Koniec człowieka. Konsekwencje rewolucji nanotechnologicznej. [1]

by Andrzej Kocikowski
  1. Abstrakt [2]

  2. Wstęp

    Przeciętny człowiek z kręgu cywilizacji północnoatlantyckiej nie zdołał jeszcze oswoić się z najważniejszymi osiągnięciami rewolucji teleinformatycznej, a już staje przed jakościowo nowymi, znacznie poważniejszymi wyzwaniami, których sprawcą są rewolucje biotechnologiczna i nanotechnologiczna. Wybrane skutki rewolucji biotechnologicznej zostały już wystarczająco poważnie skomentowane [3], znamy więc już niektóre (ważne) zagrożenia, jakimi zostaliśmy przez nią obdarowani. Mniej przeanalizowane i znane, jak dotąd, są potencjalnie negatywne skutki rewolucji nanotechnologicznej - przede wszystkim dlatego, iż materia nanonauk jest ciągle jeszcze zbyt mało spopularyzowana, a i one same - nanonauki - pozostają w takiej fazie rozwoju, iż obszar potencjalnych korzyści i zagrożeń nie może zostać wystarczająco kompletnie i precyzyjnie, a zwłaszcza jasno opisany.

    Niektóre media próbują popularyzować tematykę nanotechnologii, lecz to, co dociera za ich pośrednictwem do oczu, uszu i mózgu przeciętnego zjadacza informacji nie zawsze, a właściwie najczęściej nosi wszelkie znamiona szumu informacyjnego [4]. Przypomina to starą historię z połowy lat osiemdziesiątych, kiedy media masowe uczyniły buzzword z Lanier’owskiego ‘virtual reality’, bez umiaru epatując publiczność domniemywanymi możliwościami i potencjalnymi (jakoby) zastosowaniami owej „cudownej” - „rewolucyjnej” technologii.

    Ówczesnym, jak i dzisiejszym powodem powstawania szumu informacyjnego był (i pozostaje) brak rzeczywistej wiedzy dotyczącej kwestii, których szum dotyczy. A kwestie złożonej symulacji komputerowej (virtual reality) wydają się być dużo mniej skomplikowane, niż najbardziej elementarne kwestie z pola nanonauk, co dodatkowo utrudnia przedstawienie rzeczywistych problemów nanotechnologii na poziomie osiąganym przez przeciętnego, wykształconego zjadacza hamburgerów. Wypływa stąd smutna w mojej ocenie konkluzja, iż wiedza - w dobrym znaczeniu tego słowa - wiedza dotycząca materii nanotechnologii będzie musiała pozostawać domeną bardzo wąskich elit naukowych. Dla szerokiej publiczności pozostanie to, co spadnie ze stołu nauki, lub, co zostanie - jak psia czy kocia karma - specjalnie dla niej przygotowane - czyli spreparowane. Z definicji więc, znajdą się tam odpadki, surogaty, substancje wzmacniające smak, wygląd, zapach, etc.

    Referat jest próbą włączenia się w działania popularyzujące możliwości i rzeczywiste osiągnięcia nanomedycyny - pośrednio nanotechnologii. Staram się jednakowoż wykluczać z prowadzonej narracji wszystko to, co nie znajduje potwierdzenia w dokonaniach nauk przyrodniczych. W punkcie 1 skupiam uwagę na kluczowych kwestiach definicyjnych próbując objaśnić, jaka jest intencja używania przedrostka ‘nano’ w rozmaitych złożeniach, i na ile bliskie jest to temu, z czym spora część ludzi już jakoś tam się oswoiła - intencji używania przedrostka ‘mikro’. Dla pełnego zaprezentowania obrazu dołączyłem zestaw ważnych definicji przyjęty w oficjalnych dokumentach UE z roku 2005; na zakończenie rozważań proponuję krótka definicję terminu ‘nanotechnologia’.

    W punkcie 2 podejmuję próbę odpowiedzi na pytanie, czym jest nanomedycyna. Na przykładzie rzeczywistych działań o charakterze nanomedycznym oraz działań, co do których nie potrafiłem wskazać argumentów wykluczających możliwość ich wystąpienia, a które maja wszelkie cechy działań nanomedycznych, proponuję swoją definicję nanomedycyny.

    W punkcie 3 prezentuję główny materiał problemowy, czyli analizę dotyczącą użycia nanomateriałów, nanoobiektów (nanostruktur) w praktyce nanomedycznej: w diagnozowaniu, terapii i profilaktyce. Tutaj też pojawiają się pierwsze pytanie dotyczące rozwiązywania problemów będących bezpośrednim następstwem tych działań.

    W Podsumowaniu - punkt 4 - w sposób, jak mi się zdaje - uporządkowany - zapisuję główne składowe „czarnego scenariusza” rewolucji nanomedycznej (dla dzisiejszego etapu rozwoju nauki, medycyny i ICT). Kluczowym zagadnieniem czynię kwestię niebezpieczeństwa, na jakie narażony zostaje klient terapii nanomedycznej, w której zastosowane zostały nanoobiekty zdolne do przenoszenia i uwalniania substancji biochemicznych w żywym organizmie. Ponieważ istniejące systemy sterowania praca takich obiektów nie pozwalają na ich pełną i bezwarunkową kontrolę, dlatego stosowanie ich w bio-ustrojach (ludzie, zwierzęta, rośliny), należy uznać za szczególnie groźne dla kwestii gatunkowej i nie mniej ważnej kwestii bezpieczeństwa społecznego.

