Небезпека наноматеріалів для здоров’я міф чи нова загроза
Відповідь це питання намагається знайти нанотоксикологія - наукова дисципліна, яка з'явилася помітно пізніше, ніж почалися дослідження наноматеріалів. Нині її розвиток відбувається чи не швидше, ніж нанотехнологічні дослідження загалом. У США в рамках «Національної нанотехнологічної ініціативи» з 2000 року щонайменше 50 млн дол.
Чи потрібна нанотоксикологія?
Навіщо взагалі потрібна нанотоксикологія? Адже шкідливий вплив хімічних речовин вивчають давно. Чи не можна обійтися вже відомими методами? Чи потрібна нова наука? Так, потрібна. Для частинок розмірами одиниці і десятки нанометрів вплив на живі організми визначається не тільки хімічною природою, а й самими розмірами. Уявіть звичайний графіт. Це лише чистий вуглець. Можна подрібнити графітовий стрижень олівця, розпорошити його в повітрі, але великої шкоди людині це не завдасть. Частинки графіту досить важкі та швидко впадуть вниз. Навіть якщо деякі з них людина вдихне, великі частинки затримаються на слизовій носа, людина чхне і тим самим «видує» частки, що його дратують.
Тепер візьмемо сажу, яка під назвою «технічний вуглець» вже давно застосовується у промисловості. Це той самий вуглець, але розмір частинок всього 10-120 нанометрів. Такі частки при попаданні в дихальні шляхи вже не видаляються при чханні, а міцносідають на поверхню клітин. Частинки розміром менше 5 мікрометрів не відфільтровуються нашими дихальними шляхами, тому частинки сажі можуть проникати до найлегших. Вони дуже легко проникають усередину клітин та викликають їх загибель. При відносно тривалому впливі або при високому вмісті частинок сажі у повітрі це може спровокувати розвиток захворювань легень навіть через кілька років після дії. До того ж частки сажі здатні викликати рак. Тому такий небезпечний був зміг лісових та торф'яних пожеж, що сталися минулого року у багатьох регіонах України.
Навіть речовини абсолютно безпечні у вигляді великих частинок можуть виявитися шкідливими у нанорозмірах. Чим хімічно небезпечний для людини пісок? А наночастки кварцу, основного хімічного компоненту піску, при вдиханні легко викликають специфічне ураження легень – силікоз. Взагалі, потрапляння наночастинок у дихальні шляхи (інгаляція) часто призводить до більш токсичної їхньої дії, ніж якийсь інший шлях надходження до організму. Наприклад, наночастинки двоокису титану набагато безпечніше при надходженні через шкіру або з їжею, ніж при вдиханні з повітрям. Втім, не тільки наші легені можуть бути чутливими до наночасток.
Група німецьких дослідників вважає, що вплив наночастинок на серцево-судинну систему може бути пов'язаний із надходженням наночастинок безпосередньо до вегетативної нервової системи через нервові закінчення в дихальних шляхах.
Перераховане вище – результати закордонних робіт. український ринок нанотехнологій зараз перебуває на початковому етапі розвитку. Незважаючи на це, дослідження в галузі нанотоксикологіїпроводяться не лише за кордоном, а й у низці українських дослідницьких центрів. Наприклад, у Тамбовському державному університеті проводяться дослідження тривалого впливу багатостінних вуглецевих нанотрубок та наночастинок гідроксіапатиту на стан організму мишей та їх здатність до розмноження. Виявилося, що наночастки по-різному діють на самців та самок. Самки народили життєздатне та здорове потомство. А ось самці, навпаки, після того, як місяць пили воду з нанотрубками, вже не могли запліднити самок. Нанотоксикологія вивчається і в інших регіонах України. Так, токсичність наночастинок золота вивчають у Волгограді у НДІ гігієни, токсикології та профпатології. При Томському політехнічному університеті створено Центр біотестування безпеки наноматеріалів та нанотехнологій "Біотест-Нано". ДержНДІгенетика займається розробкою спеціальних біосенсорів для з'ясування механізмів токсичного впливу наночастинок. «Роснано» ухвалило рішення про створення в Дубні центру доклінічних досліджень спеціально для тестування матеріалів, що містять наночастки, на безпеку.
