Бурное развитие нанотехнологий несомненно приведет к тому, что в ближайшие годы наноматериалы войдут в нашу повседневную жизнь. И неудивительно, что все чаще стали обращать внимание на возможные эффекты их воздействия на живую природу.

Как уже говорилось [1], результаты исследований токсичности углеродных наноматериалов довольно противоречивы и вызывают много новых вопросов. Авторы единодушны, пожалуй, в одном – нужны дальнейшие исследования. При этом следует учитывать, что большинство экспериментов проводится в искусственных условиях, и уровни доз необязательно отражают реальную картину.

Однако неправильно считать, что влияние наноматериалов на людей, животных и окружающую среду стали изучать лишь недавно. Существует довольно много данных старых биокинетических, а также более поздних эпидемиологических и токсикологических исследований, относящихся к ультрамалым частицам в воздухе. Авторы обзора [2] считают, что эти данные можно рассматривать в качестве базиса новой дисциплины – нанотоксикологии. Нанотоксикология может быть определена как «наука о созданных наноустройствах и наноструктурах, имеющая дело с их воздействием на живой организм» [2]. Оценка их безопасности должна иметь высший приоритет в условиях ожидаемого распространения по всему миру и вероятного воздействия на людей, непосредственно или через выделение в окружающую среду (воздух, воду, почву).

Как отмечают авторы [2], люди подвергались воздействию находящихся в воздухе наноразмерных частиц на всех стадиях эволюции. К примеру, такие частицы (включая фуллерены) образуются естественным путем в процессах сгорания – при лесных пожарах, в вулканах. С началом промышленной революции воздействие резко возросло из-за антропогенных источников (двигатели внутреннего сгорания, электростанции, плавка, сварка, термообработка полимеров и др.), а быстро развивающаяся область нанотехнологий, вероятно, скоро станет еще одним таким источником воздействия.

Синтезированные наноматериалы могут попасть в окружающую среду разными путями – при производстве, при обработке и перевозке, использовании, утилизации. Они входят в солнцезащитные кремы и косметические средства, которые постоянно смываются (вспомните рекламу обувного крема по ТВ – «Новый Киви – продукт нанотехнологий!»). Они используются в электронике, шинах, топливных элементах и многих других продуктах, и неизвестно, не будет ли утечки или износа в период использования. Наконец, они могут попасть в мусорные свалки с выбрасываемыми после употребления материалами и устройствами.

В основном наноматериалы (как естественного, так и искусственного происхождения) поступают в организм через дыхательные пути, но нельзя не учитывать и попадание в желудочно-кишечный тракт, а также воздействие через кожу. Специфические защитные механизмы входных порталов защищают организм млекопитающих от вредных веществ. Однако для наноматериалов эти защитные механизмы могут не всегда быть эффективными.

При вдыхании наночастицы благодаря диффузии эффективно распространяются во все отделы дыхательного тракта. Маленькие размеры облегчают поступление в клетки и перенос в систему кровообращения и лимфатическую систему, и наночастицы достигают таких потенциально чувствительных мишеней как костный мозг, лимфоузлы, селезенка и сердце.

Не исключено их поглощение чувствительными нервными окончаниями в эпителии дыхательных путей и доступ к центральной нервной системе и нервным узлам, обусловленный перемещением вдоль отростков нейронов. Некоторые исследования указывают, что путь обонятельных нервов также следует рассматривать как портал входа в центральную нервную систему для человека в условиях окружающего и профессионального воздействия переносимых по воздуху наночастиц. Это подтверждается данными, полученными вирусологами, которые давно поняли движение вируса менингита человека через нейроны обонятельной системы и тройничного нерва. Авторы [2] выдвигают гипотезу, что наблюдаемые в некоторых эпидемиологических исследованиях сердечно-сосудистые эффекты, связанные с частицами в окружающей среде, отчасти обусловлены прямым воздействием перенесенных ультратонких частиц на вегетативную нервную систему через чувствительные нервы в дыхательном тракте. Некоторые данные подтверждают и предположение, что наночастицы в окружающем воздухе вызывают нейродегенеративные заболевания.

В желудочно-кишечный тракт наноматериалы могут попасть непосредственно (например, если они содержатся в пище или воде, или используются в косметике, или как лекарства, или устройства, доставляющие лекарственные препараты) или при выведении из дыхательных путей.

