Predpona nano- vyjadrujúca čosi veľmi malé, v metrickom ponímaní miliardtinu metra, si podmaňuje svet všeobecne, náš slovenský nevynímajúc. Za jej spopularizovanie môžu dve sestry – nanoelektronika a nanotechnológia materiálov. Pojem nanotechnológia zaviedol japonský vedec Norio Taniguči v roku 1974 a pojem nanometer laureát Nobelovej ceny Richard Adolf Zsigmondy, priekopník vo výskume koloidných častíc. V jeho rodokmeni nájdeme tri generácie predkov vrátane otca Adolfa, ktoré žili v Bratislave. Azda sa preto môžeme hrdiť, že sme do rodného listu nanotechnológie prispeli aspoň nejakým písmenom.
V Slovníku súčasného slovenského jazyka sa nachádza 15 slov s predponou nano-, ale medzi ľuďmi kolujú aj ďalšie novotvary. Niektorí verejní činitelia dostávajú nanonápady a občas si dôchodcovia alebo študenti odnášajú domov z reťazcov svoje nanonákupy.
Celosvetový výskum sa rozrastá a počet článkov podľa databázy Scopus dosiahol do roku 2022 číslo 10 800, pričom výberové slová nanočastica, liečivo, dodanie sú v nadpise, abstrakte alebo kľúčových slovách.
Míľniky v nanosvete
Za prelomovú udalosť filozofického významu v rozvoji nanovedy sa považuje vizionárska prednáška Richarda Feynmana na Kalifornskom technologickom inštitúte (1959) pod názvom Tam na dne je veľa priestoru. Korene nanovedy však siahajú pred kodifikáciu tohto pojmu a vedú nás k Faradayovým zlatým nanočasticiam (1856), Maxwellovmu démonovi (1867) aj k Einsteinovmu výpočtu veľkosti molekuly cukru z difúzie vo vode, ktorá je približne 1 nm (1906). Za uvedených okolností nie je nutné skúmať, kto zaviedol pojem nanomedicína a aj pojmy nanodiagnostika a nanoterapia (teranostika), nanoonkológia, nanofarmácia alebo nanotoxikológia. Nanomedicína je na rozdiel od Marťanov už medzi nami a signalizuje zostup medicíny na Feynmanovo dno, ktorým sú v tomto prípade molekulové procesy.
Treba však mať na pamäti, že unikátne aplikácie nanomedicíny musia byť vyvážené minimalizáciou sprievodných rizík, a to je hracie pole nanotoxikológie, ktorá z obchodných dôvodov za aplikáciami zaostáva. Zlomové momenty nanomedicíny, najmä tie, za ktoré boli udelené Nobelove ceny, sú uvedené v nasledujúcej tabuľke. V ďalšej časti priblížime štyri oblasti nanomedicíny, ktoré sa rýchlo rozvíjajú.
Antibakteriálne efekty nanočastíc
Antimikrobiálne látky sa používajú v medicíne, pri dezinfekcii vody, v obaloch potravín či v textilných výrobkoch a obuvi. Organické zlúčeniny bývajú toxické, do popredia sa preto dostávajú anorganické nanomateriály: Ag, Au, Cu, Ti, ZnO, MgO. Účinne zabíjajú baktérie alebo spomaľujú ich rast. Ich význam rastie vzhľadom na šíriacu sa rezistenciu na antibiotiká. Značné riziko predstavujú multirezistentné baktérie odolné proti viacerým triedam liečiv.
Antibakteriálna aktivita nanomateriálov pramení z biofyzikálnej interakcie – agregácie a prieniku cez bunkovú stenu a nasledujúceho usmrtenia baktérie. Účinnosť procesu závisí od zloženia nanomateriálov, spravidla nanočastíc, agregovanej plochy ich povrchu, štruktúry, veľkosti a ďalších vlastností. Účinok sa dá zvýšiť laserovým ožiarením alebo pôsobením magnetického poľa pri magnetických nanočasticiach ako Fe3O4 alebo γ-Fe2O3, čím vyvoláme lokálny ohrev.
