Autonomní nanoroboti se mohou stát budoucností cílené nádorové terapie

Dostanou se na místa, kam nemůže žádná jiná technika, jsou totiž malí jako viry. Zvládnou operaci oka, vyčistit vodu a vědci je připravují na léčbu rakoviny. Vývoji nanobotů se badatelé věnují už dvě desetiletí a zdá se, že například v biomedicíně o nich budeme slýchat čím dál častěji. Vývoji nanorobotů pro navigovanou kombinovanou nádorovou terapii se od roku 2021 věnuje Centrum pro pokročilé funkční nanoroboty, které vede Martin Pumera z VŠCHT Praha

Kdybyste měli možnost si v mozku nastavit své schopnosti, co byste si vybrali? Zlepšili si paměť? Soustředění? Rovnováhu a držení těla? Zbavili se poruch řeči? V aplikaci byste si jednoduše navolili potřebný počet nanobotů, do výbavy jim vložili léčivo a pomocí umělé inteligence je poslali do svého mozku. Už byste nikdy neměli problém zapamatovat si například vyjmenovaná slova.

A třeba jednou budou v obchodech prodávat také „matematiku ve spreji“. Jednoduše byste si do úst stříkli tisíce nanobotů a ti by už zařídili zbytek. Možná vám to zní jako sci-fi, ale doba, kdy nanoboti proniknou do našich životů, se blíží.

Sice jsou tak malí, že je okem nespatříme, jejich možnosti jsou ale nepředstavitelné. Velké naděje se dnes do nich vkládají třeba v medicíně. Pomoci by mohli při operacích, léčbě rakoviny, v těle by mohli čistit zanesené cévy. Mohli by nahradit tradiční způsob podávání léků, sloužit jako jejich nosiče a dopravovat je na místa, kam se dnes lékaři dostávají složitými operacemi.

Třeba rakovinu by díky nim nemuseli léčit náročnou chemoterapií. Ale k tomu musí být dostatečně malí, rychlí, silní a spolehliví. Vědci po celém světě se proto snaží přijít na možné způsoby, jak nanoboty naučit pohybovat se v těle, slyšet, poslouchat – myslet.

Nanotaxi v lidském těle
V Česku si s nanoboty „hrají“ v Biotechnologickém a biomedicínském centru Akademie věd ČR a Univerzity Karlovy ve Vestci (BIOCEV). Vědci tam vyvíjejí miniaturního pomocníka, který by měl zvládnout bezpečně dojet s nákladem léčiv třeba k nádoru. Vyložit ho musí na přesně stanovém místě, kde zničí nádorové buňky, ale zároveň nepoškodí ty zdravé. Miniaturní roboti jsou velmi složité stroje a odborníci se snaží překonat všechny překážky, které je mohou během náročné cesty lidským tělem potkat.

Někteří fungují autonomně, tedy samostatně. Nanočástice se mohou v krevním řečišti, v tkáních a cévách pohybovat na základě koncentračního gradientu. „Můžete si ho představit jako hadici. Jeden její konec končí v silném roztoku chloridu sodného a druhý v sudu s vodou. Některé části rády směřují k roztoku chloridu sodného, jiné zase více přitahuje voda,“ vysvětluje Milan Jakubek z 1. lékařské fakulty UK, který pracuje v centru BIOCEV.

Miniaturní pomocník by měl zvládnout bezpečně dojet s nákladem léčiv třeba k nádoru – zničit nádorové buňky, ale nepoškodit ty zdravé.

Nanoboty je možné ovládat také pomocí teploty, laseru nebo magnetu – funguje to podobně jako hra, při které musíte magnetem dostat kuličku do jamky. Mohou reagovat i na podmínky, které v nádoru panují. V napadených tkáních je třeba vyšší pH než ve zdravých, které je donutí léčivo vyložit. Vědci plánují, že nanobota vyrobí z nanočástic kovů, které budou různě upravovat, třeba pomocí oxidu křemičitého. Dovnitř nebo na povrch chtějí zakomponovat léčiva na bázi fotosyntetizérů (v těle jsou zodpovědné například za barvu kůže) a antioxidantů.

