dr. Βαρβάρα Χ. Καραγκιοζάκη, MSc, MD, ειδικός καρδιολόγος, υπεύθυνη ομάδας νανοϊατρικής στο εργαστήριο νανοτεχνολογίας- LTFN – ΑΠΘ, PhD σε νανοϊατρική, master σε νανοεπιστήμες και νανοτεχνολογίες.
Συζήτηση στρογγυλής τραπέζης για τη νανοϊατρική κατά τη διάρκεια διεθνούς συνεδρίου. Από αριστερά προς δεξιά: καθ. L. Balogh, Dr. Β. Καραγκιοζάκη, καθ. Ε. Εμμανουήλ – Νικολούση, Dr. Ε. Παπαδάκης.
Κυρία Καραγκιοζάκη, θα θέλαμε να μας εισάγετε στον νέο αυτό επιστημονικό κλάδο που ακούει στο όνομα νανοεπιστήμη και νανοτεχνολογία. Μπορεί η νανοτεχνολογία να αποτελέσει τον βασικό βοηθό στην ιατρική εξέλιξη;
Τα τελευταία χρόνια οι νανοτεχνολογίες και νανοεπιστήμες (Ν. & Ν.) αποτελούν διεθνώς έναν πυρήνα έντονων ερευνητικών δραστηριοτήτων με αναρίθμητες εφαρμογές που θα βελτιώσουν την ποιότητα της ζωής μας. Το πρόθεμα «Νανο-» υποδηλώνει την επιστήμη και τεχνολογία της τάξης μεγέθους του νανομέτρου (nm), διαστάσεις που αγγίζουν τη μοριακή δομή της ύλης και απαιτούν νέες πειραματικές και τεχνολογικές προσεγγίσεις στη διαχείρισή τους. Οι επιστήμες αυτές συνίστανται στη μελέτη της ύλης και των βιολογικών αλληλεπιδράσεων στη νανοκλίμακα (1-100 nm) και οι νανοτεχνολογίες αποσκοπούν στην κατασκευή και στον έλεγχο νανοσυστημάτων που θα λειτουργούν σε τόσο μικρές διαστάσεις. Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος της νανοκλίμακας, αρκεί να σας υπενθυμίσω ότι το νανόμετρο είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου (10-9 m), 60.000 φορές μικρότερο από το πάχος μιας τρίχας. Σε επίπεδο κυττάρου, οι πρωτεΐνες της κυτταρικής μεμβράνης έχουν διαστάσεις λίγων νανομέτρων, η λιπιδαιμική διπλοστοιβάδα έχει πάχος 5,5 nm, η πυρηνική μεμβάνη ~ 40 nm και το DNA έχει διαστάσεις 6,7- 8,5 nm. Η νανοϊατρική αναφέρεται στην εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στον τομέα της υγείας, αξιοποιώντας τις βελτιωμένες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες των νανοδομημένων υλικών. Όπως προανέφερα, το μέγεθος των συνθετικών αυτών νανοδομών είναι παρόμοιας κλίμακας (π.χ. 1nm-10nm) με εκείνο των λειτουργικών βιολογικών μονάδων (π.χ. πρωτεΐνες και κύτταρα), επιτρέποντας έτσι την άμεση αλληλεπίδρασή τους με τα κύτταρα.
Οι εφαρμογές της νανοϊατρικής συμβάλλουν στην πρώιμη διάγνωση, παρακολούθηση και θεραπεία διαφόρων ασθενειών (π.χ. καρκίνος, καρδιαγγειακές παθήσεις, AIDS, διαβήτης κ.λπ.). Μερικές από αυτές τις εφαρμογές περιλαμβάνουν νανοσωματίδια και βιοαισθητήρες που επιτρέπουν την in- vitro ή/και in- vivo ταχεία ανάλυση βιολογικών δειγμάτων για την ανίχνευση των βιολογικών δεικτών σχετικά με την εμφάνιση και εξέλιξη μιας ασθένειας, καθώς και την αύξηση της ευκρίνειας των κλασικών απεικονιστικών τεχνικών, αντίστοιχα. Οι πρόσφατες εξελίξεις στη μεταφορά φαρμάκων σχετίζονται με την ανάπτυξη σύνθετων νανο-συστημάτων για τη στοχευμένη απελευθέρωση φαρμάκων και βιομορίων με τη μορφή νανοφορέων με ελεγχόμενο τρόπο. Η αναγεννητική ιατρική έχει τη δυνατότητα να επιφέρει μελλοντικά αλλαγές στον τρόπο αντιμετώπισης ορισμένων εκφυλιστικών ασθενειών (νευροεκφυλιστικές νόσοι, οστεοαρθρίτιδα, καρδιαγγειακές νόσοι κ.ά.).