Oxid dusnatý je ďalšia účinná látka s protiinfekčným pôsobením. Potláča rast mnohých baktérií rezistentných na antibiotiká. Na jeho cielené zavádzanie v organizme sa používajú zložitejšie kompozitné nanočastice. Za zmienku stojí, že primárne pôsobenie oxidu dusnatého ako zázračnej molekuly rozširujúcej cievy objavil a Nobelovu cenu za tento objav získal americký farmakológ Robert Francis Furchgott, ktorý má tiež svoje korene na Slovensku – jeho stará matka Berta sa narodila v Nitre a starý otec Mac v Lužanoch v okrese Topoľčany.
Sprievodným problémom uvedených terapií je únik nanočastíc do životného prostredia, čo je hrozbou pre mikróby prospešné pre život. Rozšíreným nanomateriálom je striebro. Celosvetová spotreba nanočastíc striebra má v roku 2025 dosiahnuť 800 ton ročne. Aplikácie a pôsobenie vybraných nanočastíc uvádzame v tabuľke.
Terapeutický terč
Cielené dodávanie liekov (targeted drug delivery; TDD) už vstupuje do praktickej medicíny. Liečivá ako Eligard a iné sú už na trhu. Výskum sa venuje uvoľňovaniu a absorpcii liečiv v terapeutickom terči a ich ochrane pred degradáciou. V centre záujmu sú nosiče liekov (vektory), ako sú koloidy, polyméry, monoklonálne protilátky a nanomateriály. Podľa typu nosiča rozoznávame fyzikálne, chemické a biologické dodávanie.
Koncept TDD spomenul už v roku 1913 Paul Ehrlich, laureát Nobelovej ceny za medicínu. Usúdil, že keby bolo možné zhotoviť látku, ktorá selektívne vysleduje chorý orgán, mohla by sa stať nosičom lieku. Jeho termín pre tento terapeutický komplex bol Zauberkugel (magická guľa). V súčasnosti tvorí táto metóda, nazývaná aj terapia trójskeho koňa, spolu s dizajnom liekov na mieru obsah presnej medicíny.
Metódu TDD možno využiť v kardiológii, pri liečbe diabetu či pri mozgových príhodách a iných. Najväčšej pozornosti sa však teší v onkológii, a to vzhľadom na toxicitu liečiv. Osvedčenou platformou cielenia liečiva sú konjugáty, teda spojenia protilátka – liečivo (antibody drug conjugates; ADC). Toxín, ktorý neradno podať systémovo, sa naviaže na monoklonálnu protilátku, aby sa dostal priamo do nádorových buniek. Rozmach TDD sa opiera o objavenie a vývoj vysoko špecifických monoklonálnych protilátok. Skúmajú sa aj ACNP platformy – konjugáty protilátka – nanočastica alebo iný nanoobjekt ako nosič liečiva. Vo Fyzikálnom ústave Slovenskej akadémie vied, v. v. i., používajú na tento účel nanovločky MoS2.
Inovatívny fyzikálny prístup využíva ako nosiče magnetické nanočastice, spravidla oxidy železa, nasmerované do cieľa magnetickým poľom. Na zavedenie častíc treba magnety s fokusáciou poľa, ktoré dokážu generovať pole s vysokou magnetickou intenzitou, čím sa magneticky značené liečivo nielen dopraví hlbšie do tela, ale dokáže sa tam potrebný čas udržať. Takéto magnety pripravili v spolupráci s firmou z Nórska v Ústave experimentálnej fyziky SAV, v. v. i., v Košiciach. Ich účinok je doložený in vitro experimentom s použitím slepačieho vajíčka.
prof. Štefan Luby, DrSc.
Fyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Článok bol podporený Vedeckou grantovou agentúrou VEGA Bratislava, grant 2/0142/23.