    Za błędne należy uznać przypuszczenie, iż tematyka podjęta w tym referacie nie była dyskutowana wcześniej i nie jest dyskutowana dzisiaj przez innych Autorów. W lawinowo rosnącym stosie publikacji poświęconych wszystkim możliwym skutkom rewolucji nanotechnologicznej trudno się dzisiaj rozeznać i każdy w zasadzie tekst pisany w tempie właściwym dla mojego pokolenia (2 - 3 miesiące), zawierać może kwestie poruszone w podobny sposób [5] (i prawie w tym samym czasie) przez innych. Żałuje, iż nie mogłem uwzględnić w dostatecznym stopniu wszystkich tych publikacji i obiecuję uczynić to w najbliższej przyszłości.

  3. Wybrane kwestie definicyjne:

    W celu uniknięcia nieporozumień oraz ułatwienia prowadzonego wywodu dobrze będzie, aby czytelnik (słuchacz) referatu zapoznał się z podstawowymi kwestiami terminologicznymi. Uczynię to z większą niż zazwyczaj starannością [6], przez wzgląd na fakt, iż w pracach ETHICOMP bierze udział liczne grono humanistów, dla których materia nauk ścisłych i przyrodniczych nie zawsze bywa chlebem powszednim; wielu czytelników spoza grona uczestników konferencji może znajdować się w podobnym położeniu.

    Pochodzący z greckiego przedrostek ‘nano’ używany jest od bardzo dawna przy definiowaniu różnych jednostek miary i oznacza mnożnik (10-9). Dla tych, którzy kończyli szkołę przed wielu laty, pomocne może się okazać inne sformułowanie, że mianowicie przedrostek ‘nano’ oznacza jedną miliardową część danej jednostki. Na przykład: jeden nanometr [nm], to jedna miliardowa część metra, co w zapisie preferowanym przez ludzi techniki przyjmie postać - 10-9 metra; jedna nanosekunda [ns], to jedna miliardowa część sekundy - 10-9 sekundy; jeden nanoamper [nA], to jedna miliardowa część ampera (amper jest jednostką natężenia prądu elektrycznego) - 10-9A. Generalnie stwierdzić można, iż badając lub rozważając jakiekolwiek parametry (wielkości), przyjmujące (w danych jednostkach) wartości rzędu ‘nano’, poruszamy się w świecie czegoś niewyobrażalnie małego - niezwykle małych rozmiarów, niezwykle małych odcinków czasowych, niezwykle małych natężeń prądu elektrycznego; w przypadku rozmiarów (odległość, długość) obserwacji dokonać można jedynie za pomocą mikroskopu elektronowego.

    Uwzględniając powyższe laik mógłby zapytać - z góry przepraszam za niestosowność takiego postępowania - czy termin ‘nanotechnologia’ oznacza jedną miliardową część technologii (jakiejś technologii)? A może jakąś bardzo maleńką technologię?

    Oczywiście, odpowiedź brzmi: nie! Przedrostek ‘nano’ użyty w złożeniu ‘nanotechnologia’ bliższy jest znaczeniowo użyciu stosowanemu w niektórych popularnych złożeniach (terminach), gdzie wykorzystujemy przedrostek ‘mikro’. Dla przykładu, większość wykształconych ludzi wie, że termin (złożenie) ‘mikroprocesor’, oznacza procesor o bardzo małych rozmiarach, dokładniej mówiąc procesor, którego elementy logiczne i przełączające (diody i tranzystory) oraz połączenia między nimi (w strukturze tego procesora), mają rozmiary rzędu jednej milionowej części metra. Prawdopodobnie znacznie mniejsza część owych ludzi wie, iż złożenie (termin) ‘mikroelektronika’ oznacza dział elektroniki, zajmujący się działaniem (funkcjonowaniem), konstrukcją, budową (wytwarzaniem) i technologią elementów aktywnych i pasywnych [7], mających rozmiary rzędu jednomilionowej części metra [8]; rozmiary takie mogą też mieć niekiedy bardziej złożone struktury (obiekty), które budowane są z wymienionych mikroelementów. Mikroprocesory i inne półprzewodnikowe układy scalone to typowe przykłady złożonych struktur mikroelektronicznych.

    Intencja towarzysząca znaczeniu złożenia ‘nanotechnologia’, bliższa jest intencji towarzyszącej znaczeniu terminu ‘mikroelektronika’ - przy uwzględnieniu rzecz jasna odrębności znaczeń terminów ‘technologia’ i ‘elektronika’. Jeśli uwzględnimy fakt, iż w analizowanym obszarze wiedzy używane są też terminy ‘nanomateriały’ i ‘nanostruktury’ [9], to przyjąć można, że - najprościej mówiąc - nanotechnologia jest pewną dziedziną wiedzy technicznej zajmującą się zagadnieniami konstrukcji, wytwarzania i wykorzystywania nanomateriałów i nanostruktur. [10]

    Wiele nanomateriałów i nanostruktur służyć może jako „surowiec” do wytwarzania bardziej złożonych obiektów. Niektóre z nich osiągają ostateczną funkcjonalność i wielką dla człowieka użyteczność nie opuszczając skali nano (pozostając nanoobiektami). Ale niektóre nanomateriały i nanostruktury ostateczną funkcjonalność, w tym znaczną dla człowieka użyteczność uzyskują dopiero po subtelnej technologicznie „transformacji” do skali makro. [11] Tak pierwsza jak i druga opcja należą do dziedziny nanotechnologii.

