Ahli kimia Amerika Chad Mirkin, yang menerima penghargaan RUSNANOPRIZE tahun ini, mengatakan kepada RIA Novosti bagaimana nanopartikelnya akan membuka era pengobatan genetik, menghaluskan kerutan di wajah wanita dan menyembuhkan kita dari kanker, dan juga membagikan pemikirannya tentang bagaimana ketika mesin nano bisa menghancurkan dunia.
Chad Mirkin adalah salah satu ahli kimia Amerika terkemuka yang terlibat dalam pengembangan partikel nano yang dirakit dari molekul DNA bola dan kombinasi DNA atau RNA dengan logam dan materi anorganik lainnya. Selain nanoteknologi "organik", Mirkin secara aktif mengerjakan pengembangan teknologi untuk struktur nano "pencetakan", yang dapat digunakan untuk memproduksi perangkat elektronik dan optik.
Mirkin dianggap sebagai salah satu pesaing utama untuk Hadiah Nobel Kimia 2013, dan sebelumnya juga dinominasikan untuk Penghargaan RUSNANOPRIZE, yang telah diberikan oleh Rusnano sejak 2009 untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi atau penemuan di bidang nanoteknologi yang telah diperkenalkan ke dalam produksi massal.
Chad, ahli genetika sering menghadapi penolakan sosial akut ketika mengembangkan GMO atau terapi gen, tetapi nanoteknologi secara umum dan nanopartikel berdasarkan molekul DNA bola yang telah Anda kembangkan tidak memiliki masalah ini. Mengapa ini terjadi?
- Dalam hal ini, menurut saya, ada perbedaan mendasar antara pembuatan nanopartikel dan pengembangan produk hasil rekayasa genetika. Studi tentang properti dan penciptaan nanopartikel, pertama-tama, termasuk dalam sejumlah studi kimia, mereka dapat disebut hasil pencarian properti baru dan berguna dalam beberapa struktur yang tidak ada di alam atau hasil miniaturisasi, menggunakan berbagai metode untuk pembuatannya.
Misalnya, semua material mengubah propertinya saat dibuat miniatur. Emas, khususnya, kehilangan warna keemasannya dan berubah menjadi merah pada skala nano. Inilah mengapa nanoteknologi sangat menarik bagi kami. Semua perbedaan yang muncul selama transisi ke skala nano ini dapat digunakan untuk mengembangkan teknologi baru yang sebelumnya tidak terlihat.
Di sisi lain, pengeditan DNA telah diterapkan secara global, menggunakan proses biokimia tertentu, yang konsekuensinya didefinisikan dengan sangat jelas dan yang selamanya mengubah cara kerja organisme hidup. Hal ini menciptakan dilema etika dan menarik perhatian para pembuat peraturan dan orang-orang yang peduli tentang konsekuensi jangka panjang dari pengalaman tersebut.
Tentu saja, ada orang yang takut dengan perkembangan lebih lanjut dari nanoteknologi, tetapi karena alasan di atas, sangat sulit (dan tidak jujur bagi kami) untuk membawa semua partikel nano ke ukuran yang sama dan membuat "kesimpulan" yang tidak ambigu bahwa semua teknologi nano jelas buruk menurut definisi. Jika Anda memikirkannya, konsep "nanoteknologi" dapat mencakup hampir semua yang telah diciptakan sains dalam beberapa tahun terakhir. Selain itu, jika Anda hanya melihat kimia "biasa", maka ia bekerja dengan molekul yang dimensinya lebih kecil dari struktur yang kita sebut bahan nano.
Video promosi:
Misalnya, apa yang telah kita buat, secara tegas, bukanlah partikel nano, tetapi, seperti yang saya suka menyebutnya, "asam nukleat bola", jenis struktur nano baru yang kami buat dengan meletakkan molekul DNA dan RNA pendek ke dalam templat dengan bentuk dan desain tertentu … Mereka tidak memiliki padanan alami, tetapi pada saat yang sama mereka berinteraksi dengan materi hidup dan sel dengan cara yang sangat tidak biasa, dan yang terpenting, berguna. Mereka dapat dikatakan sebagai fusi kejayaan kimia, biologi dan nanoteknologi.
Nanopartikel semacam itu dapat digunakan untuk memecahkan sejumlah masalah - partikel tersebut dapat digunakan untuk mengirim obat ke sel, menyembuhkan kanker dan memperbaiki selnya, mendiagnosis penyakit, dan hal-hal lain. Tentu saja, Anda dapat menyesuaikannya untuk bahaya, tetapi bukan itu yang kami lakukan di Universitas Northwestern.
Anda telah dinobatkan sebagai salah satu kandidat Hadiah Nobel di masa lalu, dan tahun ini dianugerahi salah satu penemuan kunci di bidang nanoteknologi. Tidakkah Anda berpikir bahwa Anda telah dilupakan?
