Подопытные наночастицы

Наночастицы двуокиси титана вызвали нарушения в организме крыс, наночастицы серебра оказались безвредны в дозе 0,1 мг/кг массы тела животных, а наноструктурированная двуокись кремния совсем не причинила вреда подопытным грызунам – таковы выводы из экспериментов учёных Института питания РАМН (первую часть данной статьи STRF.ru опубликовал 11 ноября – «Наночастицы: о вреде и пользе).

Справка STRF.ru:
В России с 2006 года значительное внимание уделяется исследованиям в области оценки безопасности нанотехнологий и наноматериалов для здоровья человека и состояния среды обитания. Постановлением главного государственного санитарного врача Российской Федерации в 2007 году была принята «Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов». Она определяет порядок проведения токсикологических исследований и организации надзора за наноматериалами. Роспотребнадзором ведётся реестр продукции, содержащей наночастицы и наноматериалы (размещён на http://fp.crc.ru). Также при Роспотребнадзоре функционирует информационноаналитический центр, осуществляющий анализ поступающей новой мировой научной информации по проблемам нанобезопасности и отслеживающий ведущие мировые тенденции в данной области

«Лавина» пищевой нанопродукции

Детальная токсиколого-гигиеническая характеристика новых наноматериалов – весьма сложный процесс, занимающий месяцы и требующий привлечение труда десятков квалифицированных специалистов, дорогостоящего научного оборудования, большого числа лабораторных животных. Всё это вступает в коллизию с лавинообразно возрастающим числом новых наноматериалов. На рисунке приведена прогнозная оценка числа видов продукции наноиндустрии только лишь в области пищевых производств (пищевые продукты, биологически активные добавки к пище, пищевые добавки, упаковочные материалы). Прогноз составлен на основе определения числа патентных разработок в этой области, ждущих своей практической реализации, начиная с «базового» для нанотехнологий 1998 года. Как видно из графика, если в настоящее время число видов нанопродукции для пищевой промышленности пока ещё относительно невелико – 30–40 наименований в 2010–2011 годах, то с 2013 года ожидается лавинообразный рост: счёт числа видов пищевой нанопродукции пойдёт на сотни и тысячи.

Прогноз количества видов нанотехнологической продукции в области пищевых производств (пищевые продукты, БАД к пище, упаковочные материалы), доступной на российском рынке на 2010–2015 годы

Разрешение этой дилеммы возможно на пути выявления наноматериалов, создающих наибольшие потенциальные риски для здоровья человека, путём анализа информации, рассеянной в потоке мировой научной литературы. Для этого были разработаны методические рекомендации «Выявление наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека» (МР 1.2.252209), основанные на методе математического моделирования, как теперь принято говорить, in silico. На основе предложенного алгоритма производится расчёт величины интегральной опасности, которая может быть классифицирована как низкая, средняя или высокая. В зависимости от этого определяется объём необходимых токсикологогигиенических исследований того или иного наноматериала.

Таким образом, результатом проводимых исследований должно стать формирование единой системы обеспечения нанобезопасности в масштабах Российской Федерации. Эта система как раз и призвана осуществить баланс между инновационным потенциалом и безопасностью нанотехнологий, о котором было сказано ранее.

Справка STRF.ru:
Работа по оценке безопасности наноматериалов и нанотехнологий осуществляется также в рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». В настоящее время разработано и утверждено 14 нормативнометодических документов, регламентирующих методы оценки безопасности наноматериалов на биологических тестсистемах различного уровня (культуры микроорганизмов и клеток, водные беспозвоночные, лабораторные животные), выявления и анализа наноматериалов в составе природных объектов, экспертизы продукции наноиндустрии на предмет её безопасности. Ещё более 20 нормативнометодических документов, регламентирующих различные аспекты обеспечения нанобезопасности, должны быть разработаны в 2010–2011 годах

Нанотитан вызвал «сдвиги» у крыс

Уместно остановиться на результатах проведённых к настоящему времени токсикологогигиенических исследований некоторых наноматериалов, приоритетных для отечественной наноиндустрии.