    Całą tę kwestię można też objaśnić wedle przyjętego już standardu - posłużmy się w tym celu tekstem wspomnianego wcześniej dokumentu UE:

      2.1 Nano — przedrostek oznaczający jedną miliardową część całości. W tym przypadku przedrostek nano używany jest do określania jednej miliardowej części metra.

      2.2 Mikro — przedrostek oznaczający jedną milionową część całości. W tym przypadku oznacza on jedną milionową część metra.

      2.3 Nanonauki — Nanonauki to nowy sposób podejścia do tradycyjnych nauk (chemii, fizyki, biologii molekularnej itp.) oraz badania podstawowej struktury i zachowania się różnych materiałów na poziomie atomowym i molekularnym. Nanonauki zajmują się w istocie badaniem potencjału atomów w różnych dyscyplinach naukowych.

      2.4 Nanotechnologie — Są to technologie umożliwiające manipulowanie atomami i cząsteczkami w celu tworzenia nowych powierzchni i obiektów, które — ze względu na różną budowę i ułożenie atomów — charakteryzują się własnościami

      nadającymi się do zastosowania w codziennym życiu (2). Są to technologie operujące w zakresie miliardowych części metra.

      2.5 W uzupełnieniu do powyższej definicji na uwagę zasługuje bardziej szczegółowe zagłębienie się w ten temat z naukowego punktu widzenia. Terminem nanotechnologia określa się wielokierunkowy sposób podejścia do

      tworzenia różnorodnych materiałów, mechanizmów i formacji przez sprawowanie nad nimi kontroli w skali nanometrycznej.

      2.6 Nanomechanika — Wymiary obiektu zaczynają mieć znaczenie przy określaniu jego własności w sytuacji, gdy skala tych wymiarów jest rzędu kilkunastu lub kilkudziesięciu nanometrów (obiekty składające się z kilkudziesięciu lub kilku tysięcy atomów). W tym zakresie wymiarów własności fizyczne i chemiczne obiektu zbudowanego ze 100 atomów żelaza różnią się zasadniczo od własności obiektu zbudowanego z 200 atomów, nawet w przypadku gdy oba te obiekty są zbudowane z takich samych atomów. Jednocześnie mechaniczne i elektromagnetyczne własności ciała stałego zbudowanego z nanocząsteczek różnią się zasadniczo od własności tradycyjnego ciała stałego o takim samym składzie chemicznym, przy czym na te własności mają wpływ cechy poszczególnych cząstek składowych.

      2.12 Mikroelektronika — Jest to dział elektroniki zajmujący się opracowywaniem układów scalonych, budowanych w pojedynczych obszarach półprzewodnikowych z zachowaniem mikroskopijnej dokładności wymiarów. Mikroelektronika jest obecnie w stanie tworzyć pojedyncze elementy o wymiarach rzędu 0,1 mikrometra lub 100 nanometrów (5).

      2.13 Nanoelektronika — Jest to nauka zajmująca się badaniem i produkcją układów tworzonych przy użyciu technologii i materiałów innych niż krzemowe i wykorzystująca do tego celu znacznie różniący się zbiór zasad (6).

      2.13.1 Nanoelektronika ma wszelkie dane, aby stać się jednym z kamieni węgielnych nanotechnologii, podobnie jak ma to obecnie miejsce z elektroniką w dziedzinach naukowych i procesach przemysłowych (7).

      2.13.2 Notuje się bardzo szybki rozwój w dziedzinie podzespołów elektronicznych i elektrycznych. Na przestrzeni kilku dekad zawory ustąpiły miejsca półprzewodnikom, procesorom, mikroprocesorom, a obecnie nanoprocesorom, montowanym przy użyciu elementów zbudowanych z kilkuset atomów. Nanoprocesor może przechowywać tyle informacji, ile mieści się w 25 tomach Encyklopedii Britanniki (8).

      2.13.3 Naukowcy i producenci podzespołów elektronicznych szybko zdali sobie sprawę z faktu, że im mniejszy procesor, tym szybszy przepływ informacji (9). Nanoelektronika umożliwia zatem znacznie szybsze przetwarzanie informacji i magazynowanie ich na niezmiernie małych przestrzeniach.

      2.17 Biomimetyka (13) — Jest to nauka badająca prawa stanowiące podwaliny budowy cząsteczek występujących w naturze. Znajomość tych praw mogłaby umożliwić tworzenie sztucznych nanosilników, zbudowanych na takich samych zasadach jak te, które istnieją w naturze (14).