Потенциально важный путь попадания наноматериалов в организм – через воздействие на кожу, особенно поврежденную. (Следует отметить, что по некоторым данным наночастицы могут проникать даже через неповрежденную кожу при ее изгибе – как при движениях запястья). Движение вируса герпеса вдоль чувствительных кожных нервов, инициирующее вспышки герпеса у людей, давно установлено. Чтобы определить, происходит ли и в какой степени такой перенос в случае наночастиц, нужны дальнейшие исследования.

Кроме того, биомедицинские применения для диагностики и лечения [1, 3] потребуют внутривенного, подкожного или внутримышечного введения. Следует иметь в виду, что уникальное биокинетическое поведение наночастиц, которое делает их такими привлекательными для применений в медицине для лечения или диагностики, может быть связано с потенциальной токсичностью.

Для того, чтобы сделать созданные наноматериалы более биосовместимыми, применяют покрытие или ковалентную модификацию поверхности, однако некоторые исследования показали, что как покрытия, так и ковалентная модификация могут подвергаться воздействию кислорода воздуха или УФ излучения [2]. Даже покрытия, используемые в доставке лекарств, могут не быть биостойкими, или может иметь место метаболизм, и наноматериал, находящийся внутри, подвергнется внешнему воздействию. Необходимо определить стабильность покрытий и ковалентной модификации поверхности и в экологическом окружении, и in vivo.

Кроме того, доставка лекарств с помощью наночастиц в центральную нервную систему поднимает вопрос об их судьбе после перемещения к специфическим типам клеток или субклеточным структурам в мозге.

Рассматривая результаты немногочисленных экотоксикологических исследований, авторы [2] отмечают, что синтезированные наноматериалы, используемые как противомикробные препараты, могут сдвинуть баланс микробных сообществ, если они будут выводиться в окружающую среду. В общем случае наночастицы могут эффективно сорбироваться на осадках и частицах грунта и затем перемещаться по продуктовой цепочке.

Авторы [2] подчеркивают, что отсутствие токсикологических данных не должно привести к превентивной приостановке нанотехнологических исследований. Наоборот, следует бороться за трезвый баланс между дальнейшим развитием нанотехнологии и исследованиями, необходимыми для определения потенциальной опасности. Хотя токсикология конкретного материала может быть хорошо определенной, токсичность его наноразмерной формы может разительно отличаться. Очень важно, чтобы правительственные органы и промышленность ассигновали достаточные ресурсы для проведения научно обоснованной оценки риска. Разумно было бы рассмотреть проблемы окружающей среды и здравоохранения до широкого распространения нанотехнологий. Следует оценить как социальную пользу, так и возможные риски нанотехнологии и ясно донести информацию до населения и властей. Если не принять такие профилактические шаги, общество и власти могут отнестись к наноматериалам как к опасным, что может создать серьезные барьеры на пути коммерциализации и широкого распространения полезных в других отношениях продуктов нанотехнологии [2].

В какой степени наноформа вещества увеличила проникновение через кожу или повысила поглощение через легкие или желудочно-кишечный тракт? Что определяет, сколько наночастиц, попавших в системы циркуляции, будет распределено по всему телу, достигнет костного мозга, пройдет барьер кровь – мозг, пройдет плаценту и повлияет на развивающихся потомков или эффективно изолируется в печени? Влияют ли наночастицы, попавшие в окружающую среду, на элементы, важные в динамике продуктовой цепочки? Каковы отдаленные последствия воздействия наноматериалов? В настоящее время мало данных для исчерпывающих ответов на эти вопросы.

Многообразие искусственно созданных материалов и возникающих эффектов – главные проблемы и необходимые исследования для нанотоксикологии. Цель – использовать положительные аспекты синтезированных наноматериалов и избежать возможных токсичных эффектов – лучше всего может быть достигнута с помощью деятельности междисциплинарной команды, включающей исследователей в области токсикологии, физики, химии, материаловедения, медицины, молекулярной биологии, биоинформатики и более узких специалистов в этих областей.

Автор – О.Алексеева

1. ПерсТ 13, вып. 14, с.7 (2006); 13, вып. 20, с. 8 (2006).

2. G. Oberdörster et al. Environmental Health Perspectives 113, 823–839 (2005).

3. ПерсТ 13, вып. 20, с.5 (2006).