Le chimiste américain Chad Mirkin, qui a reçu le prix RUSNANOPRIZE cette année, a expliqué à RIA Novosti comment ses nanoparticules ouvriraient l'ère de la médecine génétique, lisseront les rides sur le visage des femmes et nous guériraient du cancer, et ont également partagé ses réflexions sur la façon dont quand les nanomachines peuvent détruire le monde.
Chad Mirkin est l'un des principaux chimistes américains impliqués dans le développement de nanoparticules assemblées à partir de molécules d'ADN sphériques et de combinaisons d'ADN ou d'ARN avec des métaux et d'autres matières inorganiques. Outre la nanotechnologie «organique», Mirkin travaille activement au développement de technologies pour «imprimer» des nanostructures, qui peuvent être utilisées pour fabriquer des appareils électroniques et optiques.
Mirkin était considéré comme l'un des principaux candidats au prix Nobel de chimie 2013 et a également été nominé dans le passé pour le prix RUSNANOPRIZE, décerné par Rusnano depuis 2009 pour les développements scientifiques et technologiques ou les inventions dans le domaine des nanotechnologies qui ont déjà été introduits dans la production de masse.
Tchad, les généticiens sont souvent confrontés à un rejet social aigu lorsqu'ils développent des OGM ou des thérapies géniques, mais les nanotechnologies en général et les nanoparticules à base de molécules d'ADN sphériques que vous avez développées n'ont pas ce problème. Pourquoi ça arrive?
- Dans ce cas, à mon avis, il existe une différence fondamentale entre la création de nanoparticules et le développement de produits génétiquement modifiés. L'étude des propriétés et la création de nanoparticules, tout d'abord, appartient au nombre d'études chimiques, elles peuvent être appelées les résultats de la recherche de propriétés nouvelles et utiles dans certaines structures qui n'existent pas dans la nature ou sont le résultat d'une miniaturisation, en utilisant une variété de méthodes pour leur création.
Par exemple, tous les matériaux changent de propriétés lorsqu'ils sont miniaturisés. L'or, en particulier, perd sa couleur dorée et devient rouge à l'échelle nanométrique. C'est exactement pourquoi la nanotechnologie nous intéresse tant. Toutes ces différences qui surviennent lors de la transition à l'échelle nanométrique peuvent être utilisées pour développer de nouvelles technologies jusqu'alors inédites.
D'autre part, l'édition de l'ADN a été mise en œuvre à l'échelle mondiale, à travers des processus biochimiques spécifiques, dont les conséquences sont très clairement définies et qui changent à jamais le fonctionnement des organismes vivants. Cela crée des dilemmes éthiques et attire l'attention des régulateurs et des personnes préoccupées par les conséquences à long terme de telles expériences.
Bien sûr, il y a des gens qui ont peur du développement ultérieur de la nanotechnologie, mais pour les raisons ci-dessus, il leur est extrêmement difficile (et malhonnête pour nous) d'amener toutes les nanoparticules à la même taille et de tirer des «conclusions» sans ambiguïté selon lesquelles absolument toutes les nanotechnologies sont mauvaises par définition. Si vous y réfléchissez, le concept même de «nanotechnologie» peut inclure presque tout ce que la science a créé ces dernières années. De plus, si vous ne regardez que la chimie «ordinaire», alors elle fonctionne avec des molécules dont les dimensions sont plus petites que les structures que nous appelons les nanomatériaux.
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Par exemple, ce que nous avons créé, à proprement parler, ne sont pas des nanoparticules, mais, comme j'aime les appeler, des «acides nucléiques sphériques», un nouveau type de nanostructures que nous créons en plaçant de courtes molécules d'ADN et d'ARN sur des modèles d'une certaine forme et conception … Ils n'ont pas d'équivalents naturels, mais en même temps, ils interagissent avec la matière vivante et les cellules d'une manière extrêmement inhabituelle et surtout utile. On peut dire qu'ils sont une fusion triomphante de chimie, de biologie et de nanotechnologie.
Ces nanoparticules peuvent être utilisées pour résoudre une foule de problèmes - elles peuvent être utilisées pour administrer des médicaments aux cellules, guérir le cancer et réparer ses cellules, diagnostiquer des maladies et d'autres choses. Bien sûr, vous pouvez les adapter pour le mal, mais ce n'est pas ce que nous faisons à l'Université Northwestern.
Vous avez déjà été désigné comme l'un des candidats au prix Nobel dans le passé, et cette année, il a été décerné pour l'une des découvertes clés dans le domaine des nanotechnologies. Ne pensez-vous pas que vous avez été injustement oublié?