„Po ozáření laserem dokážou fotosyntetizéry vyrobit reaktivní formy kyslíku, které jsou žíravé, podobnějako třeba peroxid. Když to řeknu velmi zjednodušeně, dokážou vypálit poškozené buňky,“ popisuje Milan Jakubek ve skutečnosti velmi složitý a komplikovaný proces.

Náhodné překážky
Vypořádat se čeští vědci musí s fyzikálními jevy, například s Brownovým pohybem. Ten náhodně pohybuje mikroskopickými částicemi v kapalném nebo plynném médiu a znemožňuje nanobotům „doplavat“ v krevním řečišti k cíli. Vyřešit musí také otázku, kolik nanobotů by zvládlo dopravit k nádoru dostatečné množství léčiv. Jsou tak malí, že jich pravděpodobně budou potřeba tisíce. Jenže jak tak mrňavý dav v těle sledovat, a nakonec i dostat ven? Odborníci experimentují s biologicky odbouratelnými materiály, které by se po splnění úkolu rozpadly a tělo by je vyloučilo.

V budoucnu by čeští výzkumníci chtěli do navigace nanobotů zapojit také umělou inteligenci. Mohla by být jejich mozkem, pomoci jim dosáhnout cíle. Z těla by pak bylo možné získat i různé informace, detekovat a predikovat problémy. Než se ale stanou reálnými pomocníky pro lékaře a pacienty a setkáte se s nimi v praxi, může uběhnout deset až dvacet let.

Vědci vyvíjejí nanoboty poslední dvě desetiletí: „Cílené doručování protinádorových léčiv a nanotechnologie jsou dvě výzkumné oblasti, které se paralelně rozvíjejí v rámci léčby rakoviny již dvě dekády,“ říká Martin Pumera, vedoucí Centra pro pokročilé funkční nanoroboty. Nejdále došli zatím s těmi, kteří umějí opravit oko – fungují v podstatě jako skalpel. Dnes už je odborníci k opravám citlivého orgánu, ve kterém nejsou možné žádné zásadní chirurgické zásahy, experimentálně používají. Ověřují, jestli jsou bezpeční, schopní pracovat přesně a šetrně. Než ale lékaři dostanou povolení brát si je běžně na operační sály, pár let to také potrvá.

Lékaři již nanoboty experimentálně používají, ověřují zejména jejich bezpečnost.

Hacknutý mozek
Budeme o nich slýchat čím dál častěji. Namístě je ale ostražitost. Nanoboti řízení pomocí umělé inteligence by nás jednou mohli propojit s počítačovou sítí po celém světě. Nejenže by uměli zlepšit naši paměť, ale v databázi bychom si třeba mohli navolit pocity a zážitky jiných lidí.

Chcete se cítit jako někdo, kdo zrovna vyhrál olympiádu? Zní to lákavě, ale na druhou stranu si určitě nepřejete, aby vám někdo hacknul mozek. Lidstvo by proto muselo vyřešit mnohé etické problémy a nastavit bezpečná pravidla robotiky. Na nich ostatně odborníci pracují již několik let.

Nanoboty musíme ještě mnohé naučit. Jisté je, že v budoucnu budou neviditelnými pomocníky v mnoha oblastech: od biologie, kde mohou přenášet třeba molekuly a proteiny, po fyziku, astronomii, archeologii nebo životní prostředí. Mohou pomoci konstruovat nové inteligentní materiály, nové typy akumulátorů, senzory či umělé orgány.

Už dnes umějí čistit vodu a povrchy a jednou třeba pomohou odvrátit ekologickou katastrofu. Medicína by se díky nim mohla zbavit složitých a bolestivých operací, nanoboti by nám prodlužovali život. A kdo ví, třeba jednou dokážou něco, co bychom dnes považovali za zázrak.

Text je převzatý z časopisu AΩ / Věda pro každého, který vydává Akademie věd ČR. Výtisky jsou zasílány zdarma všem zájemcům. Objednat je můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Zuzana Šprinclová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR (25.1.2023)