Так, было показано, что введение крысам в желудок через зонд на протяжении 28 дней наночастиц двуокиси титана вызывает в их организме комплекс сдвигов, многие из которых могут быть интерпретированы как неблагоприятные, то есть имеет место, повидимому, токсическое действие. Наблюдался, в частности, эффект торможения роста животных, увеличения проницаемости кишечного барьера в отношении белковых макромолекул; определённые сдвиги выявлены в биохимических показателях защитной антитоксической системы печени, уровне глюкозы, гемоглобина и численности тромбоцитов. При пероральном воздействии двуокись титана способна также, повидимому, оказывать повреждающее действие на ДНК, однако данный эффект не связан со специфическим действием этого вещества в форме наночастиц.

Все выявленные для наночастиц двуокиси титана эффекты могут быть классифицированы на три категории: изменения, специфически вызываемые наночастицами (причём характер этих эффектов в ряде случаев оказывается различным для наночастиц двух известных кристаллических модификаций двуокиси титана – анатазы и рутила); процессы, обусловленные введением определённой кристаллической формы двуокиси титана независимо от размера его частиц; эффекты, вызываемые двуокисью титана как химическим веществом и не зависящие от его дисперсности и типа кристаллической решётки. Все эти воздействия следует учитывать при оценке возможных рисков, связанных с применением различных форм двуокиси титана в пищевой промышленности, косметических препаратах и других потребительских изделиях. Данные о разнообразных воздействиях поступающих в организм наночастиц двуокиси титана указывают на необходимость контроля и ограничения содержания этих наночастиц в пищевых продуктах, материалах, контактирующих с пищей, косметических препаратах и другой подобной продукции.

Нанокремний не выявил вредных эффектов

Другой практически очень важный нанотехнологический продукт, влияние которого на организм человека необходимо было в обязательном порядке изучить, – наноструктурированная двуокись кремния (кремнезём) с размером частиц 20–30 нанометров (в зарубежной литературе этот наноматериал обозначают словом «silica», что у нас часто неверно переводят как «кремний»). Наночастицы двуокиси кремния используются как абразивный (шлифовальный) материал, в том числе в бытовых чистящих средствах, как наполнитель для различных пластмасс, пищевая добавка, препятствующая слёживанию и комкованию продукции. Есть данные, что введение ультрамалых частиц двуокиси кремния в пищу способно повышать усвояемость питательных веществ (витаминов, антиоксидантов) за счёт некоторых, до сих пор точно не установленных механизмов.

В наших экспериментах наночастицы двуокиси кремния в различных дозах вводили через зонд в желудок крыс на протяжении месяца по той же схеме, что и в эксперименте с нанодвуокисью титана. Животные хорошо переносили введение наночастиц кремнезёма даже в высоких дозах; исследование большого числа показателей их жизнедеятельности не выявило какихлибо вредных эффектов. В частности, наночастицы кремнезёма не увеличивали проницаемость тонкой кишки и не усиливали спонтанные процессы повреждения ДНК. Общий вывод из этих экспериментов состоял в том, что наночастицы двуокиси кремния – аморфного кремнезёма – повидимому, безвредны даже в высоких дозах, однако для обоснования их использования требуются дополнительные исследования.

Наносеребро желательно дозировать

Третий практически важный наноматериал, который был исследован, – наноразмерное (коллоидное) серебро. Коллоидные системы – золи – серебра известны с XIX века, однако только в последние однодва десятилетия встал вопрос об их широком применении благодаря их уникальным антисептическим – антимикробным свойствам. Наноразмерное серебро убивает подавляющее большинство известных болезнетворных бактерий и грибков, причём, в отличие от антибиотиков, к коллоидному серебру у микроорганизмов не вырабатывается привыкания. Это сразу же создало широкие перспективы использования наночастиц серебра в медицине – для обработки перевязочных материалов, противоожоговых средств, хирургических инструментов, катетеров, средств ухода за больными, в быту – обеззараживающие фильтры для воды, дезинфицирующие спреи и лосьоны, «антимикробное» нижнее бельё и носки, лаки и краски для внутренних работ. Многие из этих видов продукции уже выпускаются в больших количествах и успешно применяются. Так, например, простое использование краски с наночастицами серебра для окрашивания внутренних стен и мебели в противотуберкулёзном диспансере в одной из областей России позволило резко снизить численность микобактерий туберкулёза в воздухе этих помещений. В странах ЮгоВосточной Азии лаками с наночастицами серебра обрабатывают поручни в общественном транспорте и на эскалаторах метро, сантехнику в общественных туалетах и т.д.