  4. Nanomedycyna:

    Dokument Komisji Europejskiej, którego fragmenty prezentowaliśmy obszernie w poprzednim paragrafie nie zawiera niestety definicji terminu ‘nanomedycyna’, a on sam pojawia się okazjonalnie w dalszej części dokumentu. [12]

    Czym w takim razie jest nanomedycyna?

    Jednym z najbardziej popularnych, najczęściej wykorzystywanych przykładów ilustrujących działanie nanomedyczne, jest wykorzystanie nanoobiektów (nanocząstek) do lokalizacja komórek rakowych w żywym organizmie. Okazuje się, iż nanocząstka (np. ‘quantum dots’) zbudowana z selenku kadmu posiada dwie nieocenione z punktu widzenia terapii antyrakowej właściwości. Po pierwsze, wprowadzona do organizmu potrafi przenikać do komórek rakowych, po drugie, pobudzona promieniowaniem ultrafioletowym promieniuje światło. Nie trzeba przenikliwości Drexlera by stwierdzić, iż w diagnostyce rakowej pojawiło się jakościowo nowe narzędzie (sensor), pozwalające precyzyjnie lokalizować ogniska rakowe. Ułatwia to bardzo działania chirurgiczne, gdy postęp choroby jest znaczny, oraz pozwala na zastosowanie terapii nieinwazyjnej (farmaceutyki, radioterapia), precyzyjnie dostosowanej do położenia i rozmiarów ogniska rakowego. Zbudowano już nanosensory pozwalające lokalizować ogniska rakowe zawierające kilka tysięcy komórek rakowych; diagnozować więc można chorobę w jej bardzo wczesnych stadiach.

    Inny z przykładów ilustrujący działania o charakterze nanomedycznym dotyczy udokumentowanego użycia nanoobiektów do zniszczenia komórek rakowych w organizmie myszy. Tzw. ‘nanoshells’ [13] powleczone warstwą złota, wprowadzono do organizmu myszy z wywołanym ogniskiem rakowym. Istotną cechą owych ‘nanoshells’ - ważną z punktu widzenia diagnostyki medycznej i terapii - jest gromadzenie się ich w szczelinach ognisk komórek rakowych (‘nanoshells’ mają rozmiary około 120 nm i są 170 razy mniejsze od komórek rakowych). Impuls światła laserowego w paśmie podczerwieni, który bez szkody dla organizmu przenika tkankę żywą, pochłaniany jest przez warstwę złota, którą pokryte są ‘nanoshells’. Złoto rozżarza się do znacznej temperatury, co prowadzi do termicznego unicestwienia chorej tkanki. Żadna z myszy użytych w tym eksperymencie nie została doprowadzona do śmierci, a ogniska komórek rakowych zostały zniszczone. Metodę tę uznaje się za bezpieczniejszą i tańszą od metody chirurgicznej, chemioterapii i radioterapii. [14]

    Do działań o charakterze nanomedycznym zalicza się też to, co łączyłoby udokumentowane już rezultaty (porównaj powyższe przykłady) z wynikami, których oczekujemy (i których poszukujemy). Oto, uzasadnione wydaje się być przekonanie, iż mechanizm nanosensorów opisanych w przykładzie pierwszym, mógłby zostać rozbudowany o część - nazwijmy to umownie - transportową. Powstała w ten sposób nanostruktura byłaby zdolna lokalizować wskazane obszary tkankowe (w rozważanym przypadku - komórki rakowe), a ponadto - dostarczać w ich bezpośrednie sąsiedztwo substancje biochemiczne (w pierwszym rzędzie - leki) . W zależności od przyjętego, czy możliwego sposobu uwolnienia substancji leczniczej z części transportowej, mogłaby ona zostać zaaplikowana w sposób, którego tradycyjna medycyna nigdy nie zdoła osiągnąć - bezpośrednio do chorych komórek i tylko tam.

    Z doniesień medialnych wiemy, iż NASA realizuje wieloletni program o charakterze nanomedycznym, przeznaczony dla celów wieloletniej podróży kosmicznej na Marsa. Program nakierowany jest na rozwiązanie wielu problemów zdrowotnych pojawiających się podczas długotrwałego przebywania w stanie nieważkości, a jednym z nich są zmiany chorobowe w układzie kostnym. Próbuje się skonstruować nanoobiekty, które wprowadzane do organizmu kosmonauty, zdolne będą kontrolować te procesy, a ponadto - w przypadku stwierdzenia zajścia takiej zmiany (funkcja sensoryczna) - dostarczenia substancji leczniczej (funkcja transportowa i dozująca), czyli prowadzenie skutecznej terapii w trakcie podróży.

    Gdyby więc trzeba było określać bliżej (boję się w tym przypadku terminu definicja), czym jest nanomedycyna, to opierając się na przedstawionych wcześniej przykładach działań nanomedycznych, moglibyśmy zaryzykować przyjęcie poglądu, iż nanomedycyna jest działem (częścią, obszarem) medycyny, który w diagnozowaniu, leczeniu i profilaktyce chorób wykorzystuje zdobycze nanotechnologii i innych nauk pokrewnych (w tym nanonauk). Polega to - winno polegać - na badaniu, jakie nanoobiekty, w jaki sposób wyposażone i jak użyte prowadzić mogą do wypełniania misji medycyny - z jednej strony. Z drugiej zaś strony - nanomedycyna badać winna, w jaki sposób użycie nanoobiektów w diagnozie, terapii i profilaktyce zapewnić może jednostce ludzkiej i zbiorowości pełne bezpieczeństwo biologiczne (np. genetyczne) i socjalne.

