Những điều kỳ diệu nhỏ bé: Máy móc siêu nhỏ trong y học

Ngày 10 tháng 11 năm 2000 -- Trong bộ phim Fantastic Voyage năm 1966, một đội phẫu thuật được thu nhỏ và tiêm vào mạch máu của một người đàn ông hấp hối trong một nỗ lực táo bạo để cứu mạng anh ta. Nhưng đó là cách làm khó: tại sao phải thu nhỏ khi bạn có thể tạo ra một đội quân robot cứu thương siêu nhỏ sẽ làm điều đó cho bạn?

Vài năm trước, điều đó nghe có vẻ như là một tưởng tượng vô lý, một thứ gì đó của Jules Verne hay HG Wells. Nhưng công nghệ nano -- khoa học về việc dụ dỗ hoặc điều khiển các nguyên tử để chúng tự lắp ráp thành những cỗ máy siêu nhỏ hoặc những cấu trúc ổn định -- hứa hẹn một cuộc Cách mạng Công nghiệp mới.

Vào thế kỷ 19, công cụ của sự tiến bộ là than, dầu và thép. Vào thế kỷ 21, chúng sẽ là các nguyên tử, các ống cực nhỏ chứa thuốc và các rô-bốt chống lại bệnh tật thu nhỏ, các nhà khoa học có tư duy nhỏ với những ý tưởng lớn, những người đã họp tuần trước tại Bethesda, Md. tại một hội nghị về công nghệ nano, cho biết.

Tiền tố nano- , bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "lùn" được sử dụng trong y học và khoa học để chỉ những thứ cực kỳ nhỏ -- về mặt kỹ thuật là 1 phần tỷ của một 'bất cứ thứ gì'. Vì vậy, một nano giây là một phần tỷ của một giây, và một nanomet là một phần tỷ của mét.

Ý tưởng chế tạo những cỗ máy có kích thước phân tử có thể có vẻ kỳ lạ hoặc ngớ ngẩn với một số người, nhưng các nhà khoa học công nghệ nano thực sự đang so sánh nó với thiên nhiên.

Theo một số cách, Mẹ Thiên nhiên là bằng chứng của công nghệ nano, theo đồng chủ tịch hội nghị Jan H. Hoh, Tiến sĩ, phó giáo sư sinh lý học tại Trường Y khoa Đại học Johns Hopkins ở Baltimore. "Mọi người hỏi 'bạn thực sự có thể chế tạo các thiết bị có kích thước vài nanomet không?' Và câu trả lời là, 'Chúng tôi biết bạn có thể, vì thiên nhiên đã có rồi', Hoh nói với WebMD. "Một phần trong những nỗ lực hiện tại về công nghệ nano là những dự án lấy bài học từ thiên nhiên, nơi bạn cố gắng hiểu các chiến lược thiết kế và nguyên tắc mà thiên nhiên sử dụng, rồi tự hỏi 'làm thế nào tôi có thể khai thác những chiến lược này để chế tạo các thiết bị có chức năng và đặc tính hoàn toàn mới?'"

Công nghệ nano bao gồm nhiều ngành khoa học và công nghệ, từ thám hiểm không gian đến bảo tồn năng lượng. Một lĩnh vực có triển vọng đặc biệt tươi sáng là trong y học. Hãy tưởng tượng, nếu bạn có thể, những gì nanorobot hoặc "nanobot" -- những người máy nhỏ bé, có mục đích duy nhất được thiết kế cho một mục đích cụ thể -- có thể làm được:

• Sản xuất và đưa thuốc điều trị ung thư đến những vị trí cụ thể trong khối u
• Làm sạch các mạch máu khỏi các chất béo tích tụ cản trở dòng chảy đến tim
• Bắn phá các ổ nhiễm trùng bị cô lập bằng một loạt thuốc kháng sinh
• Tìm kiếm và tiêu hủy các cục máu đông có thể dẫn đến đau tim hoặc đột quỵ

"Tất cả các cỗ máy của sự sống đều là cỗ máy chính xác về mặt phân tử hoạt động ở quy mô nanomet, vì vậy đó là công nghệ nano -- phiên bản tự nhiên của nó", Rick Smalley, giáo sư hóa học và vật lý và giám đốc Trung tâm Khoa học & Công nghệ Nano tại Đại học Rice ở Houston cho biết. "Vì vậy, trong phạm vi chúng ta sẽ học cách chẩn đoán, thăm dò, tìm ra, thay đổi và khắc phục các vấn đề của nó, thì đó cũng sẽ phải là công nghệ nano".

