм, которая при 310 К подвергнется тепловым колебаниям на 0,01 нм или чуть более».

Вопрос: если последний атом в структуре колеблется сам по себе на 0,01 нм, то зачем строить структуру с точностью до 0,001 нм? При этом как бы мы не закрепляли атомы рецептора, мы не сможем остановить колебания и вращение в самом лиганде, то есть рецептор, будучи «очень точным», не сможет захватить лиганд, который свободно вращается и колеблется. Зачем нужна такая точность в построении рецептора?

Данный «запас точности» физически не обоснован. Все более-менее разумные модели предполагают, что молекулы кислорода и азота при комнатной температуре – шары, так как они быстро вращаются. А Роберт считает их цилиндрами, радиус которых можно зафиксировать с точностью до 0,01нм и отделить О₂ от N₂ по размеру! Но во-первых, надо понизить энтропию (чтобы молекула перестала вращаться – об этом ни слова), а во-вторых, предварительно захватить эту молекулу на химически активный сайт (как происходит в гемоглобине и клубеньках бобовых культур). А если мы захватили, то зачем нам точность в размерах и т.д. То есть для малых молекул проще сделать химический рецептор, а для больших, в силу колебаний, точный размер вообще не играет роли, поскольку они «дышат», изгибаются и т.д. (лиганд тоже может подстроится под структуру рецептора). Нет никакого смысла бороться за эти сотые нанометра – а так как это другой порядок, это вызывает кучу технических проблем, решению которых посвящаются целые разделы книги. А главное, борьба за этот излишний порядок точности вызывает много чисто методических проблем: приходится использовать цифровые воксели вместо аналоговых координат и геометрии, что порождает проблемы с хранением информации о структуре и т.д."

Р.Ф. – "Вообще, такая точность действительно не нужна, достаточно и точности в построении рецептора и в 0.01 нм. В инженерии часто есть необходимость построения инструмента с большей точностью, чем точность обработки продукта. Некоторые молекулярные рецепторы потребуют высокой точности. Но большинство молекулярных рецепторов не будет нуждаться в ней. Я поместил рассуждения в книге для того, чтобы показать читателю, какая точность возможна в принципе.

Если же учитывать то, что молекулы O₂ и N₂ при комнатной температуре будут иметь форму шаров, то, в принципе, можно использовать разницу в их диаметре для сортировки с помощью каскада сортирующих роторов в несколько приемов (см. подробнее http://www.nanomedicine.com/NMI/3.2.4.htm).

Вы правы в том, что для соединения активного центра молекулы гемоглобина с молекулой кислорода не требуется «точного» рецептора. Если же молекула-цель может быть связана ковалентной связью или электростатическим взаимодействием, то, без сомнения, это будет учтено в построении рецептора. Как я писал в NMI, раздел 3.5.1 (http://www.nanomedicine.com/NMI.3.5.1.htm), есть несколько способов для того, чтобы сконструировать рецептор. И для того, чтобы присоединить определенную молекулу, необходимо будет использовать нужный тип рецептора. Например, для захвата химически инертных молекул можно использовать рецепторы, комплементарные молекуле по форме (тогда соединять молекулу с рецептором будут силы Ван Дер Ваальса). Но для нормальной работы Ван Дер Ваальсовых рецепторов нужна высокая точность (см. таблицу 3.6 по ссылке: http://www.nanomedicine.com/NMI/3.5.5.htm )."

Дмитрий Рязанов, имморталист и администратор сайта Bessmertie.ru (http://www.bessmertie.ru):

«Недавно было сообщение, что при помощи самовосстанавливаемых наночастиц, которые обезвреживают свободные радикалы, было достигнуто продление клеток мозга (в культуре) в 4 раза. Могли бы вы привести несколько подобных примеров за последнее время, которые бы показывали, что наномедицина реально работает на практике?»

Р.Ф. – "Наночастицы не являются наноробототехнической медициной. Наночастицы – очень маленькие фракции вещества с какими-либо химически активными группами, с помощью которых можно доставить лекарство точно в определенную клетку, проникнув через ее мембрану.

И то, что применение новых материалов в медицине приносит новые открытия, не должно казаться удивительным. Сейчас только начались эксперименты по биологической совместимости таких наночастиц, как дендримеры и квантовые точки. Более детально об этом можно прочесть здесь : http://www.nanomedicine.com/…A/15.3.6.htm. Одни из этих наночастиц безопасны для человека, другие могут принести ему вред. Исследования еще не завершены, и поэтому еще рано ждать каких-либо удивительных результатов применения наночастиц в медицине. Недавно я опубликовал книгу, которая освещает проблемы биологической совместимости наноробототехники и человеческого организма. Онлайн ее можно прочесть здесь: http://www.nanomedicine.com/NMIIA.htm.