  5. Co dalej? Potencjalne problemy. Trochę spekulacji.

    Truizmem (od dawna) jest stwierdzenie, iż nowe wynalazki i odkrycia przynoszą porównywalną do osiąganych korzyści ilość szkód. Zapytajmy, jak problem ten wygląda, lub mógłby wyglądać, gdyby doszło do znaczącego wzrostu znaczenia i udziału nanomedycyny w życiu społecznym?

    Powtórzmy raz jeszcze: nanomedycyna jest działem (częścią, obszarem) medycyny, który w diagnozowaniu, leczeniu i profilaktyce chorób wykorzystuje zdobycze nanotechnologii i innych nauk pokrewnych (w tym nanonauk).

    5.1. Diagnozowanie

    Rozpatrywany w poprzednim punkcie, prosty w istocie przypadek nanostruktury (quantum dot) zbudowanej z selenku kadmu, używanej jako sensor zmiany nowotworowej w żywym organizmie implikuje kilka przynajmniej pytań. Pierwsze z nich dotyczyć musi kwestii usunięcia nanostruktur z organizmu po wykonaniu zadania diagnostycznego. W przypadku interwencji chirurgicznej sprawa ta wydaje się być stosunkowo prosta: usunięcia komórek nowotworowych (guza) jest jednoczesnym usunięciem sensora - w każdym razie, prawdopodobieństwo usunięcia niepotrzebnego już elementu jest wysokie. Co należałoby jednak zrobić, gdy obraz ogniska rakowego dostarczany za pośrednictwem nanosensora wyklucza ingerencję chirurga i skłania lekarzy do podjęcia leczenia farmakologicznego? Jak wtedy - powtórzmy - usunąć należy z organizmu niepotrzebne już nanoelementy?

    Kolejne pytanie dotyczy zagadnienia „spektrum detekcji” konstruowanych i stosowanych nanosensorów. Problem sprowadza się do tego, czy jeden rodzaj sensora jest w stanie rozpoznawać wszystkie lub przynajmniej większość komórek nowotworowych, czy też do każdej z odmian raka skonstruować trzeba będzie osobne nanoobiekty? Jeśli zajdzie drugi z rozważanych przypadków, to - powtórzy pytania wcześniejsze, w jaki sposób usuniemy z organizmy niepotrzebne po wykonaniu zadania diagnostycznego nanosensory?

    W szerszej perspektywie, kwestia powyższego akapitu skłaniać musi do postawienia pytania o „spektrum detekcji” nanosensorów w aspekcie jakościowym. Choroba nowotworowa w całej jej różnorodności jest tylko jednym z licznych niestety przypadków chorobowych. Gdyby pojawiła się konieczność wprowadzania do organizmu dużej ilości nanosensorów przewidzianych do ustalania zmian chorobowych innych niż nowotworowe, wtedy dramatyczność pytania o sposób (możliwość) usuwania z organizmu niepotrzebnych już nanoelementów gwałtownie wzrasta.

    Rozwój nanonauk i nanotechnologii doprowadzić może do próby zbudowania nanosensora uniwersalnego, funkcjonującego wedle zasad innych niż te, które wykorzystano w prostych, pierwszych, opisanych wcześniej konstrukcjach (quantum dots z selenku kadmu). Nietrudno zauważyć, iż wąsko specjalizowana nanostruktura ma szereg ograniczeń i że efektywna konstrukcja, bardziej winna przypominać inteligentnego robota, względnie pojazd przemieszczający się wewnątrz organizmu. Pojazd, który wyposażony będzie w zespół nanosensorów przygotowanych do wykrycia wielu zmian chorobowych. Pojazd, który nie zatrzyma się i nie będzie cumować przy każdym zmienionym chorobowo miejscu, lecz odnotuje fakt jego występowania i pojedzie dalej, a informację o zarejestrowanym zdarzeniu przekaże w inny sposób, np. wysyłając sygnały do pozaustrojowego urządzenia diagnostycznego skojarzonego z owym sensorem uniwersalnym.

    Taki stan rzeczy - gdyby rzecz jasna wystąpił - generuje wielką ilość całkowicie nowych problemów, oprócz rzecz jasna „starych” pytań dotyczących sposobu (możliwości) usuwania nanosensora z organizmu po wykonaniu zadania diagnostycznego. Bo w każdym przypadku - nanosensora „pierwszej generacji” jak i nanosensora uniwersalnego („nowej generacji”), kwestia bezpiecznego wyprowadzenia ich z ustroju (organizmu) oraz ustroju wszelkich stworzeń pojawiających się w łańcuchu pokarmowym człowieka jest kwestią niezwykle ważną.