Крім того, треба пам'ятати, що будь-яка речовина, потрапивши в організм, здебільшого не залишиться незмінною. Воно піддається різним видам руйнування (біодеградації) та зміни (біотрансформації). Продукти, що утворюються можуть бути як менш, так і більш небезпечними, ніж вихідна речовина. Які зміни відбуваються із речовиною наноматеріалів в організмі? На що вони перетворюються? Наскільки такі зміни є небезпечними? Нещодавно вважалося, що наночастинки чистого вуглецю і стійких оксидів (кварцу SiO2 і двоокису титану TiO2) в організмі не змінюються.Але майже одночасно в дослідженнях за кордоном (США, Швеція та Ірландія) і в Укаїні (НДІ фізико-хімічної медицини в Москві та НДІ експериментальної медицини в Санкт-Петербурзі) з'ясувалося, що вуглецеві нанотрубки досить легко руйнуються під дією мієлопероксидази - звичайного ферменту клітин крові, що захищає нас від хвороботворних бактерій Ефект таких биодеградируемых нанотрубок може бути двояким. З одного боку, біодеградація вуглецевих наночастинок розширює кількість можливих механізмів їхньої токсичності. З іншого боку, якщо неруйновані нанотрубки при попаданні в дихальні шляхи стимулюють запалення, то біодеградуючі - ні.
Зрозуміло, коли ми говоримо про безпеку наноматеріалів, слід мати на увазі можливість їхнього впливу не тільки на людину. Потрапляючи в довкілля, наноматеріали можуть взаємодіяти майже з будь-якими видами тварин і рослин. Чи може це зашкодити природі? Адже наночастки завдяки своїм розмірам можуть дуже легко проникати у будь-які організми через мембрану клітин. Дослідники з МДУ і Тамбовського університету, наприклад, виявили, що наночастинки можуть всмоктуватися кореневою системою рослин і переноситися куди завгодно, до крайніх листків і пагонів. Чи небезпечно це чи ні? Адже в природі навіть загибель одного виду організмів може спричинити ланцюгову реакцію руйнування всієї екосистеми. Дослідження впливу наночастинок на природні системи поки що тільки починає розвиватися. В Україні методичні підходи до оцінки екологічної безпеки наноматеріалів розробляються в центрі «Біотест-Нано», що вже згадувався. Але більшість питань у цій галузі залишається поки що без певних відповідей.
Слід зазначити, що все, що сказане, не повинно відлякати нас від застосування наноматеріалів. Так, пробезпеки наночастинок ми знаємо ще замало. Але експерти вважають, що відсутність токсикологічних даних не мусить призводити до зупинки нанотехнологічних досліджень. Та на світі немає нічого абсолютно безпечного. Проте наноматеріали можуть відкрити такі перспективи, які неспроможна нам дати жодна звичайна технологія. Використання будь-якого продукту, речовини та матеріалу має ґрунтуватися на оцінці співвідношення передбачуваної користі та ймовірної шкоди при вирішенні кожної певної задачі та за конкретних умов. Але, щоб вирішувати це питання для наноматеріалів, потрібно якнайактивніше розвивати роботи з нанотоксикології. Це допоможе нам не гадати, а точно знати – які наноматеріали та коли безпечні. А для небезпечних ми зможемо встановити умови та норми застосування так, щоб не завдати шкоди собі та природі навколо нас. Як відомо, людина завжди боїться лише того, чого вона не розуміє. А що розуміє – використовує собі на благо.
Валерій Зайцев к.б.н., доцент кафедри теоретичної та клінічної біохімії Волгоградського державного медичного університету / CNews