Αόρατα ρομπότ: Το νέο όπλο στη θεραπεία του καρκίνου (και όχι μόνο)

Στο φετινό Athens Science Festival που διοργανώνεται αυτές τις μέρες στην Τεχνόπολη, τα ρομπότ έχουν την τιμητική τους, καθώς μικροί και μεγάλοι έχουν την ευκαιρία να εξοικειωθούν με τη ρομποτική τεχνολογία και τις χρήσεις της στην καθημερινή μας ζωή μέσα από εκθέσεις, workshops και ομιλίες. Ωστόσο, ο Καθηγητής Κωνσταντίνος Δεμέτζος, Διευθυντής του Εργαστηρίου της Φαρμακευτικής Τεχνολογίας στο Τμήμα Φαρμακευτικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών και Πρόεδρος της Ελληνικής Φαρμακευτικής Εταιρείας (ΕΦΕ), θα παρουσιάσει κάποια βιο-ρομποτικά συστήματα  εντελώς διαφορετικά από αυτά που έχουμε στο μυαλό μας. Ρομπότ “έξυπνα”,  “αόρατα”, “βιο” και “νανο” που φέρνουν την επανάσταση στη θεραπεία του καρκίνου, των γενετικών ασθενειών και πολλών άλλων παθήσεων. Τι σημαίνουν όλα αυτά; Μιλήσαμε με τον κύριο Δεμέτζο λίγες μέρες πριν την ομιλία του στο φεστιβάλ προκειμένου να μάθουμε περισσότερα για τα έξυπνα βιονανο-ρομποτικά φάρμακα και την επανάσταση που -όπως μας είπε χαρακτηριστικά- έχει ήδη ξεκινήσει.

-Τι ακριβώς είναι τα βιονανο-ρομποτικά φάρμακα;

Στον τίτλο της ομιλίας μου στο φεστιβάλ έχουμε χρησιμοποιήσει κάποιες λέξεις “προκλητικές” θα έλεγα προσπαθώντας να εκλαϊκεύσουμε δύσκολους επιστημονικούς όρους. Μιλάμε για “έξυπνα” ή “ευφυή” βιο-νανο συστήματα τα οποία μεταφέρουν φαρμακευτικά μόρια, δηλαδή φάρμακα, μέσα στον οργανισμό σαν ένας “δούρειος ίππος”. Τα αποκαλούμε ρομποτικά αλλά πρόκειται για  κάτι διαφορετικό από αυτό που όλοι έχουμε στο μυαλό μας ως ρομπότ από την παιδική μας κιόλας ηλικία, δηλαδή ένα κατασκεύασμα με διαστάσεις που το καθιστούν ορατό και είναι προγραμματισμένο μέσω ενός υπολογιστή να κάνει ορισμένα πράγματα, όπως να κινείται, να αποφεύγει εμπόδια κ.ο.κ.

Τα ρομποτικά συστήματα για τα οποία συζητάμε λειτουργούν στον νανο-κόσμο, αναφερόμαστε δηλαδή σε κάτι τόσο μικροσκοπικό που είναι αόρατο. Για να καταλάβετε, στη διάσταση μιας τρίχας χωρούν από 1.000 έως 10.000 τέτοια συστήματα. Παράλληλα, τα εν λόγω ρομπότ είναι βιο, καθώς αποτελούνται από υλικά οργανικά, συστατικά της κυτταρικής μας μεμβράνης η υλικά βιοσυμβατά με τον οργανισμό μας, και συνεπώς μοιάζουν με τα κύτταρά μας. Δεν τα κατασκευάζουμε εμείς όπως τα παραδοσιακά ρομπότ. Εμείς βάζουμε τα υλικά μέσα σε συγκεκριμένο περιβάλλον κι αυτά αυτο-οργανώνονται, φτιάχνουν δηλαδή μόνα τους μια κατασκευή.

Τώρα γιατί κάνουμε λόγο για ένα σύστημα “έξυπνο” ή “ευφυές”; Διότι είναι σε θέση να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του. Για παράδειγμα, όταν μπει μέσα στον οργανισμό αντιλαμβάνεται “εχθρούς” π.χ το ανοσοποιητικό σύστημα, άρα γίνεται “αόρατο”, άρα μπορεί να τους αποφύγει για να μπορεί να μεταφέρει το φάρμακο στον πάσχοντα ιστό.