Σχηματική αναπαράσταση έρευνας νανοϊατρικής που διενεργείται στο εργαστήριο νανοτεχνολογίας ΑΠΘ σχετικά με τη δημιουργία νανοπορώδη υλικών για ελεγχόμενη μεταφορά και αποδέσμευση φαρμάκων.
Κυρία Καραγκιοζάκη, καθώς η επιστήμη κάνει αλματώδη βήματα εξέλιξης σε κάθε τομέα της, τα μηνύματα που μας έρχονται είναι σπουδαία από τον χώρο της υγείας. Ελπιδοφόρα νέα φαίνεται όμως ότι μεταφέρετε και εσείς κυρία Καραγκιοζάκη στην επιστημονική κοινότητα, αφού μόλις πριν από λίγους μήνες, στο πλαίσιο του 8ου Διεθνούς Συνεδρίου Νανοεπιστημών και Νανοτεχνολογίας, που πραγματοποιήθηκε στη Θεσσαλονίκη, επισημάνατε ότι με τη βοήθεια νέων «έξυπνων» υλικών θα μπορέσουμε να αντιμετωπίσουμε σοβαρές ασθένειες όπως είναι οι καρδιοαγγειακές παθήσεις, ο διαβήτης και ο καρκίνος. Μιλήστε μας για την έρευνα αυτή που διεξάγετε.
Στο εργαστήριο LTFN – νανοτεχνολογίας του Αριστοτελείου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης, που διευθύνει ο καθηγητής φυσικής Σ. Λογοθετίδης, διενεργώ έρευνα με ποικίλα θέματα νανοϊατρικής, με κύρια όμως επικέντρωση -λόγω της ιδιότητάς μου ως καρδιολόγου- στη διάγνωση και θεραπεία των καρδιαγγειακών νόσων.
Η έρευνά μας προσεγγίζει ζητήματα όπως:
α) τη μελέτη βιολογικών αλληλεπιδράσεων (πρωτεϊνικής και κυτταρικής συμπεριφοράς) για την κατανόηση της παθοφυσιολογίας ασθενειών σε ατομικό επίπεδο και της βιοσυμβατότητας εμφυτευμάτων με νανο-εργαλεία υψηλής διακριτικής ικανότητας (όπως το ατομικό μικροσκόπιο), β) την παρασκευή βιοσυμβατών, «έξυπνων» νανοϋλικών (διαστάσεων ~ 100 nm) που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επικαλύψεις για τα stents με πλεονέκτημα να εμποδίζουν την οξεία και όψιμη θρόμβωσή τους και
γ) τη βιολειτουργικότητα των υμενίων αυτών για να προάγουν την ενδοθηλιοποίηση των stents. Η καθυστερημένη ενδοθηλιοποίηση των stents, λόγω της απελευθέρωσης των κυτταροστατικών φαρμάκων που εκλύονται από τα «Drug Eluting Stents» (DES), έχει ενοχοποιηθεί για την όψιμη θρόμβωση των stents, που μπορεί να προκαλέσει οξύ στεφανιαία σύνδρομο. Για αυτό, η παρασκευή νανοϋλικών που προάγουν την κυτταρική αναγέννηση και τον σχηματισμό νέου ενδοθηλίου στην επιφάνεια των stents, θα βελτιώσει τα ήδη υπάρχοντα DES. Το τελευταίο διάστημα έχουμε δημιουργήσει νανοπορώδη, πολυστρωματικά και βιοαποικοδομήσιμα βιοϋλικά για ελεγχόμενη μεταφορά και απελευθέρωση φαρμάκων που μπορούν να εφαρμοστούν σε ποικιλία εμφυτευμάτων (π.χ. ορθοπεδικών, καρδιαγγειακών κ.λπ.).
Η βιοηλεκτρονική, δηλαδή η εφαρμογή των ηλεκτρονικών στην ιατρική, αποτελεί έναν από τους ερευνητικούς άξονες του εργαστηρίου. Σκοπός είναι η σύνθεση βιοαισθητήρων για την ανίχνευση της ευάλωτης αθηρωματικής πλάκας και η παρασκευή έξυπνων ηλεκτρονικών-βιοϋλικών για την κυτταρική και ιστική αναγέννηση. Η δράση αυτή θα γίνει στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος RoleMak (Reinforce Organic Electronics Research Potential in K. Macedonia – http://www.rolemak.eu/), το οποίο στοχεύει στην ενδυνάμωση των ερευνητικών δυνατοτήτων της Κ. Μακεδονίας στα οργανικά ηλεκτρονικά. Πρόκειται για ένα τριετές χρηματοδοτούμενο έργο από το 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής με 2,74 εκατομμύρια ευρώ. Στο πεδίο της ορθοπαιδικής, στο LTFN θα γίνει μέρος της έρευνας που αφορά το πρόγραμμα «Νανοαρθροχόνδρος». Πρόκειται για ένα ερευνητικό έργο (http://ltfnprojects.physics.auth.gr/nanoarthrochondros/) που χρηματοδοτείται από το Πρόγραμμα Συνεργασία του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς – ΕΣΠΑ. Το «Νανοαρθροχόνδρος» δημιουργεί μια νέα στρατηγική μέθοδο θεραπείας για την αναγέννηση χόνδρου στην αρθρική περιοχή του γόνατος, που στηρίζεται στη νανοτεχνολογία και νανοϊατρική. Στο πρόγραμμα συμμετέχουν διάφοροι ερευνητικοί φορείς από το ΑΠΘ (εργαστήριο βιολογικής χημείας, βιοχημείας, γ. ορθοπαιδική κλινική «Παπαγεωργίου») από το πανεπιστήμιο Πατρών, δύο εταιρείες βιοτεχνολογίας, υπό τον συντονισμό του εργαστηρίου νανοτεχνολογίας LTFN, ΑΠΘ.
Με ποιο τρόπο θα μπορούσε η νανοτεχνολογία να βοηθήσει στις καρδιολογικές παθήσεις; Υπάρχει μια θεωρητική τοποθέτηση στην άποψη αυτή, ή η θεωρία αυτή έχει προχωρήσει σε πειραματικό στάδιο και άρα μπορούμε να μιλάμε για νέα δεδομένα;
H νανοϊατρική προσεγγίζει ζητήματα όπως τη χρήση των νανοϋλικών και των ιατρικών νανοαισθητήρων για τη διάγνωση και θεραπεία της αθηρωμάτωσης αλλά και τις μελλοντικές εφαρμογές της αναγεννητικής ιατρικής για τη δημιουργία μυοκαρδιακού ιστού για τη θεραπεία του εμφράγματος ή της μυοκαρδιοπάθειας, καθώς και προηγμένων καρδιακών βαλβίδων. Η θρομβογονικότητα, η απόρριψη ή η φλεγμονή των προσθετικών καρδιακών βαλβίδων και η συνεχή λήψη αντιπηκτικών από τον ασθενή αποτελούν μερικά από τα μειονεκτήματα των υπό χρήση βαλβίδων που μπορεί να ξεπεραστούν με την αναγεννητική ιατρική. Στηριζόμενη σε νέες τεχνικές κυτταροκαλλιέργειας και στον σχεδιασμό βιοαποικοδομήσιμων πολυμερικών ικριωμάτων, η μηχανική ιστών εμφανίζεται στο προσκήνιο ως η πιο προηγμένη μέθοδος θεραπείας για την ιστική αναγέννηση. Ήδη αρκετές ερευνητικές ομάδες στο εξωτερικό διεξάγουν έρευνα για την παρασκευή μαγνητικών νανοσωματίδιων που θα στοχεύουν στις αθηρωματικές πλάκες και θα τις απεικονίζουν με υψηλή ευκρίνεια με τη χρήση μαγνητικής τομογραφίας. Τα πολυλειτουργικά αυτά νανοσωματίδια, λόγω του μικρού τους μεγέθους θα εισέρχονται στην αθηρωματική πλάκα με έντονη φλεγμονή και θα απελευθερώνουν φάρμακα με αντιφλεγμονώδεις και αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Αποτέλεσμα είναι η σταθεροποίηση της ασταθούς πλάκας και η αποτροπή της ρήξης της. Με τον τρόπο αυτό οι επεμβατικές μέθοδοι διάγνωσης της αθηρωμάτωσης (π.χ. ενδαγγειακός υπέρηχος, στεφανιογραφία, θερμογραφία) και θεραπείας αυτής (όπως αγγειοπλαστική με stents), θα αντικατασταθούν με αναίμακτες νανοτεχνικές.
