Вопросы безопасности использования наноматериалов в медицине

Наноматериалы относятся к новому классу продукции, и изучение их потенциальной опасности для здоровья человека и состояния среды обитания является обязательным. Для оценки целесообразности использования наночастиц в медицине и биологии необходимо учитывать целый ряд обстоятельств. Во-первых, физические (механические) наночасгицы в природе (в окружающей среде) практически отсутствуют. Обусловлено это тем, что такие частицы характеризуются огромной (по сравнению с частицами размером от 1 мкм и более) поверхностной энергией. За счет этого они либо слипаются (агломерируют) в более крупные образования, либо прилипают к различным физическим объектам. Другими словами, «самоликвидируются» до того, как успевают тем или другим образом попасть в организм человека или в другой биологический объект. К одним из известных устойчиво существующих наночастиц относятся биологические наночастицы — вирусы с характерным поперечным размером от 15 до 350 нм, например вирус свиного гриппа, имеющий диаметр в пределах от 80 до 120 нм. Несамоликвидируемость вирусов позволяет сформулировать гипотезу о том, что они способны управлять своей поверхностной энергией, «включая» ее преимущественно тогда, когда они проникают в клетку или ее ядро, вызывая тем самым образование аддуктов ДНК (продуктов реакции присоединения). Следует также отметить высокую способность наночастиц к аккумуляции (накоплению в организме) за счет того, что они плохо распознаются защитными системами и, как следствие, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма.

Наночастицы обладают высокой адсорбционной активностью. Например, на их поверхности возможна адсорбция различных контаминантов (загрязнителей), что облегчает их проникновение внутрь клетки и повышает токсичность последних.

Попадая в организм, наночастицы, в принципе, способны повреждать биомембраны, нарушать функции биомолекул, что может привести к гибели клеток, возникновению воспалительных процессов и пр. В связи с тем, что интенсивные исследования биораспределения и токсичности наночастиц проводятся фактически только пять лет, вопросы об их «судьбе» после попадания в организм, а также о скорости их естественного выведения или метаболизма пока остаются открытыми. Во многом причиной этого является несогласованность программ исследований, проводимых на разных уровнях.

При оценке безопасности применения наноматериалов в медицине всегда возникает вопрос об их поведении в организме после выполнения своих функций. Например, существует потенциальная угроза их накопления в клетках тканей печени с последующим перерождением в злокачественные новообразования. Исследования в области безопасного использования наночастиц в медицине ведутся достаточно интенсивно, но однозначного ответа пока не получено. Идеальное диагностическое средство должно без проблем попасть в организм, выполнить свою функцию, не вовлекаясь в метаболические процессы, и в дальнейшем также легко его покинуть. При разработке таких препаратов нужно иметь ввиду, что не растворимые в воде и липидах нанообъекты неорганической природы долго выводятся из организма вследствие ограниченности путей выведения (только с желчью).

В настоящее время во многих странах развивается интенсивная деятельность, связанная с решением проблем определения уровня безопасности нанотехнологий и наноматериалов. Так, например, в США в 2000 г. была обнародована Национальная нанотехнологическая инициатива (NNI), координирующая нанотехнологическую активность 26 федеральных агентств. В 2008 г. для целей NNI заявлен бюджет 1,44 млрд долларов. Из них 498,1 млн отводится на фундаментальные исследования эффектов и процессов на наноуровне и только 44 млн на промышленное производство с использованием нанотехнологий.

Контрольные вопросы

• 1. Приведите примеры применения наноколлоидных препаратов в медицине. Чем обусловлена повышенная биологическая активность наночастиц?
• 2. Какие практические задачи могут быть решены с помощью меченных PH наноразмсрных соединений? Какие приемы могут быть использованы для введения радиоактивной метки в структуру наноколлоида?
• 3. Приведите общую схему получения меченных радиоизотопами йода фуллерснов. В чем состоит потенциальная опасность применения наноразмерных препаратов?
• 4. Какой реагент обязательно вводится в состав реакционной смеси при получении меченных технецием-99т наноколлоидов?