    5.2. Leczenie (terapia) - profilaktyka

    Terapie nanomedyczne mogą być przeprowadzane na kilka sposobów. Jednakowoż sposób główny - główny w tym znaczeniu, że ma on cechy modelu, zasady - sprowadzić się daje do następującego postępowania; szkicowaliśmy tę sytuację przy próbie odpowiadania na pytanie, czym jest nanomedycyna. Oto konstruowany jest nanoobiekt, który, „załadowany” zostaje substancją leczniczą i wprowadzony do ustroju. Po dotarciu do miejsca przeznaczenia substancja lecznicza zostaje uwolniona - w przypadku przykładowej zmiany nowotworowej bezpośrednio do komórek chorej tkanki. Misja nanoobiektu zostaje zakończona i podobnie, jak w każdym z rozważanych wcześniej przykładów, naszym zmartwieniem pozostaje usunięcie „zużytych opakowań” po lekach.

    Ten prosty schemat - schemat zasady - musi być bardziej skomplikowany w każdym z rzeczywistych przypadków terapii nanomedycznej. Łatwo spostrzec, że nie on zawiera niczego, co dotyczy np. fundamentalnej kwestii sterowania - od lokalizacji miejsc chorobowych poczynając, na mechanizmie uwalniania leku kończąc.

    A problemów jest wiele. Kwestia lokalizacji miejsca uwalniania leku może być rozwiązana na kilka sposobów, w zależności od wybranego modelu sensora, o czym pisaliśmy w punkcie 5.1. W przypadku wybory rozwiązania opartego na sensorze „nowej generacji”, pojawiają się problemy dotyczące komunikacji nanoobiektu z pozaustrojową częścią aparatury diagnostycznej (i leczniczej). Trzeba mianowicie opracować - w nieznanej dotąd skali - bezpieczny system wymiany danych, pozwalający bezbłędnie identyfikować różne miejsca organizmu. Trzeba też opracować bezpieczny system wymiany danych sterujący mechanizmem uwalniania „załadowanej” na nanoobiekcie substancji leczniczej. Być może inne przyczyny (np. osobliwy charakter przypadku chorobowego) skłonią nas do używania nanoobiektów załadowanych z „zapasem”, co wymusi bezpieczne sterowania operacją dozowania leku, czyli częściowym, rozłożonym w czasie procesem uwalniania ładunku. Jeszcze inne przyczyny, chociaż należące do kategorii „osobliwych przypadków chorobowych”, skłonić nas mogą do używania nanoobiektów załadowanych kilkoma substancjami leczniczymi, co wymuszać będzie opracowanie bezpiecznego sterowania operacją dozowania leku we właściwej kolejności, czyli rozłożonym w czasie procesem stopniowego uwalniania różnych jakościowo składowych ładunku.

  6. Podsumowanie: wybrane konsekwencje. Czarny scenariusz:

    Z zapisów punktów 3-5 wynika, iż nanomedycyna zajmuje się sposobami wykorzystywania różnorodnych nanoobiektów do badania stanu zdrowia człowieka, diagnozowania chorób i przeprowadzania skutecznej terapii. Nanomedycyna zajmuje się też profilaktyką, czyli wykorzystywaniem specjalizowanych nanoobiektów do permanentnej kontroli ludzkich organizmów i przekazywaniem informacji o jej wynikach do pozaustrojowych banków informacji; odbiorcą tej informacji mogą być też inne nanoobiekty wprowadzone do ustroju biologicznego człowieka. W polu zainteresowania nanomedycyny pozostaje też produkowanie substancji biochemicznych przystosowanych do współpracy z nanoobiektami diagnozującymi lub wykonującymi funkcje naprawcze (lecznicze, terapeutyczne). Z powodów oczywistych nanomedycyna zajmuje się również problemami sterowania nanoobiektami używanymi do wymienianych wyżej celów. Idzie o subtelne zagadnienia tyczące się programowania ich aktywności, komunikowania się z pozaustrojowymi i wewnątrzustrojowymi bankami danych, komunikowania się z innymi, zwłaszcza pozaustrojowymi urządzeniami do śledzenia i kierowania istotnymi aspektami aktywności nanoobiektów. Powstaje pytanie, czy ten sielankowy obraz nanomedycyny ma tylko jedną - pozytywna, jasną stronę?

    Moja odpowiedź brzmi: nie. Nanomedycyna ma także swoją ciemną stronę. Do ciemnej strony programu stosowania nanoobiektów wprowadzanych do ustroju biologicznego człowieka zaliczam w pierwszym rzędzie możliwość wytworzenia ich w sposób, który wykorzystując stare analizy Spaforda [15] nazwać by można „zaprogramowanymi zagrożeniami”. Mówiąc dokładniej, lecz uwzględniając jeden tylko aspekt funkcjonowania nanoobiektów wewnątrzustrojowych:

    - nanoobiekty zdolne do przyjęcia, transportu i uwalniania substancji biochemicznych w organizmie człowieka oraz monitorujące jego funkcje życiowe można wprowadzić do ustroju zgodnie z wolą danego osobnika lub bez jego wiedzy i przyzwolenia (np. działania służb specjalnych lub terrorystów);

    - nanoobiekty zdolne do przyjęcia, transportu i uwalniania substancji biochemicznych w organizmie człowieka przenosić mogą środki nie tylko medyczne (a więc np. substancje toksyczne);