Σημαντικό όμως είναι να τονιστεί ότι οι τρέχουσες συζητήσεις στον τομέα της νανοϊατρικής αφορούν τη νανοτοξικότητα και την επίδραση στο κύτταρο στην εξορισμού πολύ μικρής νανοκλίμακας χρησιμοποιούμενων υλικών και νανοσωματιδίων. Πρέπει να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ της κλινικής αποτελεσματικότητας των νανοϋλικών και της τοξικότητάς τους ώστε τα επιτεύγματα της νανοτεχνολογίας να χρησιμοποιηθούν προς όφελος του ασθενή.
Όλες οι τελευταίες εξελίξεις που αφορούν τη θεραπεία του καρκίνου, παρουσιάζουν ως λύση για τις διάφορες μορφές του, τη στοχευόμενη θεραπεία. Πιστεύετε πώς η νανοτεχνολογία μπορεί να προσφέρει γρηγορότερα και καλύτερα αποτελέσματα από τη γενικευμένη χημειοθεραπεία που εφαρμόζεται αυτήν τη στιγμή στους ασθενείς που έχουν καρκίνο; Τα νανοσωματίδια σε ποιες περιπτώσεις καρκίνου μπορούν να χρησιμοποιηθούν;
Η πρόοδος της νανοϊατρικής στην ελεγχόμενη αποδέσμευση των φαρμάκων σχετίζεται με την ανάπτυξη συνθετικών νανοσυστημάτων για τη στοχευμένη απόδοση περίπλοκων θεραπευτικών φαρμάκων και βιομορίων στην περιοχή του καρκίνου. Πολλές νέες μελέτες γίνονται σχετικά με τα καινοτομικά νανοσυστήματα στοχευμένης θεραπείας, όπως είναι: οι νανοσφαίρες, τα μαγνητικά νανοσωματίδια, οι πολυμερικές νανοκάψουλες, τα δενδριμερή, τα φουλερένια και οι νανοσωλήνες. Στην επιφάνεια αυτών των νανο-διατάξεων, μπορούμε να ενσωματώσουμε υποδοχείς που αναγνωρίζουν συγκεκριμένα μόρια, τα οποία μπορεί να βρίσκονται είτε στην εξωτερική μεμβράνη των προς στόχευση κυττάρων είτε στο εσωτερικό τους. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, τα νανο-συστήματα μπορούν να διέρχονται βιολογικούς φραγμούς, όπως τον αιματεγκεφαλικό φραγμό και να απελευθερώνουν τα χημειοθεραπευτικά φάρμακα στοχευμένα στα καρκινικά κύτταρα, χωρίς να βλάπτουν τα γειτονικά υγιή κύτταρα. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγονται οι γενικευμένες παρενέργειες της χημειοθεραπείας και επιτυγχάνεται η μεγιστοποίηση της βιοδιαθεσιμότητας και της αποτελεσματικότητας των χημειοθεραπευτικών φαρμάκων που απελευθερώνονται από τα νανοσωματίδια στην περιοχές του όγκου. Τα νανοσωματίδια αυτά μπορούν να στοχεύσουν σε όλα τα είδη των καρκινικών κυττάρων, ακόμη και σε όγκους εγκεφάλου που είναι δύσκολα προσπελάσιμοι με τις συνήθεις χειρουργικές τεχνικές.
Στην ομιλία σας στο 8ο Διεθνές Συνέδριο Νανοτεχνολογίας, αναφερθήκατε σε μια ακόμα ασθένεια, η οποία επηρεάζει ένα σημαντικό αριθμό ατόμων σε όλο τον πλανήτη, τον διαβήτη. Αναλύστε μας τους τρόπους με τους οποίους τα νανοσωματίδια θα μπορούσαν να δημιουργήσουν έναν ασφαλέστερο τρόπο χορήγησης της ινσουλίνης στα άτομα αυτά, βάζοντας τέλος στη χρήση της υποδόριας ένεσης ινσουλίνης.
Η νανοτεχνολογία μπορεί να συμβάλει στην αντικατάσταση της υποδόριας χορήγησης ινσουλίνης με την peros χορήγηση. Όπως είναι γνωστό, η ινσουλίνη είναι πρωτεΐνη η οποία, κατά την λήψη peros, καταστρέφεται από την επίδραση του γαστρικού υγρού. Έχει διαπιστωθεί ότι αν βάλουμε την ινσουλίνη σε νανοσωματίδια με χυτοσίνη, ένα πολυμερές που περιβάλλει το νανοσωματίδιο, αυτή προστατεύεται από το γαστρικό υγρό. Επιπρόσθετα, λόγω της χυτοσίνης, η ινσουλίνη απορροφάται καλύτερα από το έντερο. Άρα ουσιαστικά προσπαθούμε να βρούμε τρόπους μεταφοράς της ινσουλίνης με ένα χάπι που έχει πάρα πολλά νανοσωματίδια.
