Nanotehnologia va schimba lumea, dar dacă este în bine depinde de deciziile luate acum
Tehnologiile bazate pe materiale la scară nanometrică (de exemplu, particule care sunt de peste 10.000 de ori mai mici decât punctul de la sfârșitul acestei propoziții) au un rol tot mai important în lumea noastră.
Nanofibrele de carbon întăresc cadrele de avioane și de biciclete, nanoparticulele de argint fac țesăturile rezistente la bacterii, iar nanoparticulele hidratante, numite nanolipozomi, sunt folosite în cosmetică.
Nanotehnologia revoluționează și medicină și împinge granițele performanței umane. Dacă ați primit un vaccin COVID-19 în Statele Unite, trebuie să ştiţi că acesta conținea nanoparticule.
În viitor, nanotehnologia ar putea permite medicilor să trateze mai bine bolile și unele tulburări ale creierului precum cancerul și demența, deoarece nanoparticulele trec ușor prin bariera hematoencefalică.
Nanoparticulele din picăturile pentru ochi pot corecta temporar vederea, iar nanoparticulele implantate strategic în ochi, urechi sau creier pot permite vederea pe timp de noapte sau auzul la fel de bun ca cel al unui câine. Nanoparticulele ar putea chiar să permită oamenilor să-și controleze casele și mașinile inteligente cu gândul.
Asta nu este science-fiction. Toate acestea sunt domenii active de cercetare.
Din păcate normele pentru evaluarea siguranței și eticii nanoparticulelor nu au ținut pasul cu cercetarea. Ca chimist care lucrează în bioștiințe, sunt îngrijorat de această supraveghere limitată. Fără normative actualizate, este greu de spus dacă nanotehnologia va face lumea un loc mai bun.
Nanoparticule. Credit: Stephanie King, Pacific Northwest National Laboratory
Nano – ce și de ce?
Orice particulă sau material între 1 și 100 de nanometri într-o singură dimensiune poate fi clasificat drept „nano”. Punctul de la sfârșitul acestei propoziții este de 1.000.000 de nanometri, iar un fir de păr uman are aproximativ 100.000 nm în diametru. Ambele sunt mult prea mari pentru a fi considerate „nano”.
Un singur coronavirus are un diametru de aproximativ 100 de nanometri, iar particulele de funingine de la incendiile forestiere pot avea un diametru de până la 10 nanometri. Acestea sunt două exemple de nanoparticule care apar în mod natural.
Un videoclip ce arată cât de mici sunt nanoparticulele, în comparație cu alte obiecte.
Nanoparticulele pot fi produse și într-un laborator. Vectorii de adenovirus, lipoparticulele și ARNm-urile utilizate în vaccinurile COVID-19 sunt nanoparticule modificate. Oxidul de zinc și dioxidul de titan utilizate în cremele de protecție solară minerale sunt, de asemenea, nanoparticule proiectate, la fel ca nanofibrele de carbon din cadrele avioanelor și bicicletelor.
Nanoparticulele sunt utile deoarece au proprietăți diferite față de materialele mai mari, chiar și atunci când au aceeași compoziție chimică. De exemplu, particulele mari de oxid de zinc nu pot fi dizolvate în apă și sunt folosite ca pigment în vopseaua albă.
Oxidul de zinc la scară nanometrică este folosit în cremele solare, unde arată aproape transparent, dar reflectă lumina soarelui departe de piele pentru a preveni arsurile solare.
Oxidul de zinc la scară nanometrică prezintă, de asemenea, proprietăți antifungice și antibacteriene care ar putea fi utile pentru realizarea suprafețelor antimicrobiene, dar motivul proprietăților sale antimicrobiene nu este complet înțeles.
Și aici constă problema. În timp ce mulți oameni de știință sunt interesați să exploateze proprietățile pozitive ale nanomaterialelor, colegii mei și cu mine suntem îngrijorați de faptul că oamenii de știință încă nu știu suficient de mult despre acţiunea lor în timp.
Siguranța nanotehnologiei
Nanoparticulele sunt atractive pentru cercetătorii din biomedicină, deoarece pot trece prin membranele celulare. Proprietățile antimicrobiene ale oxidului de zinc la scară nanometrică sunt probabil legate de capacitatea lor de a traversa membranele celulare bacteriene. Dar aceste nanoparticule pot traversa și membranele celulare umane.
În Statele Unite, oxidul de zinc este „în general recunoscut ca sigur și eficient” de către Food and Drug Administration pentru produse precum crema de protecție solară, deoarece este puțin probabil ca în crema de protecție solară să fie toxic pentru oameni.