- En fait, cette année, le prix a été décerné pour une découverte qui n'a rien à voir avec nos recherches - il a été reçu, entre autres, par l'un de mes collègues universitaires, Fraser Stoddart. Feringa, Savage et Stoddart ont travaillé pour créer des machines moléculaires - des analogues miniatures extrêmement bruts de rotors et commutateurs mécaniques, capables d'effectuer les mêmes tâches que les machines conventionnelles, mais à l'échelle nanométrique.
Nous pouvons dire que le "prix Nobel" est allé à la nanotechnologie, mais vous devez comprendre que ce domaine de la science est très large et comprend un très large éventail de problèmes, de la protection de l'environnement à la médecine en passant par l'énergie et l'électronique. Dans ce cas, ces nanotechnologies sont très loin de ce que nous faisons.
Si nous parlons du prix Nobel, alors je ne peux rien dire - ce n'est pas ma prérogative de décider qui devrait le recevoir, laisser les experts du comité Nobel le faire.
L'un des lauréats de cette année, Ben Feringa, estime que les nanomachines ne menaceront probablement jamais l'humanité. Quelle est votre opinion sur cette question à laquelle les gens pensent en premier lorsqu'ils réfléchissent aux dangers de la nanotechnologie?
- Encore une fois, si vous faites attention à ce qu’ils ont attribué au prix Nobel cette année, vous pouvez voir qu’il a été décerné pour une découverte très fondamentale. Je pense que nous sommes maintenant au tout début de l'évolution chimique des nanotechnologies, qui est très éloignée des capacités des machines décrites dans le fameux scénario de "grey goo".
En fait, l'idée même que les machines peuvent devenir incontrôlables et rebelles est de la pure science-fiction qui n'a rien à voir avec la science. Je pense que cela restera longtemps dans le cadre de la fiction. Ce avec quoi nous travaillons et sur quoi nous travaillons aujourd'hui n'est pas du tout similaire à ce qui est nécessaire pour un tel scénario de «fin du monde».
Les machines que Feringa et ses collègues ont créées sont très schématiques et ne ressemblent pas du tout aux «nano-terminateurs» avec lesquels les écrivains de science-fiction nous font peur. Il nous reste au moins des décennies, voire des siècles, avant qu’un tel scénario ne fasse l’objet d’une discussion sérieuse.
Dans quels domaines de la nanotechnologie prévoyez-vous les avancées les plus significatives dans un proche avenir?
«Nos acides nucléiques nanosphériques seront et sont déjà utilisés à diverses fins et dans une grande variété de domaines de la science, de la médecine et de l'industrie. Ils sont déjà utilisés pour le diagnostic en médecine - par exemple, nous avons créé des nanoparticules avec des noyaux d'or recouverts d'un «manteau de fourrure» d'ADN, qui sont utilisées comme balises pour une recherche ultra-précise de segments spécifiques d'ADN, de protéines et d'autres biomolécules associées à des maladies et à diverses bio - "cibles".
Ces particules peuvent être utilisées pour une analyse rapide d'échantillons de salive, de sang ou d'urine et pour rechercher divers virus, bactéries ou même des maladies génétiquement déterminées. Tout cela, je le souligne, est déjà utilisé dans la pratique.
À l'avenir, plus nous attend - nous créons des nanoparticules d'ADN creuses remplies d'un médicament ou d'une autre substance pouvant pénétrer dans les cellules, ce que les molécules d'ADN et d'ARN ordinaires ne peuvent pas. De telles nanoparticules, par exemple, peuvent être ajoutées à une crème pour la peau et utilisées pour traiter plus de 200 maladies de la peau associées à des dégradations de l'ADN. De même, nous pouvons lutter contre la colite, les maladies des yeux, de la vessie ou des poumons. L'ère de la médecine génétique approche.
Il convient de comprendre ici que trois choses sont nécessaires pour réussir dans ce domaine. Tout d'abord, vous devez être capable de fabriquer des molécules d'ARN et d'ADN, et nous faisons du bon travail dans cette tâche depuis 30 ans. Deuxièmement, vous devez comprendre pourquoi des mutations dans certains gènes provoquent des maladies. Ce problème a été résolu au début des années 2000, lorsque le décodage du génome humain a été achevé.
Cependant, la troisième chose manquait jusqu'à récemment - la capacité d'introduire de l'ADN et de l'ARN dans ces tissus et organes où ils devraient aller. Et il s'est avéré que les nanoparticules sont le moyen le plus pratique et le plus fiable de résoudre ce problème. Nos acides nucléiques sphériques ont pu pénétrer les cellules aussi facilement qu'aucun rétrovirus ne pourrait jamais le faire.
Nous avons maintenant la possibilité d'injecter de l'ADN ponctuellement dans les organes qui nous intéressent, et pas seulement dans le foie, comme auparavant, et cela nous a ouvert des perspectives jusqu'alors impensables pour la thérapie génique. Nous n'avons même pas besoin de la sélectivité de l'action du médicament, car nous pouvons directement injecter de l'ADN là où nous en avons besoin, plutôt que de traverser tout le corps.
L'une de vos découvertes les plus célèbres est la création de cristaux à partir d'ADN. Avez-vous trouvé une application industrielle pour de telles structures ou s'agit-il d'une découverte fondamentale?
- Les cristaux d'ADN sont l'une des choses les plus intéressantes que nous ayons pu créer. Si le «prix Nobel» des nanotechnologies existait, alors la méthodologie de leur production, à mon avis, en serait la plus digne.
Nous nous sommes intéressés à ces cristaux en 1996 pour des raisons éloignées de la médecine et de la biologie. Nous avons testé un concept nouveau à l'époque, affirmant que les nanoparticules peuvent être considérées comme une sorte d'atomes artificiels, et l'ADN dans ce cas agissait comme une sorte de particules "subatomiques" programmables, sur la base desquelles des nanoparticules, des "atomes", dont les propriétés chimiques étaient déterminées seraient des molécules d'ADN à leur surface.
La flexibilité des propriétés de ces nanoparticules nous a permis de concevoir littéralement des cristaux avec une structure donnée, en les assemblant atomique atomique avec une précision subnanométrique, y compris en créant de tels réseaux cristallins, dont les analogues n'existent pas dans la nature. Au fil des ans, nous avons créé 500 versions différentes de ces grilles, dont six sont complètement artificielles. Cela ouvre la voie à un contrôle total des propriétés des matériaux et à une variété infinie de matériaux cristallins artificiels.
Du point de vue de leur application pratique, nous n'allons encore que dans cette direction. Les premiers catalyseurs et dispositifs optiques basés sur ces cristaux, à mon avis, apparaîtront dans environ 10 ans. Il est important que et comme dans le cas de l'électronique moderne, dont la création était impossible sans la capacité de fabriquer des monocristaux de silicium, la création de cristaux d'ADN ouvre la voie à une nouvelle classe de technologies.
Lorsque vous avez parlé de créer des nanosphères à partir de molécules d'ADN, vous avez dit qu'elles peuvent être utilisées à diverses fins, notamment pour lisser les rides. Les entreprises cosmétiques étaient-elles intéressées par ce développement?
- Oui, de nombreuses entreprises se sont déjà montrées intéressées par cette application de molécules d'ADN sphériques. Du point de vue de la cosmétologie, le potentiel des nanoparticules est presque illimité - avec leur aide, nous pouvons rendre la peau plus élastique, éliminer les taches brunes, nettoyer les cellules des molécules de pigment et empêcher la peau de les produire, et également résoudre beaucoup d'autres problèmes.
Mais il y a un gros problème ici - il n'est pas clair comment la sécurité de ces produits sera évaluée et réglementée par les autorités compétentes, car ils peuvent résoudre simultanément des problèmes pharmaceutiques et cosmétiques. Qui sera responsable de leur vérification et comment cela sera fait - n'est pas encore clair.
De plus, du point de vue du développement commercial et simplement d'un point de vue humain commun, le développement de cosmétiques à base de nanoparticules d'ADN est une tâche secondaire par rapport à la création de vaccins contre le cancer et les maladies génétiques, dont des centaines de milliers et des millions de personnes s'attendent à se débarrasser.
Ces dernières années, les scientifiques ont écrit des centaines, voire des milliers d'articles consacrés aux prochains «matériaux du futur» - par exemple, les plasmons ou l'origami à ADN. Au fil du temps, l'excitation s'est calmée, mais nous n'avons pas encore vu de résultats visibles. Pourquoi ça arrive?
- En fait, je ne dirais pas que toutes ces technologies se sont évaporées ou ont disparu - les recherches se poursuivent, du moins en plasmonique, des publications apparaissent de temps en temps sur l'origami, bien qu'il ne semble y avoir aucune perspective technologique ici. A court terme, ces deux matériaux semblent ne faire l'objet que de recherches fondamentales.
Il convient de rappeler ici l'histoire de l'invention du laser. Lorsque les physiciens ont créé les premiers lasers, quelqu'un a dit que «c'est une découverte intéressante qui attend toujours une application pratique». Aujourd'hui, les lasers peuvent être trouvés partout - les lasers sont dans tous les supermarchés, ils sont utilisés pour coudre et couper les tissus pendant les opérations, et sont dans tous les systèmes informatiques et de communication.
En d'autres termes, souvent après une découverte fondamentale, pas même des semaines ou des mois, mais des décennies passent avant qu'elle ne trouve son application pratique et commerciale.