Πότε εκτιμάτε ότι όλες αυτές οι μέθοδοι θα μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν ως «εργαλεία» στα χέρια των γιατρών και να δώσουν αποτελεσματικότερες λύσεις σε αυτές τις σοβαρές ασθένειες;
Καταρχήν είναι πολύ σημαντικό να υπάρξει κοινός κώδικας επικοινωνίας, ανταλλαγή απόψεων και συνεργασία μεταξύ των νανοτεχνολόγων και των κλινικών γιατρών ώστε να δοθούν νανοτεχνολογικές λύσεις στα κυριότερα κλινικά προβλήματα που ταλανίζουν την ιατρική κοινότητα. Στην προσπάθεια αυτή, θα κατευθυνθεί η θεματολογία του «Nanomedicine Workshop» κατά τη διάρκεια του 9ου Παγκόσμιου Συνέδριου Νανοτεχνολογίας (ΝΝ12), που θα διοργανωθεί στη Θεσσαλονίκη -υπό την αιγίδα του LTFN- από τις 3-6 Ιουλίου, στο πλαίσιο της πλατφόρμας των πολυγεγονότων «NANOTEXNOLOGY 2012» (http://www.nanotexnology.com).
Η νανοϊατρική επιδιώκει στο εγγύς μέλλον να διαδώσει πολύτιμα ερευνητικά εργαλεία, καθώς και συσκευές χρήσιμες στην τρέχουσα κλινική πράξη. Σε 3-5 έτη, τα επιτεύγματα της νανοϊατρικής, που τώρα φαντάζουν αποκυήματα επιστημονικής φαντασίας, θα τεθούν στην κλινική πράξη προς όφελος του ασθενή. Βέβαια, είναι αναγκαίο να προηγηθεί η εκτίμηση της ασφάλειάς τους σε κλινικές μελέτες, γεγονός που απαιτεί χρόνο.
Το χρηματικό ποσό που διατίθεται από διάφορες χώρες σε όλο τον κόσμο για την έρευνα και τη δημιουργία φαρμάκων, που θα βοηθήσουν στη θεραπεία πολλών ασθενειών, είναι τεράστιο. Λαμβάνοντας υπόψη μας ότι αυτήν τη στιγμή σε παγκόσμιο επίπεδο τα οικονομικά στοιχεία έχουν αλλάξει άρδην, δημιουργώντας πολλά ερωτηματικά για το αν πρόκειται να μειωθούν τα χρήματα που δίνονται στον χώρο της υγείας, σας προκαλεί άγχος για το μέλλον της έρευνας και της ανάπτυξης στη χώρα μας;
Δυστυχώς τα κονδύλια για έρευνα στον τομέα της υγείας και ειδικότερα στη νανοϊατρική είναι πολύ περιορισμένα. Η επιδείνωση της οικονομικής κατάστασης της χώρας μας σαφώς επηρεάζει δυσμενώς ακόμη περισσότερο τη χρηματοδότηση της έρευνας αυτής. Αλλά θεωρώ ότι η νανοτεχνολογία και η νανοϊατρική αποτελούν σημαντικούς μοχλούς ανάπτυξης για τη χώρα μας. Η έρευνα στον τομέα της νανοϊατρικής στην Ελλάδα είναι απαραίτητο να χρηματοδοτηθεί στο πλαίσιο του εθνικού σχεδίου ανάπτυξης για έξοδο από την κρίση. Διότι, η καινοτομία που απορρέει από το «Νανο», σε συνδυασμό με τις γνώσεις της κλασικής ιατρικής και τον ενθουσιασμό των νέων επιστημόνων, αποτελούν τη σωστή συνταγή για την ανάπτυξη του νέου αυτού επιστημονικού κλάδου στην Ελλάδα μας. Θα ήθελα να τελειώσω με τη ρήση του Richard Feynman, νομπελίστα της Φυσικής, «There is plenty of Room at the Bottom».
Νανοδομημένα υλικά: αριστερά, πορώδες βιοϋλικό για την προσκόλληση κυττάρων και δεξιά, δίκτυο από νανοϊνες.
