Biotecnologie

Considerazioni sulle nanotecnologie

La nanotecnologia è lo studio delle proprietà e delle applicazioni della materia su scala infinitesima: molecole e atomi. E' la scienza multidisciplinare che ha lo scopo di progettare e realizzare macchine capaci di manipolare molecole e atomi. E' proprio il suo carattere multidisciplinare a lasciar presagire una potenziale trasformazione tecnologica in grado di contribuire in maniera consistente alla risoluzione di molti problemi che affliggono l'umanità, in primo luogo nel campo della medicina oncologica e genetica. A causa del forte impatto emotivo sulla gente, spesso questa tecnologia fortemente innovativa viene guardata con sospetto se non con palese ostilità.

E' l'immaginario collettivo il campo d'azione della nanoeuforia e della nanopaura, alcuni affermano senza ombra di dubbio di essere spiati da nanorobot penetrati attraverso il corpo umano durante massicce campagne di vaccinazioni per epidemie create ad hoc, oppure di essere stati invasi da nanorobot autoreplicanti che permangono nell'organismo umano in attesa del momento propizio per attaccare e distruggere l'umanità. Tutto questo naturalmente non ha nessun senso, non esiste nulla in grado di autoreplicarsi in nessuna scala. La nanotecnologia è qualcosa di nuovo, è una tecnica allo stato embriologico tutta da sviluppare, di conseguenza è la paura dell'ignoto a suscitare sconcerto, così come ad alimentare false speranze. Difficile prevedere allo stato attuale quale sarà il punto di arrivo della nanotecnologia, possiamo ipotizzare che l'orientamento sarà quello del miglioramento della vita, mettendo in relazione la fisica, la chimica e la biologia con nuovi modelli di simulazione matematica. L'unità di misura applicata per calcolare le dimensioni è il nanometro, ossia la milionesima parte di un metro. Le proprietà dei materiali, come conduttività, resistenza, colore, tossicità, su scala nanometrica sono decisamente diverse rispetto agli stessi materiali presenti su scala normale. La necessità di trovare nuovi materiali in grado di offrire caratteristiche tecnologiche avanzate con l'obbiettivo di una applicazione multidisciplinare, rende ragione di tutti gli sforzi economici profusi nel campo della ricerca e dello sviluppo delle nanotecnologie.

Il xx sec. fu importante per la conoscenza della struttura delle particelle che compongono la materia. Modelli teorici dell'atomo erano già stati ipotizzati da molto tempo prima, ma è stato solo in questo secolo che che la conoscenza della struttura atomica è stata applicata, nel bene e nel male. Attualmente sarebbe impensabile vivere in un mondo senza materia plastica, plastica che deriva dalla polimerizzazione di catene lunghissime di molecole. Tuttavia pur considerando la materia su scala atomica ci si rende conto facilmente che per molte applicazioni ipotizzate ed auspicate, queste molecole sono decisamente troppo grandi.

Con il progredire della scienza l'uomo si interessò sempre di più al mondo delle piccole particelle, l'interesse dapprima rivolto allo studio e alla ricerca di nuove molecole per le applicazioni industriali e militari, si indirizzarono allo studio e alla ricerca delle particelle organiche, principali costituenti degli esseri viventi.

Partendo dalla sua unità fondamentale, la cellula, si arrivò a scoprire che possedeva tutta una serie di organelli composta a loro volta di numerose particelle deputate alle funzioni più raffinate della regolazione dei processi fisiologici dell'organismo.

... In futuro quando la scienza avrà raggiunto il pieno sviluppo dei suoi mezzi d'azione, la chimica e la fisica saranno solo due aspetti della meccanica molecolare... Ramon y Cajal

Allo stato attuale, la ricerca è indirizzata sempre di più allo studio del mondo microscopico, giacché molte delle alterazioni capaci di provocare malattie, sono di comune riscontro nel microcosmo cellulare.

Con la scoperta del DNA da parte di Watson e Crik negli anni Cinquanta, si scoprì che questa molecola era la responsabile di tutti i meccanismi chiave dei processi della vita e del mondo dell'infinitesimo piccolo, si rivelò una fonte di conoscenze inesauribile di tutti i rami di quella che viene chiamata scienza della vita; la microbiologia, l'immunologia, la fisiologia, la biologia, furono solo alcuni dei campi che beneficiarono della scoperta del DNA e dello sviluppo della ricerca nel campo dell'infinitesimo piccolo.

Tutti questi progressi della scienza hanno dato un impulso ad alcune scienze nuove, come l'ingegneria genetica, dalla quale si attendono ulteriori sviluppi per la cura delle malattie causate da alterazioni di piccolissimi geni, e alle nanotecnologie cioè alla scienza che si occupa di fabbricare tecnologia in miniatura.

La nanotecnologia, a differenza dell'ingegneria genetica, non è ancora nel pieno del suo sviluppo, anche se alcune delle applicazioni delle nanotecnologie cominciano già ad essere impiegate, la possiamo ancora, con buona approssimazione considerare una scienza teorica le cui ripercussioni sul futuro saranno di largo impatto.

La nanotecnologia si può definire come la scienza della progettazione e realizzazione di macchine capaci di manipolare la materia allo stato molecolare ed atomico. Qualcuno avanza l'ipotesi che sarà la tecnologia del ventunesimo secolo. Nonostante le basi su cui poggia, sono ancora basi teoriche, non la possiamo considerare più una tecnologia ipotetica, perché molti tra i paesi più progrediti, stanno investendo grandissime quantità di risorse economiche nello studio delle nanotecnologie, aprendo di fatto un ulteriore divario tra i paesi meno ricchi del mondo, con i relativi problemi di ordine etico che tutto questo comporta.

Oggi, la ricerca di quella che si preannuncia essere la rivoluzione tecnologica del XXI sec. è rivolta alla nanoelettronica, allo studio di nuovi materiali e alla nanomedicina intesa in senso ampio come scienza della vita; quest'ultima si sta rivelando come il settore più promettente.

La storia delle nanotecnologie inizia nel 1959. Richard Feynman, durante una lezione, tenuta al California Institute of Tecnology, con una frase diventata ormai celebre “ There's plenty of room of bottom “, getta le basi per un ripensamento della dimensione della fisica

...... i principi della fisica, secondo il mio personale punto di vista, non escludono la possibilità di manipolare gli oggetti, atomo per atomo. Non si viola nessuna legge; è qualcosa che per principio può essere fatto, ma nella pratica non è stato ancora realizzato perché siamo troppo grossi.... la soluzione ai problemi della chimica e della biologia può essere facilitata dalla capacità di vedere quello che si sta facendo; quello di operare a livello atomico è uno sviluppo che penso sia inevitabile...

Erik Drexler nel suo libro “ Engine of creation. The coming era of nanotecnology” esprimeva così la sua teoria:

..... Useremo la tecnologia molecolare anche per aver cura della nostra salute, poiché il corpo umano è fatto di molecole. Malattia, vecchiaia e ferite, sono tutti danni causati da schemi erronei nella disposizione degli atomi , sia che queste disposizioni siano causate da virus invasori, che dal trascorrere del tempo o da incidenti automobilistici. Se dei dispositivi sono in grado di modificare a piacimento le disposizioni di atomi, saranno anche capaci di modificarle secondo uno schema corretto. In medicina la nanotecnologia costituirà un passo avanti di importanza fondamentale....

L'applicazione delle tecniche nanotecnologiche nel campo della medicina è noto come nanomedicina.

La misura dei nanorobot, dell'ordine di 0.5 -3 micron, permettono a questi dispositivi di poter viaggiare liberamente attraverso il torrente ematico. Dall'azione congiunta delle cellule del sangue, eritrociti e leucociti, con i nanorobot, si può iniziare una azione di riparazione dei tessuti danneggiati. La maggior parte delle malattie della nostra epoca, sono dovute a modificazioni strutturali delle molecole cellulari. Il cancro, inteso come errore di replicazione incontrollata della cellula, porta alla cresciuta di un tessuto anomalo, la soluzione è quella di eliminare per via macroscopica il tessuto malato. Intervenire per via microscopica con l'intento di riparare i tessuti compromessi è invece il campo d'azione della nanomedicina, con i suoi nanorobot immunologici, nanorobot che sostituiscono gli eritrociti e le nanomacchine per riparare sequenze di DNA.

L'applicazione delle moderne tecnologie su scala nanometrica, potenzialmente si sta presentando come un fuoco di sbarramento per la lotta contro il cancro: la diagnosi precoce, l'identificazione e la cura permettono di attaccare in maniera più specifica e selettiva le cellule cancerose.

Nel campo della farmacologia e in special modo nella farmacocinetica, la nanotecnologie applicate alla medicina, sono già realtà. Nanosistemi a rilascio controllato del farmaco, agiscono come sostanze veicolanti attraverso il circolo ematico, trasportano i farmaci attraverso l'organismo, garantendo una maggior resistenza ai fenomeni di degradazione riuscendo a superare le normali barriere biologiche per raggiungere le cellule bersaglio. In questo modo vengono raggiunte più facilmente dal chemioterapico, solo le cellule cancerose, evitando fenomeni di accumulo tossico nelle cellule sane.