In this image, targeted nanoparticlesÑeach about 1/100 the size of a human cell and engineered to be stealthy within the bodyÑdeliver high doses of chemotherapy to cancer cells. A team of researchers led by Omid Farokhzad at Brigham and WomenÕs Hospital and MIT Institute Professor Robert Langer have demonstrated the precision required to engineer a nanoparticle that is effective in targeted drug delivery. Details of their work were published in the January issue of the Proceedings of the National Academy of Science. Credit: Nicolle Rager Fuller, Sayo-Art. 

Τα “έξυπνα” βιονανο-ρομποτικά συστήματα μεταφέρουν φάρμακα μέσα στον οργανισμό σαν ένας “δούρειος ίππος”

– Τα προγραμματίζουμε με κάποιον τρόπο να αναγνωρίζουν τους “εχθρούς”;

Δεν υπάρχει ο προγραμματισμός με την έννοια που τον ξέρουμε στα κλασικά ρομπότ, μέσω κάποιου κομπιούτερ. Τους προσδίδουμε όμως κάποια χαρακτηριστικά και κάποιες ιδιότητες. Για παράδειγμα, βάζουμε ένα “κλειδί” που λέγεται αντίσωμα για να πάει να βρει την αντίστοιχη “κλειδαριά” που λέγεται αντιγόνο. Αν πάει σε λάθος ‘κλειδαριά’ δεν θα ξεκλειδώσει, οπότε πηγαίνει και εντοπίζει το σημείο, τον κατάλληλο ιστό δηλαδή. Ξεκλειδώνει, μπαίνει μέσα και αφήνει το φάρμακο.

Άρα έχουμε βιο-νανο-ρομποτικά συστήματα που μεταφέρουν φάρμακα παρακάμπτοντας “εχθρούς” που συναντούν μέσα στον οργανισμό, περνώντας από υγιείς ιστούς χωρίς να τους πειράζουν, ελαττώνοντας έτσι την τοξικότητα του φαρμάκου που μεταφέρουν. Τα φάρμακα τα πηγαίνουν σε μια συγκεκριμένη “κλειδαριά”, ανοίγουν την βιολογική πόρτα θα λέγαμε, μπαίνουν μέσα κι εκεί το παραδίδουν. Και μάλιστα, στη συνέχεια,  έχουν την εξυπνάδα ή την ευφυΐα να αυτοκαταστρέφονται χωρίς να αφήνουν ρύπους στο περιβάλλον, χωρίς δηλαδή να είναι τοξικά για τον οργανισμό.

– Αν τα παραδοσιακά ρομπότ αντιγράφουν τρόπον τινά τις λειτουργίες του ανθρώπου για να κάνουν κάποια πράγματα αντί του ανθρώπου, τα βιο-νάνο ρομποτικά συστήματα αντιγράφουν τη λειτουργία των κυττάρων μας αλλά με πολύ πιο εξελιγμένο τρόπο, με μια ευφυΐα, όπως αναφέρατε;

Στην πραγματικότητα προσπαθούμε να αντιγράψουμε τη φύση αλλά σε πολύ αρχικό στάδιο και σε απλοϊκή μορφή. Διότι η φύση και ο ανθρώπινος οργανισμός έχουν μια εξαιρετική πολυπλοκότητα δισεκατομμυρίων ετών εξέλιξης και προσαρμογής. Συνεπώς, αυτό που πάμε να φτιάξουμε εμείς είναι κάτι πολύ απλό αλλά και πολύπλοκο ταυτόχρονα για την τεχνολογία που διαθέτει σήμερα ο άνθρωπος. Για τη φύση είναι κάτι πολύ απλό, για εμάς που προσπαθούμε να το φτιάξουμε, να αναγνωρίσουμε δηλαδή πού είναι τα καρκινικά κύτταρα και όχι τα υγιή κύτταρα, είναι δύσκολο να το πετύχουμε. Το να περάσει το φάρμακο εγκλωβισμένο μέσα στο “αόρατο” βιο-νανο σύστημα στον ανθρώπινο οργανισμό ξεπερνώντας βιολογικά εμπόδια και φραγμούς, διατηρώντας τα αρχικά του χαρακτηριστικά, είναι εξαιρετικά πολύπλοκο.

