Алексей Алексенко /

Важные мысли в маленькой голове

В этой заметке читатель познакомится с нанороботами и Максимом Никитиным из Физтеха, который их придумывает. «Сноб» номинирует его на премию «Сделано в России» в категории «Наука и технологии». В конце лета 2017 года читатели «Сноба» смогут принять участие в голосовании и выбрать победителей премии

Фото: Flickr
Фото: Flickr
+T -
Поделиться:

Представления публики о прогрессе стремительно меняются. Возьмем, к примеру, роботов. Полвека назад, во времена «Суммы Технологии» Станислава Лема, считалось, что главное занятие робота — ходить вразвалку, мигая лампочками-индикаторами, и делать что-то полезное людям. Сегодня то, что называют роботами, часто вообще никуда не ходит, а только подбирает вам подходящую, по его мнению, рекламу. Кажется, человечество незаметно для себя пришло к пониманию: соображать куда труднее, чем что-то делать, но и гораздо важнее.

К нанороботам это относится в полной мере. Классический наноробот – например, из научно-фантастического рассказа о медицине будущего — забирается к вам в организм и выполняет там программу по исцелению вас от всех недугов. «Нано» он потому, что очень маленький, а робот — потому, что делает полезное человеку дело. Но в таком смысле нанороботом можно назвать и молекулу ацетилсалициловой кислоты. Роботом в полном смысле слова эту штуку можно будет считать в том случае, если эта крохотная фитюлька начнет действовать в вашем организме на свой страх и риск, принимая решения в зависимости от того, что она там увидит. То есть надо научить ее не просто что-то делать, а еще и самостоятельно соображать. Нелегко заставить думать существо, у которого «голова» состоит всего из нескольких слоев молекул. Но именно этим занимается Максим Никитин из лаборатории нанобиотехнологий, что в Физтехе, в подмосковном Долгопрудном, как войдете в ворота — направо. О его успехах на этом поприще сообщает статья, опубликованная в весьма престижном Nature Nanotechnology.

До обучения у Максима этот самый робот — то есть наночастица — выглядит так: это просто молекулярный шарик, внутри у которого лекарство (например, вещество, убивающее раковую клетку или исправляющее генетический дефект у лимфоцита). Снаружи у этого шарика — молекулы антител, которые узнают ту клетку, которую надо убить или вылечить. Когда клетка-мишень найдена, задача выполнена: остается только выгрузить полезный груз. Вопрос: как заставить думать такую малютку, у которой в голове все атомы сочтены?

Собственно, кое-какое решение она точно может принять: если молекула антител связалась с рецептором клетки, пора разгружаться; если нет — ищи дальше. Это своего рода одна логическая ячейка с двумя состояниями, ноль и единица — буквально как в компьютере. Как сделать этот компьютер умнее? Очевидно, надо добавить побольше логических ячеек. Дадим слово Максиму:

«Мне пришла в голову идея, как заставить наночастицу анализировать сразу много информации: не один маркер на поверхности клетки, а несколько разных факторов. Анализировать их можно согласно правилам Булевой алгебры, как это делает компьютер. Процессор выполняет логические действия с нулями и единицами с помощью электричества, а мы оперируем концентрациями молекул».

Чтобы это сделать, надо окружить нашу наночастицу несколькими молекулярными слоями особой структуры. Под действием входных факторов они будут различным образом трансформироваться, выполняя логические процедуры: «и», «или», «не», «следует». Путь от периферии к серединке аналогичен выполнению алгоритма: когда вычисление закончено, наступает пора разгружать лекарство. «Это можно назвать нанороботом, а можно биокомпьютером, смотря какая терминология вам больше нравится», — поясняет Максим.

Ну не компьютер, конечно. На сегодняшний день опубликованы результаты работы по созданию умной наночастицы, анализирующей три фактора: маркер на поверхности клетки и два растворимых вещества. К примеру: атакуем клетку, если вокруг много глюкозы и мало инсулина. Для медицины это довольно мощный результат, но, если уж пользоваться электронными аналогиями, это скорее транзистор, чем компьютер. Максим подтверждает:

«Мы сейчас на уровне транзистора. Мы уже научились спаивать эти транзисторы между собой, но до айфона еще далеко».