Все эти замечательные результаты, однако, позволяют задать вопрос: если наночастицы серебра так воздействуют на болезнетворные микроорганизмы, то не могут ли они быть токсичными для человека, домашних и сельскохозяйственных животных? В связи с этими соображениями по инициативе алармистски настроенной общественности в странах Евросоюза готовятся документы, запрещающие применение наночастиц серебра в быту и в средствах косметики. В США в 2008 году экологиалармисты потребовали от Национального агентства по охране окружающей среды (EPA) объявить наночастицы серебра «пестицидом» и распространить на них разделы законодательства, регламентирующего использование ядохимикатов.

Насколько обоснованы эти опасения и не способны ли они привести к блокированию внедрения в нашу жизнь данного, безусловно, полезного нанотехнологического продукта? В наших экспериментах наночастицы двух различных препаратов наноразмерного серебра (с размерами частиц 10–11 и 17–20 нанометров) вводили через зонд в желудок крысам. Такой путь введения имитирует поступление наночастиц серебра внутрь вместе с пропущенной через антимикробные фильтры водой, пищевыми продуктами, при случайном заглатывании косметических средств с наносеребром. Кроме того, учитывалось и появление на отечественном рынке БАД к пище с наночастицами серебра. Животным вводили наночастицы серебра ежедневно на протяжении месяца в различных дозах, от 0,01 до 1 миллиграмма на килограмм массы тела. Проводили детальное изучение биохимических показателей животных, состава их крови, окислительного повреждения ДНК, барьерной функции кишки. Особое внимание уделяли состоянию симбиотической кишечной микрофлоры, так как существовало предположение, что именно она может стать главной «мишенью» действия наночастиц. Животные хорошо переносили введение наночастиц. При этом для обоих изученных препаратов было установлено, что, во всяком случае, доза 0,1 мг/кг массы тела, по всей видимости, безвредна. При более высокой дозе (1 мг/кг) выявлялись небольшие сдвиги в некоторых биохимических показателях. Интересно, что воздействие на кишечную микрофлору даже этой, заведомо завышенной дозы наночастиц оказалось довольно незначительным.

Таким образом, доза наночастиц 0,1 мг/кг в течение месяца оказалась безвредной для животных при поступлении внутрь. С учётом того, что крыса – мелкое животное с гораздо более интенсивными по сравнению с человеком обменными процессами, а также ограниченного срока эксперимента (один месяц для крысы эквивалентен 31/3 года для человека), данную безопасную дозу нужно снизить ещё в 100 раз, то есть до 0,001 мг/кг. Получается, что человек со средней массой тела может без вреда для здоровья принять внутрь 0,070 миллиграмма наночастиц серебра в день. Это довольно много с учётом того, что наночастицы серебра обычно добавляются в санитарнобытовую и косметическую продукцию в очень низких концентрациях. Если же рассматривать фильтры для воды с наносеребром, то при надлежащем их изготовлении количество наночастиц, мигрирующих в воду, настолько мало (менее 0,05 миллиграмма в литре), что её без вреда для здоровья можно принимать в неограниченных количествах.

Работы, направленные на оценку безопасности наночастиц и наноматериалов, проводящиеся в Институте питания РАМН, в настоящий момент продолжаются, и в ближайшее время будут получены данные о действии на организм некоторых новых видов практически важных наноматериалов и наночастиц.

Статья опубликована в журнале «Российские нанотехнологии, том 5, № 9–10.

Работа выполнена за счёт средств федерального бюджета, по государственному контракту с Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы».