Νανοτεχνολογία – Η νέα επιστημονική πρόκληση και οι εφαρμογές της

H νανοτεχνολογία είναι το διεπιστημονικό πεδίο που αφορά την ανάπτυξη και χρήση των υλικών με τα οποία μπορούν να παρασκευασθούν  συσκευές και προϊόντα τα οποία έχουν διαστάσεις της τάξης του δισεκατομμυριοστού του μέτρου. Τα νανοσωματίδια και τα νανoϋλικά παρουσιάζουν νέες ιδιότητες που είναι συνάρτηση των διαστάσεών τους. Στην επιστήμη και στην τεχνολογία, το πρόθεμα «νανο» προέρχεται από την ελληνική λέξη νάνος και ένα νανόµετρο (nm)  ισούται µε ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου (10-9 = 0,000000001), είναι δηλαδή δεκάδες χιλιάδες φορές μικρότερο από το πάχος της ανθρώπινης τρίχας. Η προέλευση και η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας δεν είναι σαφείς. Οι πρώτοι νανοτεχνολόγοι μπορεί και να ήταν τεχνίτες γυαλιού του Μεσαίωνα που χρησιμοποιούσαν καμίνια για την επεξεργασία του. Βέβαια οι υαλοτεχνίτες δεν καταλάβαιναν γιατί η επεξεργασία του χρυσού δημιουργούσε τα χρώματα. Η διαδικασία της κατασκευής νανοσυστημάτων και νανοδομών, ειδικά στην παραγωγή  κβαντικών νανοκουκκίδων χρυσού (quantum dots), χρησιμοποιούνταν στις βικτωριανές και μεσαιωνικές εκκλησίες, που ήταν διάσημες για τα υπέροχα βιτρό στα παράθυρά τους. Το ίδιο ισχύει και για διάφορα σμάλτα που βρέθηκαν σε αρχαία τζάμια.
Οι διάφορες χρωματικές παραλλαγές καθώς και συμπεριφορές των υλικών που χρησιμοποιούνται σε διάφορα νανοσυστήματα εξαρτώνται από το γεγονός ότι τα χαρακτηριστικά των υλικών σε νανοδιαστάσεις είναι διαφορετικά από τα χαρακτηριστικά τους σε διαστάσεις μικροκλίμακας. Τα επιτεύγματα των φυσικών επιστημών (φυσική, βιολογία, χημεία ), αλλά και οι εξελίξεις στην τεχνολογία και κυρίως η ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών, βοήθησαν να συγκεντρωθούν πληροφορίες σχετικές με την  κατανόηση της νανοτεχνολογίας. Οι εξελίξεις αυτές αποδείχθηκαν αναγκαίες για τον προσανατολισμό, την επιλογή και την αποτελεσματικότητα των εφαρμογών του τομέα αυτού. Ο τομέας της υγείας και τα καινοτόμα φαρμακευτικά προϊόντα, καθώς και οι εξελίξεις στον τομέα της Ιατρικής δημιουργούν νέες κατευθύνσεις όπως η νανοβιοφαρμακευτική και η νανοϊατρική, οι οποίες χαρακτηρίζονται από προϊόντα υψηλής τεχνολογίας και μεθόδους υψηλής εξειδίκευσης, με στόχο την παραγωγή ασφαλών και αποτελεσματικών φαρμάκων και προϊόντων υγείας. Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, της ηλεκτρονικής  και της ρομποτικής αναμένεται να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως η γονιδιακή θεραπεία, η μεταφορά φαρμακομορίων, η απεικόνιση και οι διαγνωστικές τεχνικές. Είναι γνωστό ότι πολλά φαρμακομόρια είναι αναποτελεσματικά, λόγω περιορισμένης δυνατότητας πρόσβασης στον ιστό-στόχο. Σήμερα, οι κύριες κατευθύνσεις της βιοϊατρικής έρευνας είναι: η θεραπευτική, η εργαστηριακή διαγνωστική και η in vivo απεικονιστική διαγνωστική.  Σημαντική προσπάθεια γίνεται για την ανάπτυξη καινοτόμων φαρμάκων με βάση τη νανοτεχνολογία  για τη θεραπευτική προσέγγιση πολλών νόσων.  Η πλέον διαδεδομένη μορφή αναγνώρισης του πάσχοντος ιστού είναι η αναγνώριση σε μοριακό επίπεδο, που βασίζεται στο γεγονός ότι σε κάθε όργανο ή ιστό μπορούν να βρεθούν μακρομόρια (αντιγόνα) που είναι ειδικά και εκφράζονται στο συγκεκριμένο όργανο. Για να επιτευχθεί η στόχευση μπορούν να χρησιμοποιηθούν βιομόρια / βιοϋλικά τα οποία  είναι ικανά να αλληλεπιδράσουν εξιδικευμένα με τον στόχο (για παράδειγμα εξειδικευμένα αντισώματα για τα αντίστοιχα αντιγόνα). Σήμερα, αναπτύσσονται ποικίλα πρωτόκολλα για στοχευμένη φαρμακοθεραπεία τα οποία περιλαμβάνουν διαφορετικές προσεγγίσεις. Υπάρχουν αρκετά  νανοσυστήματα (π.