- Faktanya, tahun ini hadiah diberikan untuk penemuan yang tidak ada hubungannya dengan penelitian kami - ini diterima, antara lain, oleh salah satu rekan universitas saya, Fraser Stoddart. Feringa, Savage, dan Stoddart bekerja untuk membuat mesin molekuler - miniatur analog yang sangat kasar dari rotor dan sakelar mekanis, yang mampu melakukan tugas yang sama seperti mesin konvensional, tetapi pada skala nano.
Kita dapat mengatakan bahwa "Hadiah Nobel" diberikan kepada nanoteknologi, tetapi Anda perlu memahami bahwa bidang sains ini sangat luas dan mencakup berbagai masalah yang sangat luas, mulai dari perlindungan lingkungan, pengobatan, dan diakhiri dengan energi dan elektronik. Dalam hal ini, teknologi nano ini sangat jauh dari apa yang kami lakukan.
Jika kita berbicara tentang Hadiah Nobel, maka saya tidak bisa mengatakan apa-apa - bukan hak prerogatif saya untuk memutuskan siapa yang akan menerimanya, biarkan para ahli dari Komite Nobel yang melakukannya.
Salah satu pemenang penghargaan tahun ini, Ben Feringa, percaya bahwa mesin nano tidak mungkin mengancam umat manusia. Apa pendapat Anda tentang masalah ini yang pertama kali dipikirkan orang ketika memikirkan tentang bahaya nanoteknologi?
- Sekali lagi, jika Anda memperhatikan apa yang mereka berikan pada Hadiah Nobel tahun ini, Anda dapat melihat bahwa penghargaan itu diberikan untuk penemuan yang sangat mendasar. Saya rasa kita sekarang berada pada tahap paling awal dari evolusi kimiawi nanoteknologi, yang sangat jauh dari kemampuan mesin yang dijelaskan dalam skenario terkenal "grey goo".
Sebenarnya, gagasan bahwa mesin bisa lepas kendali dan memberontak adalah fiksi ilmiah murni yang tidak ada hubungannya dengan sains. Saya pikir itu akan tetap dalam kerangka fiksi untuk waktu yang lama. Apa yang kita kerjakan dan hari ini sama sekali tidak sama dengan apa yang dibutuhkan untuk skenario "hari kiamat" seperti itu.
Mesin yang diciptakan Feringa dan rekan-rekannya sangat skematis dan sama sekali tidak menyerupai "terminator-nano" yang membuat kita takut pada penulis fiksi ilmiah. Kita masih memiliki setidaknya beberapa dekade, jika tidak berabad-abad, sebelum skenario seperti itu menjadi bahan diskusi yang serius.
Di bidang nanoteknologi manakah yang Anda harapkan terobosan paling signifikan dalam waktu dekat?
- Asam nukleat nanosfer kami akan dan telah digunakan untuk berbagai tujuan dan di berbagai cabang ilmu pengetahuan, kedokteran, dan industri. Mereka sudah digunakan untuk diagnosa dalam pengobatan - misalnya, kami telah membuat nanopartikel dengan inti emas ditutupi dengan "mantel bulu" DNA, yang digunakan sebagai tag untuk pencarian yang sangat tepat untuk segmen tertentu dari DNA, protein dan biomolekul lain yang terkait dengan penyakit dan berbagai bio - "target".
Partikel tersebut dapat digunakan untuk analisis cepat air liur, darah atau sampel urin dan mencari berbagai virus, bakteri, atau bahkan penyakit yang ditentukan secara genetik di dalamnya. Semua ini, saya tekankan, sudah digunakan dalam praktik.
Di masa depan, masih banyak lagi yang akan datang - kami sedang membuat nanopartikel DNA berongga yang berisi obat-obatan atau zat lain yang dapat menembus sel, yang tidak dapat dilakukan oleh molekul DNA dan RNA biasa. Nanopartikel semacam itu, misalnya, dapat ditambahkan ke krim kulit dan digunakan untuk mengobati lebih dari 200 penyakit kulit yang terkait dengan kerusakan DNA. Demikian juga, kita bisa melawan kolitis, penyakit mata, kandung kemih atau paru-paru. Era pengobatan genetik akan datang.
Perlu dipahami di sini bahwa tiga hal diperlukan agar berhasil di bidang ini. Pertama, Anda harus mampu membuat molekul RNA dan DNA, dan kami telah melakukan tugas ini dengan baik selama 30 tahun. Kedua, Anda perlu memahami mengapa mutasi pada gen tertentu menyebabkan penyakit. Masalah ini terpecahkan pada awal tahun 2000-an, ketika penguraian kode genom manusia selesai.
Namun, hal ketiga yang hilang sampai saat ini - kemampuan untuk memasukkan DNA dan RNA ke dalam jaringan dan organ yang seharusnya mereka tuju. Dan ternyata nanopartikel adalah cara paling nyaman dan andal untuk mengatasi masalah ini. Asam nukleat bola kami mampu menembus sel semudah yang tidak bisa dilakukan retrovirus lainnya.
Sekarang kami memiliki kesempatan untuk menunjukkan DNA pada organ yang menarik bagi kami, dan tidak hanya di hati, seperti sebelumnya, dan ini membuka bagi kami prospek terapi gen yang sebelumnya tidak terpikirkan. Kita bahkan tidak memerlukan selektivitas obat tersebut, karena kita bisa langsung menyuntikkan DNA di tempat yang kita butuhkan, dan tidak melewati seluruh tubuh.