– Σε ποιο στάδιο βρίσκεται η σχετική έρευνα;

Η έρευνα για τα βιο-νάνο ρομποτικά συστήματα υπάρχει στη διεθνή βιβλιογραφία, δεν είναι κάτι καινοφανές. Μάλιστα εδώ στην Ελλάδα έχουμε υλοποιήσει αρκετά πράγματα και τα αποτελέσματα είναι δημοσιευμένα.

Στο εργαστήριό μου έχουμε τη δυνατότητα να φτιάχνουμε “έξυπνα” βιονάνο συστήματα και βρισκόμαστε πλέον στο στάδιο της έρευνας και της αξιολόγησης, θέτοντας επιστημονικά και τεχνολογικά ερωτήματα, αν δηλαδή ο προγραμματισμός των ρομποτικών αυτών συστημάτων είναι ενδογενής λόγω της φυσικοχημείας τους ή η δική μας παρέμβαση συμβάλλει σε αυτό. Εγκλωβίζουμε φάρμακα, αντικαρκινικά κυρίως, σε βιο νανο συστήματα τα οδηγούμε  μέσα στον οργανισμό και μελετάμε τα χαρακτηριστικά τους. Το ερώτημα το οποίο τίθεται και θα θέσω και κατά την ομιλία μου στο Athens Science Festival την Κυριακή είναι πού βρίσκεται ο προγραμματισμός αυτού του συστήματος; Δηλαδή ενώ στα παραδοσιακά ρομπότ προγραμματίζουμε το σύστημα με αλγόριθμους και κώδικα επικοινωνίας, εξωτερικά με ένα κομπιούτερ, σε αυτά τα συστήματα μπορούμε να κάνουμε κάτι αντίστοιχο ή η ίδια τους η φύση είναι εκείνη η οποία δημιουργεί τους αλγόριθμους επιβίωσης και συμπεριφοράς τους. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να κάνουμε προσεκτική ανάγνωση των βιολογικών και φυσικοχημικών λειτουργιών της φύσης και των βιοϋλικών.

Ο Καθηγητής Κωνσταντίνος Δεμέτζος θα μιλήσει για τα έξυπνα βιονανο-ρομποτικά φάρμακα στο πλαίσιο του Athens Science Festival,
την Κυριακή 2 Απριλίου, στις 18:00, στην Τεχνόπολη.

– Το ερώτημα δηλαδή είναι κατά πόσο μπορούμε να ελέγξουμε τη συμπεριφορά τους;

Ακριβώς, η έρευνα αυτήν τη στιγμή εστιάζει στο κατά πόσο μπορούμε να ελέγξουμε τη συμπεριφορά τους η να την τροποποιήσουμε με βάση τον σχεδιασμό και τα χαρακτηριστικά της νόσου. Όσο περισσότερο μπορέσουμε να ελέγξουμε τη συμπεριφορά σε υψηλότερο επίπεδο, τόσο πιο λειτουργικά και αποτελεσματικά θα είναι αυτά τα βιο νανο-συστήματα.

Το πού ακριβώς βρίσκεται ο προγραμματισμός είναι ένα ερώτημα που θα τεθεί και έχει και μια φιλοσοφική διάσταση, αν θέλετε. Η επιστήμη δεν έχει όλες τις απαντήσεις σε τέτοια ζητήματα, οπότε πρέπει να πηγαίνουμε ένα βήμα παρακάτω κάθε φορά με πολύ προσοχή και σεβασμό στις λειτουργίες της φύσης.

Τέτοια θεραπευτικά προϊόντα υπάρχουν ήδη στην αγορά, προϊόντα που είναι ‘αόρατα’, είναι ‘έξυπνα’, είναι νάνο, είναι βιο, μεταφέρουν βιοδραστικές ουσίες, βρίσκονται αυτή τη στιγμή στα νοσοκομεία μας και χρησιμοποιούνται κυρίως για πολύ σοβαρές νόσους.