    - nanoobiekty zdolne do przyjęcia, transportu i uwalniania substancji biochemicznych w organizmie człowieka przenosić mogą środki medyczne, lecz ich rodzaj i ilości mogą zostać użyte ze złą intencją (przedawkowanie, użycie w celu uzyskania oczekiwanych zachowań - np. substancje o działaniu psychotropowym, etc.);

    - nanoobiekty zdolne do przyjęcia, transportu i uwalniania substancji biochemicznych w organizmie człowieka mogą być wyposażone w system sterowania uzależniający ich prawidłowe działanie od arbitralnej, subiektywnej (w złym tego słowa znaczeniu) decyzji osobnika (instytucji) kontrolujących pozaustrojowe składniki systemu sterowania;

    - sterowanie nanoobiektami zdolnymi do przyjęcia, transportu i uwalniania substancji biochemicznych w organizmie człowieka oraz monitorowania stan zdrowia (funkcji) jego organizmu może zostać przejęte przez osoby lub instytucje nieupoważnione (np. służby specjalne, terroryści).

  7. Zakończenie:

    Pamiętając zatem o wszystkich (potencjalnych - jak na razie) zaletach rozwiązań proponowanych przez nanomedycynę, winniśmy pamiętać także o starej prawdzie, iż rewolucja nanotechnologiczna, jak każda inna ma swoją ciemną stronę. Jeśli w porę, używając rozumu i poczucia człowieczeństwa, którego większości z nas jeszcze nie pozbawiono, nie przeciwstawimy się próbom realizacji czarnych scenariuszy rozwoju nowej cywilizacji (już cyfrowej), to człowieczeństwo nasze trafi do lamusa historii na podobieństwo Atlantydy. Nasze wnuki będą (być może) wiedziały, że coś takiego kiedyś (podobno) było, ale, co to właściwie było ... ?

    Opisaniu kawałka owej ciemnej strony rewolucji nanomedycznej poświęcam tekst referatu próbując przy tej okazji wskazać na potencjalne dylematy etyczne i prawne, jakie nieuchronnie towarzyszyć muszą użyciu jej osiągnięć. Wierze głęboko, iż tylko w ten sposób odsunąć można będzie zmaterializowanie się złowieszczej diagnozy zapisanej w tytule pracy Fukuyamy.

  8. Dodatki:

    NANOMATERIAŁY, materiały nanokrystaliczne, materiały nanofazowe, klasa materiałów, w których wielkość agregatów atom. (ziaren krystal. faz o określonym składzie, agregatów amorficznych, mieszanych struktur częściowo krystal.) zawiera się (umownie) w zakresie od jednego do stu nanometrów; charakterystyczną cechą nanomateriałów jest znaczny udział atomów znajdujących się na powierzchni agregatów lub tworzących powierzchnie rozdziału (granice ziaren, granice międzyfazowe); cechuje je również występowanie oddziaływań pomiędzy agregatami, co odróżnia nanomateriały od zawiesin. Nanomateriały są produktem różnego rodzaju nanotechnologii otrzymuje się je z prekursorów cząsteczkowych, wykorzystując takie procesy, jak: kondensacja z fazy gazowej, szybkie chłodzenie cieczy, osadzanie w wyniku procesów chem., reakcje w aerozolu, synteza biol., a także z prekursorów litych wykorzystując: mielenie mech., syntezę mech., krystalizację ze stanu amorficznego, procesy separacji faz, pirolizę oraz stosując b. duże odkształcenia plastyczne. Zainteresowanie nanomateriałami i ich zastosowania techn. są związane z tym, że ich właściwości zależą w znacznym stopniu od wielkości agregatów; właściwości elektron. cechuje występowanie kwantowych efektów niskowymiarowych spowodowanych przestrzennym ograniczeniem zdelokalizowanych elektronów walencyjnych. Procesy kooperatywne zachodzące z udziałem wielu atomów (takie jak drgania sieci krystal., zjawiska topnienia, dyfuzja) przebiegają w nanomateriałach inaczej, niż w materiałach zbud. z większych ziaren; występują w nich ograniczenia w generacji i przemieszczaniu się defektów strukturalnych odpowiadających za odkształcenie plast., co sprawia, że ich właściwości wytrzymałościowe są zwykle lepsze; również właściwości opt. i magnet. ulegają zmianie. Magnetyczne nanomateriały stały się w ostatnim 20-leciu m.in podstawą przemysłu wytwarzającego magnet. nośniki zapisu informacji. Rosnące znaczenie nanomateriałów w technice jest wynikiem postępu w inżynierii materiałowej i coraz lepszej kontroli nad procesami technol., w których nanomateriały są wytwarzane. [Źródło: Encyklopedia PWN PORTAL 2004].