χ. λιποσώματα, νανοκάψουλες, νανοσφαιρίδια) τα οποία μπορούν να στοχεύσουν π.χ. τα καρκινικά κύτταρα, να εισέλθουν σε αυτά και να αποδεσμεύσουν το φαρμακομόριο και μελέτες και εφαρμογές βρίσκονται σε εξέλιξη τόσο σε πειραματικό-εργαστηριακό όσο και σε κλινικό επίπεδο. Μερικά απο τα νανοσυστήματα αυτά βρίσκονται ήδη στην αγορά, ενώ ταυτόχρονα γίνεται έρευνα σε επιστημονικό και τεχνολογικό επίπεδο για την ανάπτυξη και άλλων νανοτεχνολογικών φαρμάκων στο μέλλον. H νανοτεχνολογία υπόσχεται να θεραπεύσει ανίατες ασθένειες και να καταστήσει το ιατρικό έργο ευκολότερο. Αόρατα στο ανθρώπινο μάτι νανορομπότ θα εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό και θα δίνουν αναλυτική διάγνωση για την κατάσταση του οργανισμού. Στη συνέχεια, άλλα νανορομπότ θα αναλαμβάνουν τη θεραπεία. Μία λεπτή αιμοληψία από το ακροδάχτυλο θα αρκεί για να έχουμε πλήρεις αναλύσεις αίματος. Η θεραπεία θα είναι στοχευμένη στα ασθενή κύτταρα και δεν θα προκαλεί ανεπιθύμητες ενέργειες. Η νανοτεχνολογία στον τομέα της υγείας προϋποθέτει την τεχνολογική υποστήριξη και την κατασκευή νανοδομών, νανοϋπολογιστών σε μοριακό επίπεδο με σκοπό την αυτο-συναρμολόγησή (self-assembly) τους σε μεγαλύτερα συστήματα, τα οποία μπορούν να λειτουργούν σε μοριακό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο υποκατάστασης οργάνων και ιστών (αναγεννητική των ιστών). Η νανοτεχνολογία και η εφαρμογή της στην φαρμακευτική, όπως διαφαίνεται και από τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, αναμένεται να προσφέρει  σημαντικά πλεονεκτήματα σε βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως στη χορήγηση φαρμάκων, στη διάγνωση και απεικόνιση ασθενειών, στη γονιδιακή θεραπεία αλλά και στην αντιμετώπιση καρκινικών καταστάσεων με νέα δεδομένα. Θα πρέπει επίσης να αναφερθεί η μεγάλη εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στην επιστήμη της κοσμητολογίας. Η βιομηχανία των καλλυντικών είναι από τις ισχυρότερες στον χώρο της νανοτεχνολογίας. Η χρηματοδότηση της έρευνάς της ξεπερνάει το μισό εκατομμύριο δολάρια ετησίως για τον χώρο των καλλυντικών προιόντων. Προϊόντα, όπως γαλακτώματα, κρέμες, αντηλιακά προϊόντα, προϊόντα μακιγιάζ κ.ά., ακολουθούν την ανάπτυξη και τους ελέγχους που καθορίζονται με βάση τη συμπεριφορά και τις φυσικοχημικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων.
Τέλος, είναι φανερό ότι οι επιδράσεις της νανοτεχνολογίας  θα επεκταθούν στο μέλλον σε πολλές πτυχές της ανθρώπινης ζωής εκτός του τομέα των φαρμάκων και των προϊόντων υγείας και η σημασία της εδράζεται κυρίως στους  παρακάτω τομείς [ανακοίνωση της επιτροπής των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων ‘‘Προς μια Ευρωπαϊκή Στρατηγική για τη νανοτεχνολογία’’ (Βρυξέλλες, 12.5.2004, COM (2004) 338 τελικό) ; http://cordis.europa.eu/nanotechnology]
 Στον τομέα της πληροφορίας
 Στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας
 Στον τομέα της επιστήμης των υλικών
 Στον τομέα της οικονομίας
 Στον τομέα της ανάπτυξης και της ανακάλυψης νέων τεχνικών
 Στον τομέα της αυτοκίνησης
 Στον τομέα της ένδυσης
 Στον τομέα της καθημερινής υγιεινής.
 
Βιβλιογραφία
Κωνσταντίνος Ν.  Δεμέτζος, ‘‘Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία: Βασικές Αρχές και Πρακτικές Εφαρμογές’’, Εκδόσεις Παρισιάνου,
Αθήνα, 2014.
Πολυλειτουργικό νανοσύστημα μεταφοράς φαρμακομορίων για απεικόνισηκαι θεραπεία