Cu toate acestea, deși oamenii de știință înțeleg destul de bine efectele asupra sănătății ale particulelor mari de oxid de zinc, ei nu înțeleg pe deplin efectele asupra sănătății ale oxidului de zinc la scară nanometrică. Studiile de laborator care utilizează celule umane au furnizat rezultate contradictorii, variind de la inflamație până la moartea celulelor.
Chiar dacă am mare încredere în cremele de protecție solară mă îngrijorează efectele asupra mediului ale particulelor despre care se știe că traversează membranele celulare.
Sute de tone de nano-oxid de zinc sunt produse în fiecare an și nu se degradează ușor. Dacă nu îi înțelegem mai bine modul cum actionează şi cum se transformă nu există nicio modalitate de a prezice dacă va deveni în cele din urmă o problemă, deși tot mai multe dovezi sugerează că nano-oxidul de zinc din cremele solare dăunează recifelor de corali.
Etica nanotehnologiei
Capacitatea nanoparticulelor de a traversa membranele celulare le face eficiente în terapii precum vaccinurile. Nanoparticulele sunt promițătoare pentru regenerarea mușchilor scheletici și ar putea într-o zi să permită tratarea distrofiei musculare sau atrofia naturală care vine odată cu vârsta.
Vaccinurile COVID-19 reprezintă o avertizare – vaccinurile COVID-19 activate cu nanoparticule au fost adoptate rapid de Statele Unite și Europa, dar țările cu venituri mai mici au avut mult mai puțin acces la acestea din cauza protecției brevetului asupra vaccinului și a lipsei infrastructurii de producție și stocare.
Nanoparticulele pot permite, de asemenea, îmbunătățiri ale performanței umane, variind de la o vedere mai bună până la soldați proiectați pentru a fi mai eficienți în luptă.
Fără un cadru etic pentru utilizarea lor, nanotehnologiile de îmbunătățire a performanței, care sunt accesibile doar în anumite locuri, ar putea adânci decalajele de bogăție între țările cu venituri ridicate și cele cu venituri mici.
Supraveghere emergentă
Astăzi, diferite țări tratează nanoparticulele în mod diferit. De exemplu, Comitetul științific pentru siguranța consumatorilor al Uniunii Europene a interzis utilizarea oxidului de zinc la scară nanometrică în cremele solare cu aerosoli în întreaga UE, invocând potențialul acestora de a pătrunde în celulele pulmonare și, de acolo, de a se muta în alte părți ale corpului. Statele Unite nu au luat măsuri similare.
Uniunea Europeană a înființat un laborator de nanobiotehnologie pentru a studia efectele asupra sănătății și asupra mediului ale nanoparticulelor.
În Laboratorul de nanobiotehnologie al UE cercetătorii lucrează pentru a înțelege mai bine nanoparticulele și efectele acestora asupra sistemelor biologice mai mari.
În Statele Unite, Naţional Nanotechnology Iniţiative, un efort coordonat de cercetare și dezvoltare, sponsorizat de guvern, lucrează pentru a aduce experți juridici și de etică împreună cu oamenii de știință. Ei vor analiza beneficiile și riscurile nanotehnologiilor și vor transmite aceste informații altor oameni de știință și publicului.
Depășirea disparității în distribuția vaccinului activat cu nanoparticule este o altă problemă. Programul COVAX al Organizației Mondiale a Sănătății a urmărit să asigure accesul echitabil la terapiile legate de COVID. Ar trebui luate în considerare măsuri similare pentru toate medicamentele bazate pe nanotehnologie, astfel încât toată lumea să poată beneficia de ele.
Biologia sintetică este un domeniu cu o creștere la fel de rapidă. În ultimii 20 de ani, Fundația nonprofit iGEM a organizat o competiție anuală pentru studenți la nivel mondial, pe care o folosește ca platformă pentru a-i învăța pe tinerii oameni de știință să se gândească la implicațiile mai largi ale muncii lor.
Fundația iGEM solicită participanților să ia în considerare siguranța, securitatea și dacă proiectul lor este „bun pentru lume”. Comunitatea de cercetare în nanotehnologie ar beneficia foarte mult de adoptarea unui model similar.
Nanotehnologiile care schimbă lumea în bine necesită coordonarea științei și eticii pentru a modela modul în care sunt utilizate și controlate mult timp după ce le creăm.
Traducere după Nanoparticles will change the world, but whether it’s for the better depends on decisions made now