     

    NANOSTRUKTURY, wytworzone przez człowieka struktury materialne, składające się z elementów, których wielkość zawiera się (umownie) w granicach od kilku do kilkuset nanometrów. Wśród nanostruktur wytwarzanych w przemyśle elektron., optoelektron. lub do celów badawczych rozróżnia się: struktury planarne, otrzymywane metodą kolejnego nakładania na podłoże monokrystalicznych warstw materiałów półprzewodnikowych o różnym składzie, struktury liniowe, zw. również drutami kwantowymi, i struktury punktowe, zw. też kropkami kwantowymi. (...) W nanostrukturach o dostatecznie małych rozmiarach zaczyna się bezpośrednio obserwować kwantowe ograniczenia energii i ruchu elektronów; w strukturach planarnych elektrony mogą poruszać się w dwu wymiarach (w warstwie nanostruktur), w strukturach liniowych w jednym wymiarze (wzdłuż drutu kwantowego); w strukturach punktowych są one uwięzione w kropce kwantowej. Obserwuje się też kwantowe efekty tunelowania elektronów przez bariery potencjału oraz kwantową interferencję.

    Otrzymywanie nanostruktur umożliwia konstruowanie takich układów, jak: lasery półprzewodnikowe, tunelowe diody rezonansowe, jednoelektronowy tranzystor, kwantowe kontakty punktowe i może ułatwić dalszą miniaturyzację obwodów scalonych i elementów pamięci komputerów. Nanostrukturami nazywa się również produkty molekularnej nanotechnologii, czyli struktury budowane atom po atomie za pomocą programowanej, dziś jeszcze hipotetycznej, fiz. syntezy. Zastosowania nanostruktur nie są ograniczone jedynie do elektroniki i optoelektroniki. Trwają intensywne prace badawcze nad ich wykorzystaniem do budowy hybrydowych, elektron.-biol. urządzeń (sensorów, stymulatorów, dozowników leków), które byłyby stosowane do celów diagnostycznych lub też wszczepiane pacjentom.

    Termin nanostruktury pojawił się wraz z wynalezieniem przyrządów umożliwiających ich badanie i dotyczy struktur konstruowanych od niedawna przez człowieka. Nanostruktury spotyka się jednak powszechnie w przyrodzie; np. płaskimi nanostrukturami o złożonej, warstwowej budowie są błony komórkowe, a liniowymi nanostrukturami rzęski bakterii lub pierwotniaków. [Źródło: Encyklopedia PWN PORTAL 2004].
  9. Przypisy:

    [1] To oczywiste nawiązanie do tytułu znanej pracy Fukuyamy wydało mi się najwłaściwsze dla przedstawienia intencji tego tekstu. Zobacz: Fukuyama, Francis (2004), Koniec człowieka. Konsekwencje rewolucji biotechnologicznej. Kraków.

    [2] Referat został przygotowany na konferencję ETHICOMP2007. Jest to wersja z grudnia 2006 r.

    [3] Fukuyama, Francis (2004), Koniec człowieka. (...).

    [4] Porównaj: Berube, David, M. (2006) Nano-hype: The Truth Behind the Nanotechnology Buzz.

    [5] Np.: Hunt, Geoffrey & Mehta, Michael (2006), Nanotechnology: Risk, Ethics and Law.

    [6] Miałbym ułatwione zadanie, gdyby Czytelnik (słuchacz) miał przed oczami dokument o nazwie Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej z 28 czerwca 2005 r., zatytułowany Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego w sprawie komunikatu Komisji dotyczącego europejskiej strategii w dziedzinie nanotechnologii.

    [7] Elementy aktywne, to głównie diody i tranzystory np. wzmacniacze sygnału elektrycznego, elementy logiczne i przełączające, a także ich bardziej wyrafinowane rodzeństwo – mikroprocesory. Elementy pasywne – to głównie rezystory i kondensatory.

    [8] Dzisiejsza granica mikroelektroniki, to 100 nm. To już prawie nanoelektronika.

    [9] Nawet encyklopedyczne opisanie terminów ‘nanomateriały’ i ‘nanostruktury’ wymaga kilkudziesięciu zdań. Dlatego objaśnienie tych terminów przeniosłem do osobnej części tekstu. Porównaj: Dodatek umieszczony na końcu referatu.

    [10] Porównaj też: Czytaj ... . Accessed: 2006.12.12.

    [11] Np.: nie brudzące się ubrania, bezpieczniejsze olejki do opalania i kremy, trwalsze włókna, wydajniejsze baterie i paliwa, nowe kompozyty, bardziej wytrzymałe narzędzia, bezpieczniejsze ubrania, etc. Podaję za: Tomczak, J. (2006) Zagrożenia wypływające z nanotechnologii. Online: Czytaj ... . Accessed: 2006.12.12.

    [12] 8.6.1 Centra kompetencyjne powinny prowadzić i przekazywać wysokiej jakości badania naukowe, nakierowane na zastosowania i innowacyjność, wykorzystując do tego celu nanotechnikę, szczególnie w takich dziedzinach jak nanoelektronika, nanobiotechnologia i nanomedycyna. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej z 28 czerwca 2005 r. Porównaj przypis 6.

    [13] Nanoshells, należą do kategorii nanoobiektów (nanostruktury, „nanoczęści”). Więcej: Czytaj ... . Accessed: 2006.12.12.

    [14] Porównaj: Wikipedia: Czytaj ... . Accessed: 2006.12.12.

    [15] Porównaj: Spafford, Eugene, H. (i inni) (1989). Computer Viruses: Dealing with Electronic Vandalism and Programmed Threats. ADAPSO. Wersja polskojęzyczna: Czytaj ... . Accessed: 2006.12.12.