Smalley nói với WebMD rằng công nghệ nano đã được sử dụng trong y học dưới dạng các phân tử nhân tạo được kết hợp với các hóa chất độc hại hoặc các hạt phóng xạ. Các phân tử này, vốn không tồn tại trong tự nhiên, có thể cung cấp thuốc hoặc liều bức xạ gây chết người cho các khối u ung thư, chẳng hạn. Từ đó, không có gì khó khăn, ông nói, để tưởng tượng đến việc cung cấp thuốc bằng các ống siêu nhỏ, được gọi là ống nano.

Trong lời khai trước Quốc hội năm 1999, Smalley dự đoán những ứng dụng khác của công nghệ nano trong y học. Chúng bao gồm phân tích di truyền nhanh chóng cho phép chẩn đoán và điều trị tùy chỉnh để phù hợp với từng bệnh nhân dựa trên hồ sơ di truyền của họ; các cơ quan nhân tạo bền hơn ít có khả năng bị hệ thống miễn dịch của người nhận từ chối; và "hệ thống cảm biến, cho phép phát hiện bệnh mới nổi trong cơ thể sống và cuối cùng sẽ chuyển trọng tâm chăm sóc bệnh nhân từ điều trị bệnh sang phát hiện sớm và/hoặc phòng ngừa", ông nói.

Leslie Rubinstein, chủ tịch của Renaissance Technologies tại Lexington, Ky, cho biết các ứng dụng y tế khác của công nghệ nano thoạt đầu có vẻ như còn xa lạ nhưng thực tế lại đang tiến gần đến mục tiêu. Trong một cuộc phỏng vấn với WebMD, ông mô tả việc sử dụng nanorobot thực tế để điều trị nhiều vấn đề y tế khác nhau. Các máy y tế mini có thể được chế tạo bằng công nghệ hiện có -- chẳng hạn như công nghệ dùng để chế tạo chip máy tính nhỏ. Bản thân các robot sẽ được thiết kế để mạnh dạn đi đến những nơi mà chưa có robot nào từng đi đến trước đây -- tức là vào những vùng cơ thể khó tiếp cận -- và mục tiêu là loại bỏ thứ gì đó không nên có ở đó.

Công trình tương tự đang được thực hiện tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, nơi Ian Hunter, Tiến sĩ, giáo sư kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật sinh học cùng các đồng nghiệp đang phát triển "nanowalker" có thể làm y học giống như những gì các đầu dò robot đã làm cho thám hiểm không gian. Các nanowalker có thể bò qua, xung quanh hoặc xuyên qua cơ thể để chụp ảnh và chẩn đoán các bệnh ẩn giấu khỏi các kỹ thuật quét thông thường, đưa thuốc vào khối u hoặc sửa chữa các cơ quan mà không cần phẫu thuật.

Có những người lo ngại rằng một khi chúng ta đã bắt đầu đi theo con đường chế tạo robot tự lắp ráp, sẽ không còn đường quay lại nữa, và một ngày nào đó, chúng ta có thể thức dậy và thấy rằng những chú robot đã sinh sôi và có cuộc sống riêng.

"Chúng bắt đầu nói chuyện với nhau và chẳng mấy chốc, thứ mà bạn thực sự có được là một dạng sống nhân tạo hoàn toàn xa lạ, một sinh vật Franken thực sự. Và tôi đồng ý rằng sẽ rất đáng sợ nếu nó là sự thật, nhưng tôi phủ nhận cả khả năng tồn tại của thứ này", Smalley nói.

"Chúng ta còn rất xa mới đạt được bất cứ thứ gì giống với robot tự lắp ráp nên việc lo lắng về nó ngay lúc này là điều ngớ ngẩn."