За първи път концепцията за нанонаука въвежда физикът Ричард П. Фейнман през 1959 г. в лекция пред Американското физическо дружество, а терминът „нанотехнология“ е използван през 1974 г. от японския изследовател Норио Танигучи. В средата на 80-те гоодини Ерик Дрекслър прави нанотехнологиите обществено достояние със своята книга „Двигатели на сътворението: Настъпващата ера на нанотехнологиите“. Днес с термина „нано“ се означават технологии и материали с размери под 100 nm. Приложението на тези материали е насочено към различни сфери: физика, химия, биология, наука за материалите и медицина.

„Една биологичната система може да бъде изключително малка. Голяма част от клетките са микроскопични, но много активни. Те произвеждат различни вещества, движат се наоколо, мърдат и правят всякакви чудесни неща – и всичко това се случва в много малък мащаб. Клетките споделят и информация. Помислете за възможността ние също да може да правим нещо толкова малко, което да изпълнява всичко онова, което искаме – да създадем обект, който да маневрира на това ниво!“

- Ричард Фейман (1959)

Фейнман би останал изумен от развитието на нанотехнологиите, които предоставят инструменти за измерване, изучаване и разбиране на биологичните системи. Примери за това са импланти на изкуствени стави, „манипулиране“ (потискане или експресия) на молекули в клетките, биосъвместими електронни устройства и „интелигентно“ доставяне на лекарствени вещества с контролирано освобождаване. В бъдеще наномедицината ще ни позволи да използваме индивидуално разработени терапии. Новосинтезирани наночастици на базата на метали позволяват изграждането на многокомпонентни системи за прилагане на т.нар. „тераностика“ – терапия, която включва както терапевтични, така и диагностични молекули. Получената нова наносистема ще позволи едновременна диагностика, доставка на лекарства и наблюдение на ефектите от тях, а защо не и да замени конвенционалните терапии, които в много случаи са основани на общи протоколи и съпроводени от много странични ефекти за пациента. В бъдеще наноонкологията ще предложи лечение на рака, като се заложи на потенциала на наночастиците да доставят противоракови лекарства и локализирано да „убиват“ лошите клетки, без да засягат околната тъкан. От размера, повърхността и вида на наночастиците зависи и тяхното приложение. Частици с подходящо конструирана повърхност имат потенциал да доставят лекарства през кръвно-мозъчната бариера, като по този начин позволяват да се третират туморите в мозъка – едни от най-трудните за влияние поради ограниченото преминаване на лекарствените препарати през бариерата.

Инвестиции

Инвестициите в наномедицината са на стойност 179,8 млрд. долара за 2023 г. според доклад на World Nano Foundation. Прогнозата е те да нараснат до 328,4 млрд. долара в рамките на следващите пет години и да надхвърлят 500 млрд. долара до 2030 г. От доклада става ясно, че значително се увеличава инвестиционната подкрепа за разработването на нанотерапии за ваксини, образна диагностика, регенеративна медицина и таргетна доставка на лекарства. Това е в съответствие с прогнозата и на платформата за мониторинг на инвестиции Pitchbook, според която вложените средства в наномедицината водят до ръст на сектора с 250% през последните пет години.

Къде се намира България в прилагането и развитието на нанотехнологиите?

България все още е на дъното на класацията по отношение на инвестициите спрямо страните от ЕС в научноизследователската дейност (23-то място от 27 държави – членки на ЕС, като след нея остават само Хърватия, Латвия, Кипър и Румъния). Освен инвестиции са необходими и реформи в сферата на висшето образование, насочени към осигуряването на по-добър синхрон между него и нуждите на научните изследвания, икономиката и бизнеса. Хората на науката са един от основните фактори за развитие на нанотехнологиите и наномедицината в България. Във време, в което все по-малко хора избират професията на учен, химик или инженер, е важно българската държава ясно да покаже, че има потенциал и желание за развитие и ще помага на „изследователите мечтатели“, като стимулира научноизследователската кариера на всички етапи. За подготовката на следващото поколение „мечтатели“ са необходими промени в приема и подготовката на студенти и докторанти. Образованието в областта на химията и инженерните науки, което се предлага на младите хора в страната, е остаряло като методика, знания, материална база и практическа приложимост, което е от решаващо значение за взаимодействието с бизнес сектора. Докторантите в България получават много по-ниско заплащане от тези в същата област, които се развиват в чужбина. Това прави докторантурата в друга страна много по-привлекателна като перспектива за научно развитие. Необходима е промяна на системата за прием на докторанти, като се въведе т.нар. „проектен принцип“ – старт на научната кариера на един млад човек с работа по негов самостоятелен проект, който да се финансира. Това ще осигури достатъчно пространство и време да се изпробват нови идеи. Системата за оценка също трябва да бъде по-гъвкава, така че докторантите да не попадат в капана на преследването на даден брой публикувани научни изследвания, а по-скоро да се залага на качеството на научните разработки.

Фазовоконтрастна микроскопия на MDA-MB-231 клетка от рак на гърдата. Наночастици (сини точки), локализирани около клетъчното ядро, визуализирани чрез метода Пруско синьо

Мащабността на инвестициите в световен план показват, че промяната и реформите са неизбежни. Големи европейски инфраструктурни фондове подпомагат закупуването на нова апаратура, а през 2019 г. в България стартира програма на МОН за подпомагане на млади изследователи – Национална програма „Млади учени и постдокторанти“. В рамките на три години са финансирани над 150 проекта на постдокторанти и 250 на млади учени.

Като постдокторант към Институт по биофизика и биомедицинско инженерство – БАН, имах възможност да бъда ръководител на проект, финансиран по програмата. В него разработихме ефективен протокол за третиране на клетки от рак на гърдата чрез използване на магнитни наночастици и нискочестотни магнитни полета. Колеги от групата на проф. Орестис Калогиро от Солунския университет „Аристотел“ създадоха 3D модел на устройство, генериращо три режима на подаване на магнитно поле: статично, пулсово и ротиращо се. Използван в in vitro условия, апаратът, индуциращ пулсово магнитно поле, заедно с въведените в раковите клетки частици предизвика намалена клетъчна преживяемост, а комбинирането му с магнитна хипертермия[1] води до засилен антитуморен ефект. Благодарна съм за възможността да работя с тези колеги, а резултатите ми бяха номинирани в категория „Наука и/или технологично развитие“ в националния кръг на програмата Junior Chamber International (JCI) и попаднах сред топ 30 на „Най-изявените млади личности в света“ (TOYP) на организацията за 2023 г. Резултатите ми дават основа за нови изследвания в областта на наноонкологията. Иновативната тема на проекта също така привлича млади учени, които могат да продължат своето научно развитие като докторанти в БАН и вдъхновява разработването на нови изследвания върху рака на гърдата.

Хипертермията обикновено се определя като терапия, при която температурата на тялото се повишава над 42° C (температура, по-висока от нормалната). Магнитната хипертермия е вид термично лечение на ракa, за което се използва топлината, генерирана от магнитни наночастици. 

Послание към младите изследователи

„Ако в света нямаше мечтатели, къде щеше да е науката днес?“, пита един популярен филмов герой. Живеем в свят на идеите. Добрите учени имат способността да мислят извън рамките и да оспорват съществуващите догми. Използвайте любопитството си, за да измислите нещо ново, което ще помогне на наномедицината да бъде по-безопасна и полезна. А ако искате да бъдете успешни, трябва да „горите“ в това, което правите, вместо да го третирате просто като работа.