Сейчас много говорят о нанороботах, а что это такое?

Чаще всего под нанороботами подразумевают структуры с программируемым поведением, которые могут точно взаимодействовать и манипулировать другими объектами. И всё это ― на уровне наноразмеров, то есть на атомном и молекулярном уровне. Размеры таких роботов могут варьировать от одной десятой нанометра до ста нанометров, в зависимости от их конечного устройства.

А микросхемы и манипуляторы у них есть?

В привычном нам понимании микросхем из полупроводников и манипуляторов, отлитых из металла, у них нет. Они состоят из молекул и атомов, причем их устройство может быть совершенно разным. Такие конструкции могут быть сделаны из органических соединений (белки, нуклеиновые кислоты), неорганических (соединения кремния, углерода, ферроматериалов) и их сочетаний.

Почему их тогда называют роботами?

Здесь следует внести уточнение: следует отличать наномашины от нанороботов. Отличие заключается в том, что, помимо сенсорной и двигательной части, робот должен иметь процессор как отдельную функциональную единицу. Иначе ― это машина. И следуя данной классификации, нанороботов пока еще не создали, хотя подвижки в эту сторону есть.

А что тогда такое наномашины?

Наномашины состоят из молекул и атомов, которые и являются аналогами моторов, манипуляторов и движущихся частей роботов из макромира. Например, наномашина, созданная самой природой ― жгутик бактерии: это настоящий автомат с микроскопическим «электродвигателем» и «ротором», приводящими жгутик во вращательное движение. Другой пример ― искусственно созданный биоинженерами из Америки шагающий молекулярный робот: он может ходить по ДНК и слушать команды «идти», «повернуть», «остановиться». То есть наномашины можно запрограммировать на определенное поведение. Например, в группе «Молекулярная робототехника и биосенсорные материалы» лаборатории SCAMT ученые делают наномашины из молекул ДНК. Их поведение программируется не машинным, а генетическим кодом.

Как можно запрограммировать наноробота или наномашину, если они состоят всего из нескольких молекул? И вообще как их делают?

Возьмем для примера наномашины на основе ДНК, которыми занимаются ученые SCAMT. Зная генетический код, они подбирают определенную нуклеотидную последовательность цепей и синтезируют короткие ДНК-цепочки. По законам образования химических связей и правилу комплементарности эти ДНК цепочки собираются в определенную структуру, которая может узнавать и связывать другие молекулы ДНК или РНК и разрезать их. То есть их проектируют так, чтобы они связывали именно нужные молекулы, а другие не трогали.

Говорят, с их помощью мы сможем лечить очень тяжелые болезни. Как именно?

Можно нацелить такую наномашину против патогена, вызвавшего болезнь. Или, если речь идет об эндогенных болезнях, которые возникают в организме без участия внешних патогенов, например, рак, то тут можно применять иной подход. У каждой болезни есть свой набор молекулярных маркеров, по которым ее можно распознать. И есть свои сломанные процессы: их можно починить или исправить. Если это невозможно, можно просто уничтожить сломанную клетку. Ученые придумали ДНК наномашин, которые одной своей частью распознают, что клетка больна, а другой бьют по жизненно важному внутриклеточному пути, в итоге уничтожая клетку. Таким образом, можно селективно избавляться от больных клеток, не трогая здоровые.

Если они такие эффективные, то почему их еще нет в каждой больнице?

Путь от идеи до финальной реализации, тем более на людях, крайне долгий. Во-первых, нужно отработать систему, убедиться, что она безукоризненно работает и уровень токсичности и побочных эффектов не критичен. Сначала новые разработки тестируют в пробирке ― in situ. Потом в клетках, которые живут в искусственных условиях ― это называется in vitro. Потом на модельных живых организмах, например, мышах ― это in vivo эксперименты. Все это является доклиническими исследованиями. Если все идет хорошо, то переходят к следующих этапам ― клиническим испытаниям на людях, тех, кто добровольно согласился испытать на себе новый препарат. В клинических испытаниях есть тоже несколько фаз. И только после успешного завершения всех исследований новый препарат может выйти в производство на рынок.

А скоро наномашины станут общепринятым методом диагностики и лечения?

Современная тенденция в мире изобретений ― это уменьшение размера и повышение эффективности. Поэтому и бионанотехнологии, объединяющие в себе инженерию и биохимию, завоевывают все большую популярность. Ведь одна наномашина сочетает в себе различный функционал, которым можно управлять, к тому же, ему доступны объекты на наноуровне, а это открывает новые возможности для диагностики и лечения заболеваний. Но в отличие от компьютерных технологий, что крайне быстро изменили нашу повседневную жизнь, у бионанотехнологий несколько более длинный путь выхода на рынок и в нашу повседневную жизнь. Но это лишь вопрос времени.

source https://news.itmo.ru/ru/science/life_science/news/9610/