Salah satu penemuan Anda yang paling terkenal adalah penciptaan kristal dari DNA. Pernahkah Anda menemukan aplikasi industri untuk struktur seperti itu, atau apakah ini penemuan mendasar sejauh ini?
- Kristal dari DNA adalah salah satu hal paling menarik yang dapat kami buat. Jika ada "Hadiah Nobel" untuk nanoteknologi, maka metodologi untuk produksinya, menurut saya, paling layak untuk itu.
Kami menjadi tertarik pada kristal ini pada tahun 1996 karena alasan yang jauh dari kedokteran dan biologi. Kami menguji sebuah konsep yang baru pada waktu itu, menyatakan bahwa partikel nano dapat dianggap sebagai sejenis atom buatan, dan DNA dalam hal ini bertindak sebagai sejenis partikel "subatomik" yang dapat diprogram, berdasarkan nanopartikel, "atom", yang sifat kimianya ditentukan akan menjadi molekul DNA di permukaannya.
Fleksibilitas sifat-sifat nanopartikel semacam itu memungkinkan kita untuk mendesain kristal secara harfiah dengan struktur tertentu, merakitnya menjadi atom atom dengan presisi subnanometer, termasuk membuat kisi kristal semacam itu, yang analognya tidak ada di alam. Selama bertahun-tahun, kami telah membuat 500 versi berbeda dari kisi-kisi ini, enam di antaranya benar-benar buatan. Ini membuka jalan bagi kontrol total atas properti material dan variasi material kristal buatan yang tak ada habisnya.
Dari sudut pandang penerapan praktisnya, kami masih hanya bergerak ke arah ini. Katalis dan perangkat optik pertama yang didasarkan pada kristal ini, menurut saya, akan muncul sekitar 10 tahun mendatang. Penting bahwa dan seperti dalam kasus elektronik modern, yang pembuatannya tidak mungkin dilakukan tanpa kemampuan untuk memproduksi silikon monokristal, pembuatan kristal DNA membuka jalan bagi kelas teknologi baru.
Ketika Anda berbicara tentang membuat nanosfer dari molekul DNA, Anda mengatakan bahwa mereka dapat digunakan untuk berbagai tujuan, termasuk untuk menghaluskan kerutan. Apakah perusahaan kosmetik tertarik dengan perkembangan ini?
- Ya, banyak perusahaan telah menunjukkan minat pada penerapan molekul DNA bola ini. Dari sudut pandang tata rias, potensi partikel nano hampir tidak terbatas - dengan bantuannya kami dapat membuat kulit lebih elastis, menghilangkan bintik-bintik hitam, membersihkan sel-sel molekul pigmen dan membuat kulit berhenti memproduksinya, dan juga menyelesaikan banyak masalah lainnya.
Tetapi ada masalah besar di sini - tidak jelas bagaimana keamanan produk semacam itu akan dinilai dan diatur oleh otoritas yang kompeten, karena keduanya dapat secara bersamaan menyelesaikan masalah farmasi dan kosmetik. Siapa yang akan bertanggung jawab atas verifikasi mereka, dan bagaimana hal itu akan dilakukan - masih belum jelas.
Selain itu, dari sudut pandang perkembangan bisnis dan hanya dari sudut pandang manusia biasa, pengembangan kosmetik berdasarkan nanopartikel dari DNA adalah tugas sekunder dibandingkan dengan pembuatan vaksin untuk melawan kanker dan penyakit genetik, yang diharapkan dapat disingkirkan oleh ratusan ribu dan jutaan orang.
Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah menulis ratusan, mungkin ribuan artikel yang ditujukan untuk "bahan masa depan" berikutnya - misalnya, plasmon atau origami DNA. Seiring waktu, kegembiraan mereda, tetapi kami belum melihat hasil yang terlihat. Mengapa ini terjadi?
- Sebenarnya, saya tidak akan mengatakan bahwa semua teknologi ini telah menguap atau hilang - penelitian terus berlanjut, setidaknya dalam plasmonik, publikasi muncul dari waktu ke waktu tentang origami, meskipun tampaknya tidak ada prospek teknologi di sini. Dalam jangka pendek, kedua materi ini seakan hanya menjadi bahan penelitian dasar.
Perlu diingat sejarah penemuan laser di sini. Ketika fisikawan menciptakan laser pertama, seseorang berkata bahwa "ini adalah penemuan menarik yang masih menunggu penerapan praktis." Saat ini, laser dapat ditemukan di mana saja - laser ada di setiap supermarket, digunakan untuk menjahit dan memotong jaringan selama pengoperasian, dan ada di setiap komputer dan sistem komunikasi.
Dengan kata lain, seringkali setelah penemuan mendasar, bahkan tidak berminggu-minggu atau berbulan-bulan, tetapi puluhan tahun berlalu sebelum ia menemukan penerapan praktis dan komersialnya.
