X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Бурное развитие нанотехнологий способствует прогрессу в медицине, защите окружающей среды, промышленности, науке, технике, сельском хозяйстве и других отраслях [5].

Продукцией нанотехнологий являются различные материалы и препараты, содержащие наночастицы. Под наночастицами понимаются частицы, размер которых не превышает 100 нм хотя бы в одном измерении, с заданном структурой и свойствами [4].

Наномедицина в последние годы развивается исключительно быстрыми темпами и привлекает всеобщее внимание. Под этим термином понимают применение нанотехнологий в диагностике, мониторинге и лечении заболеваний. В медицине перспектива применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне с помощью нанороботов, либо иными нанотехнологиями.

Выделяют пять основных областей применения нанотехнологий в медицине: доставка активных лекарственных веществ, новые методы и средства лечения на нанометровом уровне, диагностика in vivo, диагностика in vitro, медицинские имплантаты.

Важным является понимание взаимодействия наноструктур с живой материей и, в конечном счете, воздействия их на здоровье человека.

В качестве индикатора, отражающего воздействие неблагоприятных факторов наноматериалов, на человеческий организм, может служить иммунная система. Весьма важным при этом является состояние системы антиоксидантной защиты организма как одного из типов неспецифического реагирования.

Окислительный стресс является интегральным показателем и источником информации о тяжести поражения клеток, органов и тканей, а также может служить инструментом оценки эффективности, безопасности и адекватности проводимого лечения (в том числе фармакотерапии, клеточной терапии, адресной доставки лекарств с использованием наноматериалов) [2].

Тканево-кровяной барьер оказывается беспомощным перед наночастицами, что может представлять опасность для иммунной системы и всего организма человека [8].

Ряд исследователей утверждают, что наночастицы, попадая в организм, способны повреждать биомембраны, влиять на функции биомолекул, в том числе и молекул генетического аппарата клетки и клеточных органелл (митохондрий), что приводит к нарушению регуляторных процессов и гибели клетки. Механизм воздействия нанообъектов на живые структуры связан с образованием в их присутствии свободных радикалов, в том числе пергидратов, а также с возникновением комплексов с нуклеиновыми кислотами. Эффект для живого организма проявляется в развитии воспалительных процессов в отдельных органах и тканях, и снижении иммунитета [1].

Органы-мишени и механизмы развития токсического эффекта разнообразны. Одни наноматериалы благодаря своей физической природе способны индуцировать образование активных форм кислорода. Другие могут проникать через тканевые барьеры и плазмалемму внутрь клеток и взаимодействовать с внутриклеточными компонентами. Третьи нарушают плазмалемму и биологические мембраны органоидов, делая их проницаемыми для токсических и других опасных веществ [8].

Токсичность наночастиц зависит от целого ряда факторов, среди которых наиболее важными являются размер частиц, кристаллическая структура, свойства поверхности, а также химическая структура [9].

Из металлических наночастиц наиболее часто применяются диоксид титана и наносеребро.

В медицине наночастица оксида титана используются как носители лекарств, а нанотрубки с наночастицами оксида титана применяют в качестве датчиков и наносенсоров глюкозы, кислорода, перекиси водорода, влажности и т.д. [7].

Наночастицы оксида титана обладают более высокой токсичностью, чем обычные микрочастицы, способны накапливаться в органах и тканях, вызывая пролонгированный оксидативный стресс. Японские исследователи установили, что наночастицы диоксида титана могут повреждать репродуктивную систему мышей.

Наносеребро применяется в медицине для лечения ран, язв, для стерилизации и увеличения сроков хранения лекарственных препаратов, в стоматологии. Серебро проявляет высокую бактерицидную активность как по отношению к аэробным и анаэробным макроорганизмам (в том числе и антибиотикорезистентным штаммам), так и к некоторым вирусам и грибам. Попадая различными путями и накапливаясь в организме человека или животных, серебро в определенных дозах может оказывать токсическое воздействие на различные органы и ткани [5].

Среди углеродных наночастиц, образованных только атомами углерода, наиболее широко распостранены фуллерены и нанотрубки, Фуллерены, по мнению экспертов, могут стать основой не только для систем доставки, но и для нового класса лекарственных средств. На основе фуллеренов разрабатываются средства доставки препаратов для лечения ВИЧ-инфицированных пациентов и онкологических больных. Углеродные наноструктуры могут влиять и на состояние сосудистого русла, стимулируя агрегацию тромбоцитов и увеличивая степень тромбоза [9].

Цианобактерии также представляют интерес для медицины и фармации. На сегодня известно около 800 молекул цианобактериального происхождения, среди которых фармакологически интересные вещества, обладающие противоопухолевым, антимикробным действием и вещества, понижающие повышенное кровяное давление. Установлено, что ларгазол, получаемый из населяющих коралловые рифы цианобактерий, является идеальным веществом для разработки новых препаратов для лечения серьёзных переломов, остеопороза и других заболеваний костей.