Но необходимо понимать, что наночастицы – только начало наномедицины. Это первые «детские шаги». Со временем, как только будут появляться новые возможности, позволяющие строить роботов с атомарной точностью, использование наночастиц и простых лекарств станет ненужным. Пассивные наночастицы смогут производить один эффект, в то время как нанороботы, оснащенные компьютером, сенсорами, манипуляторами и системой передвижения, смогут обеспечить контроль организма в целом в реальном времени. Их также можно будет без проблем вывести из организма. Также нанороботы не будут производить никаких побочных эффектов. Медицинская наноробототехника позволит поднять медицинское обслуживание людей на новую ступень развития."

Свидиненко Юрий, аналитик сайта Nanotechnology News Network (http://www.nanonewsnet.ru):

«Можно ли ожидать появления первых наномедицинских устройств, построенных с помощью примитивных протеиновых протоассемблеров, в течении следующего десятилетия?»

Р.Ф. – «Мне кажется это маловероятным. Ассемблеры (если рассматривать их как наносистему) будут построены из твердых материалов, таких, как алмазоид или сапфирроид. Когда же говорят о протеиновых машинах, подразумевают что-то "мягкое и скользкое”, и если начать конструировать наноробота с помощью системы "искусственной рибосомы», то исходный продукт тоже будет "мягким и скользким”. Это, конечно, будет очень полезно для выполнения наномедицинских операций внутри человеческого тела. Но для построения алмазоидного механокомпьютера с помощью протеиновых машин потребуется очень много времени, так как необходимо соблюдать атомарную точность. Поэтому, вероятнее всего, нанороботы будут построены другими способами.

Если пойти по «мягкому» пути, то наиболее полезным подходом будет биоробототехника. Используя ее методы, можно сконструировать организм типа бактерии или дрожжевого грибка, который будет описан с помощью всего 250–300 генов. Далее к этой базовой конфигурации вы добавляете «полезные гены». Например: поглощать холестерин, выделять недостающий инсулин или синтетические антибиотики, светиться зеленым цветом и т.д. Идея состоит в том, чтобы запрограммировать такой примитивный организм на выполнение определенной программы. Таким образом, мы получим «биоробота». Несколько компаний в США уже работают над этой проблемой (одна из таких организаций – компания Крэйга Вентера, чьи исследователи расшифровали геном человека в 2000 году). Коммерческие бактериальные микророботы появятся максимум через 10 лет. А через пять лет мы услышим о уже разработанных и выращенных биороботах."

Александр Куринный, администратор сайта MicroBot.ru (http://www.microbot.ru):

«Что мы как члены общества можем сделать для того, чтобы нанотехнологии и наноробототеника не использовались в разрушительных целях террористами или военными?»

Р.Ф. – "Исследователи в этой области обеспокоены проблемой использования нанотехнологий в военных целях. Некоторые из исследователей образовали Линии Поддержки от Института Предвиденья (http://www.foresight.org/guidelines/), я считаю, что это хорошее начало.

Любая технология может быть использована как в добрых, так и в злых целях. В ближайшем будущем развитие нанотехнологий будет дорогим, потребует много ресурсов, обученных людей, лаборатории и т.д. Поэтому в ближайшее время террористы не смогут развить нанотехнологии – у них просто нет возможности. Проводить нанотехнологические исследования смогут только развитые страны.

Но нанотехнологии могут развиться до такой точки, когда их смогут использовать террористы и враждебно настроенные нации. Однако до того, как это случится, пройдет 20–30 лет. Поэтому за это время развитые страны должны выработать как систему законодательных актов, так и ряд технических мероприятий. Вполне возможно, что в будущем возникнут «нанозащитные» станции, как сейчас существуют пожарные. Такие станции будут следить за возникновением опасностей, связанных с использованием нанотехнологий во зло людям.

На вопрос: «Что мы как члены общества можем сделать для решения этой проблемы?» я могу ответить следующим образом. Каждый из нас должен как можно больше учиться и работать для того, чтобы повышать свой уровень знания и делать окружающий мир просвещенней и надежней. В таком мире мотивации для совершения террористических актов или войн будет гораздо меньше. Будем надеяться, что в будущем конфликты будут разрешаться не с помощью оружия, а с помощью интеллекта."

Подробнее о Роберте Фрайтасе: его биография (http://old.nanonewsnet.ru/index.php?…)

На самый наболевший вопрос наших читателей отвечу: обе части книги г-на Фрайтаса «Nanomedicine» еще не вышли на русском языке.

Администрация сайта www.NanoNewsNet.ru благодарит Роберта Фрайтаса за интервью.