Υπάρχουν ταυτόχρονα πάρα πολλά τέτοια προϊόντα σε κλινική φάση, δηλαδή βρίσκονται υπό έρευνα σε ανθρώπους αλλά δεν έχουν βγει ακόμα στην αγορά. Το ζήτημα επαναλαμβάνω είναι να τα κάνουμε όσο μπορούμε περισσότερο ελεγχόμενα και αποτελεσματικά, η αυτο-συναρμολόγησή τους δηλαδή να είναι όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερη για τον άνθρωπο.

Στην Ελλάδα είμαστε σε αυτήν τη κατεύθυνση, παράγουμε έργο, παίρνουμε προγράμματα ερευνητικά, όπως ένα πρόσφατο που πήραμε στο εργαστήριο μας μαζί με άλλους Ευρωπαίους συναδέλφους για τον καρκίνο του εγκεφάλου, και πρέπει να αναφέρω ότι η έρευνα που γίνεται στην Ελλάδα έχει διεθνή αναγνώριση.

– Είμαστε μπροστά σε μια επανάσταση στο χώρο του φαρμάκου που θα βασίζεται σε αυτά τα βιονανο-ρομποτικά συστήματα ή έχουμε πολύ δρόμο μπροστά μας;

Η αλήθεια είναι ότι η επανάσταση έχει ήδη ξεκινήσει και βρίσκεται αυτή τη στιγμή σε εξέλιξη. Εγώ προσωπικά τη συνάντησα την περίοδο 1995 – 1997, όταν σπουδάζοντας κοντά σε ένα από τα μεγάλα ονόματα του χώρου της νανοτεχνολογίας στην Αμερική, τον Καθ. Δημήτρη Παπαχατζόπουλο, κατάλαβα ότι συμβαίνει κάτι επαναστατικό. Η επανάσταση βεβαίως συνεχίζεται, είναι μια δυναμική διαδικασία, δεν θα κλείσει. Απλούστατα, κάθε βήμα που γίνεται είναι επαναστατικό βήμα ως προς την καταπολέμηση των νόσων και μάλιστα σε πολύ υψηλό επίπεδο έρευνας.

– Μπορείτε να μας αναφέρετε συγκεκριμένα αποτελέσματα τα οποία είναι πραγματικά ελπιδοφόρα για το πώς θα αντιμετωπίζουμε στο μέλλον κάποιες ασθένειες;

Εκείνο το οποίο φαίνεται ότι “κλέβει την παράσταση” τη δεδομένη χρονική στιγμή είναι η προσπάθεια να χρησιμοποιήσουμε τις νανοβιο-ρομποτικές πλατφόρμες- συστήματα ως φορείς πρωτεΐνων ή πεπτίδιων ή αντισώματων και να βοηθήσουμε την  ανοσοθεραπεία, να ενεργοποιήσουμε δηλαδή το ανοσοποιητικό σύστημα, το οποίο στη συνέχεια  θα λειτουργεί προς όφελος του ασθενούς. Το ζητούμενο είναι, όταν το βιο νανο ρομποτικό σύστημα  δώσει “φυσικοχημική εντολή”  ενεργοποίησης βιοχημικών μηχανισμών να ενεργοποιείται ο μηχανισμός άμυνας και καταστροφής εξωγενών ή ενδογενών”‘εχθρικών” βιολογικών παραγόντων ή διαδικασιών, αντίστοιχα, με στόχο την θεραπεία.

Ένα άλλο σημαντικό κομμάτι είναι η γενετική θεραπεία. Δηλαδή να μπορεί το βιο-νανο ρομποτικό σύστημα να μεταφέρει γενετικό υλικό ούτως ώστε να θεραπεύει γενετικές νόσους.

*Οι φωτογραφίες περιλαμβάνονται στο υλικό που παρουσιάζεται κατά την ομιλία και παραχωρήθηκαν στο News247 από τον κο Δεμέτζο.