Между прочим, если вы не знали, в электронике путь от транзистора до айфона занял всего шесть десятилетий. Нанороботы Никитина могут пройти этот путь гораздо быстрее. Дело в том, что придуманный в Физтехе логический функционал универсален. Им можно снабдить любую из наночастиц, уже используемых в медицине. Кроме того, ничто не мешает (и это, по слухам, уже вовсю делается, но тссс...) увеличить глубину алгоритма до четырех, шести, да хоть бы и трехсот логических шагов. Триста — глубина, на которую пока не могут думать даже живые человеческие врачи, так что биороботу это тоже ни к чему. А вот пара десятков мыслительных операций — вполне полезная вещь. Возьмем, к примеру, проблему со свертываемостью крови, чреватую инсультом. Молекулярный каскад свертываемости — это как раз около 30 разных веществ. Это при том, что регулировать состав крови в реальном времени пока никто не умеет иначе, кроме как закачивая туда что-то шприцом. А система Максима Никитина и его коллег заточена под эту задачу идеально.

Весь этот разговор мы ведем здесь к тому, чтобы объяснить, почему Максим Никитин и его нанороботы для медицины номинированы на премию «Сделано в России». Кстати, сделаны ли они действительно в России? Еще как. Максим Никитин не из тех, кто мечется между заокеанской лабораторией и своей alma mater, ставя пару опытов то там, то здесь. Вся работа сделана в Москве и Долгопрудном: в Физтехе, в Институте биоорганической химии РАН и в Институте общей физики РАН. В последнем, кстати, работает отец Максима, физик Петр Никитин, ставший соавтором нанороботов: именно он разработал способ уследить за этими пронырами в живом организме.

Если кто-то из уважаемых читателей желает нанороботам набраться побольше ума, а Максиму Никитину — прославиться в качестве их создателя, им следует просто голосовать за этого номинанта. И тогда все получится.

Комментировать Всего 7 комментариев

Все это выглядит, конечно, красиво, но возникает один интересный вопрос - этот наноробот доставляет одну молекулу лекарства к одной клетке, при этом сам состоит из множества молекулярных слоев - куда в конечном итоге деваются "героические останки" наноробота, выполнивщего боевую задачу? Боюсь, эта проблема посложнее, чем полиэтиленовый пакет в океане.

Ровно туда же, куда девается (куда более толстая) полимерная оболочка лекарственной капсулы: метаболизируется организмом. Ну и там не одна молекула, конечно. Хотя и меньше молекул (и действующего вещества, и носителей), чем в традиционных медикаментах – на то и нужна таргетная доставка.

Полимерная оболочка лекарственной капсулы переваривается в пищеварительном тракте, и, если не переварится, тоже не большая проблема. А наноробот должен метаболизироваться на клеточном уровне, где природа таких механизмов не предусмотрела. Тем более, наверняка будет наблюдаться противоречие между требуемым функционалом наноробота и возможностями организма. Если я правильно понимаю, то в качестве транспортного контейнера используются фуллерены (по крайней мере такую версию доводилось слышать). Вот сложно мне представить, что организм сможет переварить или вывести этот фуллерен.

Ну, при такой глубокой обеспокоенности вам просто придется прочесть саму статью. Она там по ссылке ;-)

"Ну это вряд ли" - не моя тема.

Anton Litvin

Ха-ха! (Простите, Алексей, это не по теме материала.) Мой вчерашний тест-пост и то имел большее обсуждение. Каков же, итересно, сейчас критерий отбора "самых активных дискуссий"? Или пока на ручном приводе?

Да, естественно. Мы же объявили, что идет отладка; из-за этого возникают странные выносы на главную. Скоро все заработает лучше, чем когда бы то ни было.

Эту реплику поддерживают: Андрей Занин

 

Новости наших партнеров