Nanocząstki. Czym są i do czego wykorzystują je polscy naukowcy?
Nanocząstki wykorzystuje się między innymi w diagnostyce nowotworów, w oczyszczaniu wód z pozostałości pestycydów czy jako dodatek do suplementów diety. Jak dokładnie działają, w jakich dziedzinach można je zastosować i dlaczego budzą tak wielkie zainteresowanie naukowców?
Jaka jest definicja nanocząstek? To cząsteczki, których przynajmniej jeden wymiar musi wynosić poniżej stu nanometrów. Warto w tym miejscu przypomnieć, że jeden nanometr jest miliardową częścią metra, czyli milionową częścią milimetra. Nanocząstki powstawały w naturalny sposób, między innymi podczas wybuchu wulkanów czy pożarów, jednak wytwarza je także człowiek. Często są produktem ubocznym zachodzących procesów, na przykład efektu spalania paliwa w silnikach Diesla, ale mogą być także celowo wytwarzane w laboratoriach. Do czego się je wykorzystuje?
Nanocząstki: skuteczne operacje
Skuteczne leczenie nowotworów jest jednym z głównych obszarów zainteresowania współczesnej medycyny. Nowatorskie rozwiązania i protokoły leczenia chorób onkologicznych pozwalają na szybkie niwelowanie tragicznych skutków ich rozwoju. Nic dziwnego, że zastosowanie nanocząstek w tej dziedzinie medycyny interesuje wiele zespołów naukowych.
Walka z nowotworami to przedmiot badań naukowców ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Dzięki współpracy z Instytutem Fizyki PAN badacze z warszawskiej uczelni stworzyli struktury fluorescencyjne, które można wykorzystać podczas zabiegu. Mogą one znacznie ułatwić lekarzom m.in. proces wycinania guzów naciekających. - To jest szczególnie ważne w przypadku nowotworu mózgu, ponieważ często wycina się go, ale nie w całości: zostawia się jego część, szczególnie w przypadkach, gdy bardzo nacieka w niezbędne do życia obszary mózgu - wyjaśnia dr hab. Michał Godlewski, profesor SGGW z Katedry Nauk Fizjologicznych Instytutu Medycyny Weterynaryjnej.
Diagnostyka chorób
Jednak operacje chirurgiczne to nie jedyna gałąź, w jakiej mogą być wykorzystane nanocząstki. Równie ważna co leczenie jest profilaktyka chorób nowotworowych. Aby działała, musimy posiadać skuteczne i nieinwazyjne narzędzia diagnostyczne. Obecnie jedną z najbezpieczniejszych technik jest rezonans magnetyczny. Aby go przeprowadzić potrzeba jednak kontrastu, a ten jest problematyczny w użyciu. Do badania używa się bowiem gadolinu, który może być toksyczny nie tylko dla nerek, ale także dla układu nerwowego człowieka.
Aby zminimalizować skutki uboczne rezonansu, naukowcy poszukują pierwiastków, które w jak najmniejszym stopniu będą oddziaływały na organizm ludzki. Naukowcy z zespołu profesora Godlewskiego prowadzili badania nad nanocząstkami tlenku cynku. Są one bowiem od dawna stosowane w przemyśle spożywczym oraz kosmetycznym. Przedmiotem zainteresowania naukowców były także nanocząstki dwutlenku cyrkonu. Wymienione pierwiastki nie są toksyczne, co potwierdzono długoterminowym badaniem na zwierzętach laboratoryjnych.
Nanocząstki jako nośnik leków
Wykorzystanie tak niewielkich cząstek w medycynie nie ogranicza się wyłącznie do diagnostyki oraz pomocy w przeprowadzaniu operacji. Można je także wykorzystać jako nośnik leków. Nie tylko poprawia to ich skuteczność, ale także redukuje działania uboczne.
Wykorzystanie nanocząstek pozwala zwiększyć wydajność transportu leków, tym samym powodując wzrost skuteczności leczenia. To także szansa na zmniejszenie toksycznych skutków leczenia onkologicznego. Jako nośniki leków wykorzystuje się między innymi nanocząstki żelaza i złota. Badania nad możliwościami nanocząstek prowadzi także zespół Zakładu Nanobiotechnologii na SGGW. Przedmiotem zainteresowania naukowców były m.in. nanocząstki wspomnianych już metali (srebro, złoto, platyna) oraz węgla (diament, grafit, grafen) i ich możliwy wpływ na zreorganizowanie procesów komórkowych powstrzymujących rozwój zmian chorobowych.
Nie tylko medycyna
Nanocząstki są znane nie tylko medykom. Szeroko używa się ich w przemyśle spożywczym. Naukowcy stosują rozwiązania mające na celu nie tylko zwiększenie wartości odżywczych, ale także podnoszące bezpieczeństwo produktów. Najmniejszych cząstek używa się także do ulepszania metod produkcji żywności - głównie dążąc do zmniejszenia zużycia pestycydów. Jakie nanocząstki stosuje się w przemyśle spożywczym? Między innymi są to nanocząstki miedzi i cynku (z uwagi na właściwości przeciwbakteryjne), platyny i palladu (działanie przeciwutleniające) czy żelaza (efektywność w oczyszczaniu wód z zanieczyszczeń organicznych, pozostałości pestycydów).
Nanocząstki znajdują także zastosowanie w przemyśle elektronicznym czy produkcji sprzętu AGD. W przypadku tych ostatnich służą one do konstruowania powierzchni z powłokami antybakteryjnymi (np. lodówki, deski klozetowe). Znane jest także szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym (m.in. wzmocnienie karoserii, powłoki zapobiegające parowaniu). Do wspomnianych rozwiązań wykorzystuje się głównie nanocząstki metali, m.in o srebra, złota, tlenku tytanu czy tlenku cynku.
Artykuł powstał we współpracy ze Szkołą Główną Gospodarstwa Wiejskiego.
