вторник, 30 апреля 2013 г.

Молекулы можно печатать как картинки на листе бумаги


"Молекулы можно печатать как картинки на листе бумаги"
Химия и жизнь
Ли Кронин обещает превратить синтез веществ в такую же бытовую рутину, как приготовление завтрака
Фото: TED/James Duncan Davidson
Текст: Алексей Гостев

Представьте ситуацию: у вашего ребенка температура, а дома нет ни "Нурофена", ни "Панадола". Но вместо того, чтобы послать вас в аптеку, жена говорит: "Дорогой, давай распечатаем немного ибупрофена из интернета". Через минуту вы скачиваете инструкцию с описанием синтеза нужного вещества, загружаете в специальный принтер "химические чернила" — и небольшая порция чистейшего ибупрофена готова, причем ничем не хуже, чем в препарате под названием "Нурофен". В прошлом году шотландский химик Ли Кронин изобрел не что иное, как химический принтер — устройство, способное "печатать" простые молекулы из набора реактивов, которые Кронин называет "химическими чернилами" — по алгоритму, сохраненному в компьютере. Понятно, что сегодня это устройство отличается от футурологического "принтера молекул" точно так же, как первые телевизионные приемники 1920-х годов от современного 3D-телевизора. Насколько быстро будет пройден путь к полноценному хемопринтеру, пока непонятно. Не ясны и проблемы, которые могут возникнуть на этом пути. Причем проблемы не только технические, но и социальные. Ведь напечатать можно будет любое вещество, например LSD или пластит. 
Ли Кронин впервые привлек к себе внимание в 2011 году не менее революционной идеей — идеей "неорганической жизни". Химик продемонстрировал, что структуры из неорганических молекул, например, содержащих вольфрам, во многих отношениях напоминают живые клетки и демонстрируют многие свойства живого. "Мы заставим эволюцию работать в неорганическом мире",— заявил Кронин. И вот сегодня он решил принципиально изменить способ, которым в нашей экономике производятся химические вещества, демократизировав химию и фармакологию. Точно так же ранее была демократизирована журналистика при поддержке социальных сетей или производство вещей при помощи 3D-принтеров. 
Вас не пугают социальные последствия вашего изобретения? Кто знает, во что превратится мир, где каждый сможет распечатать килограмм-другой пластита? 
Во-первых, говорить об "изобретении" хемопринтера рано. Мы только показали: такие устройства возможны. Когда мы подойдем к моменту, что на подобном устройстве можно будет распечатать даже не любые молекулы, но хотя бы молекулы, которые мы считаем опасными — наркотики, взрывчатые вещества, тогда, я уверен, государства придумают ограничения, через программное обеспечение или "железо", чтобы уменьшить риски от их нежелательного использования. Это не повод запрещать создание таких гаджетов. Например, сейчас в мире бум трехмерных принтеров, и никого не смущает, что на некоторых из них вы можете "распечатать" детали для автомата Калашникова. Химические принтеры, как и трехмерные,— часть общего тренда, который становится все более заметным,— демократизация производства вещей. Она охватывает разные отрасли, а я конкретно пытаюсь сделать более демократичным синтез веществ, особенно лекарств. Я считаю, что сделать доставку лекарств по-настоящему эффективной — значит производить их на месте, в каждом доме, ровно тогда, когда это необходимо. 
Получается, мы пока далеки от момента, когда любая квартира сможет превратиться в лабораторию по синтезу химических препаратов? 
Я думаю, развитие химического принтинга пройдет те же этапы, что, например, развитие трехмерных принтеров. Сначала будут созданы работающие исследовательские модели, затем — индустриальные хемопринтеры, которые можно будет установить в небольшой компании. И только потом придет время для домашних принтеров, которые смогут позволить себе обычные потребители. 
Как будут работать такие устройства? 
В идеале вмешательство пользователя в их работу станет минимальным. Молекулы можно печатать как картинки на листе бумаги. Вы заряжаете принтер набором реактивов — я называю их "химическим чернилами", загружаете алгоритм с описанием реакции и инициируете саму реакцию — по сути, "печатаете" нужное вещество. Сейчас мы разрабатываем хемопринтер на основе обычного трехмерного принтера. Как выглядит его работа? На трехмерном принтере вы печатаете "матрицу" для будущей реакции — оптимальный набор трехмерных емкостей, снабженных химическими катализаторами, в которых эта реакция будет происходить. Емкости имеют строго определенный размер. Они соединены рубками точно рассчитанной длины и диаметра. По сути, это оптимальная среда для хода реакции. Ее разработка требует многих итераций и труда исследователей. В своих опытах для создания этих емкостей мы используем обычный герметик, который применяют сантехники. Одновременно тот же принтер добавляет в напечатанную матрицу "химические чернила" (реактивы) и запускает реакцию. Дополнительные датчики и программное обеспечение следят за ходом реакции и обеспечивают связь принтера с компьютером при синтезе. Самый сложный процесс — разработка правильной процедуры синтеза и создание оптимальной трехмерной матрицы. Однако когда такой оптимальный набор инструкций для машины создан, вмешательство пользователя, как я сказал, может быть минимальным. Теоретически синтез становится доступным для кого угодно — от студента-химика до обычной домохозяйки. 
Что такое "химические чернила"? Разве, чтобы "напечатать" все разнообразие веществ, не потребуется очень большой набор реактивов? 
В идеале вы должны зарядить в принтер углерод, кислород, железо, марганец и т. д. и на выходе получать любую молекулу. Однако если смотреть на вещи реально, работать с такими веществами будет сложно. И в то же время почти все лекарства состоят только из трех элементов: углерода, кислорода и водорода. "Химические чернила" в моем понимании — это не элементы, а относительно простые молекулы, из которых вы создаете более сложные молекулы. Чтобы сделать сахар, вам потребуются молекулы простых сахаров и правильная матрица для соединения их друг с другом. Я считаю, что при помощи относительно небольшого набора реактивов-"чернил" можно будет напечатать практически любую органическую молекулу. 
Демократизация химии — единственный эффект от создания химического принтера? 
Разумеется, нет. На самом деле для меня основной смысл этого устройства — развитие персонализированной медицины. В будущем вы сможете не только производить лекарства прямо на месте, но и осуществлять диагностику и определять, как эти лекарства станут взаимодействовать с вашим организмом. Например, вы можете, используя ваши стволовые клетки и их ДНК, "распечатать" персонализированное лекарство, созданное специально под потребности вашего организма. Это и есть настоящая персонализированная медицина, когда каждый из нас станет участником исследования, тестирования и производства новых лекарств. 

Комментариев нет:

Отправить комментарий