Токсины цианобактерий наносят вред организму человека. Проявляются разнообразные симптомы, включающие раздражение кожи, желудочные колики, рвоту, тошноту, диарею, высокую температуру, боль в горле, головную боль, боль в мышцах и суставах, волдыри во рту и повреждение печени.

Применение нанотехнологий представляет собой пример исключительно плодотворного синтеза физических, химических и биомедицинских научных знаний, но в конечном итоге может оказаться не таким уж безобидным. Необходимы широкие исследования безопасности, токсичности и биосовместимости наноматериалов и нанопрепаратов [1].

Исследователи еще не создали инструментарий, необходимый для 100%-ной оценки рисков, связанных с нанотехнологиями в здравоохранении. Наноматериалы относятся к абсолютно новому классу продукции, и характеристика их потенциальной опасности для здоровья человека и состояния среды обитания во всех случаях является обязательной. Наночастицы и наноматериалы обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием (в том числе токсическим), которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в макроскопическом состоянии (Таблица 1).

Таблица 1 – Изменения физико-химических свойств и биологического действия наночастиц

Физико-химические особенности поведения веществ в наноразмерном состоянии	Изменения физико-химических свойств и биологического действия
Увеличение химического потенциала веществ на межфазной границе большой кривизны	Изменение топологии связи атомов на поверхности приводит к изменению их химических потенциалов, изменению растворимости, реакционной и каталитической способности наночастиц и их компонентов
Высокая удельная поверхность наноматериалов (в расчете на единицу массы)	Увеличение адсорбционной емкости, химической реакционной способности и каталитических свойств может приводить к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур
Небольшие размеры и разнообразие форм наночастиц	Возможно связывание с нуклеиновыми кислотами (вызывая образование аддуктов ДНК), белками, встраивание в мембраны, проникновение в клеточные органеллы и, как результат, изменение функции биоструктур
Высокая адсорбционная активность	Возможна адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает процессы адсорбции на них различных токсикантов и способность последних проникать через барьеры организма
Высокая способность к аккумуляции	Возможно, что из-за малого размера наночастицы могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаться биотрансформации и не выводиться из организма, что ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также в микроорганизмах, к передаче по пищевой цепи и в результате – к увеличению их поступления в организм человека

Выделяют восемь основополагающих принципов, которые составляют фундамент разумного и эффективного контроля и оценки формирующейся области нанотехнологий настоящего и будущего:

Принцип предосторожности;

Обязательное, специальное регламентирование продукции нанотехнологий;

Охрана здоровья и безопасность населения и непосредственных производителей (рабочих);

Охрана окружающей среды;

Открытость;

Участие общественности;

Учет воздействия нанотехнологий на этику, экономику, социальную сферу;

Ответственность производителей [6].

В качестве первоочередных задач обеспечения безопасности для здоровья человека продукции наноиндустрии, и нанотехнологий выделяют следующие:

1. Расширение научных исследований в области оценки безопасности наноматериалов, оценки риска их производства и применения.

2. Подготовка гигиенических нормативов содержания наночастиц и наноматериалов в воздухе рабочей зоны, в питьевой воде и водоемах, пищевых продуктах, средствах бытовой химии.

3. Разработка высокоэффективных методов обнаружения и количественного определения наноматериалов в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах и средствах бытовой химии.

4. Организация подготовки высококвалифицированных специалистов в области оценки и обеспечения безопасности нанотехнологий и наноматериалов.

5. Расширение сотрудничества с международными организациями в области надзора за нанотехнологиями и использованием наноматериалов.

6. Расширение международного обмена результатами научных исследований в области безопасности нанотехнологий.

7. Подготовка создания международной базы знаний по вопросам нанобезопасности, включающей мировые научные данные о свойствах нано- материалов и их биологическом действии [8].

Санитарно-эпидемиологическая служба благополучия населения занимается разработкой государственных мер по обеспечению нанобиобезопасности. Законодательная база работ по нанобиобезопасности в РФ определена в шести основных документах:

1. Федеральный закон от 30.03.1999 №52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (с изменениями и дополнениями).

2. Федеральный закон от 02.01.2000 №29-ФЗ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» (с изменениями и дополнениями).

3. Федеральный закон от 19.07.2007 № 139-ФЗ «О Российской корпорации нанотехнологий».

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 21.12.2000 № 988 «О государственной регистрации новых пищевых продуктов, материалов и изделий».

5. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации № 54 от 23.07.2007 «О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы».

6. Концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов Федеральный закон от 30 марта 1999г. №52.

Исследователи отмечают, что наибольшее количество проектов в области безопасности нанотехнологий было запущено в США (165 проектов), далее следуют Великобритания, Швейцария и Европейский Союз (19 проектов). По суммам расходов на эти исследования лидируют США и Европейский Союз (соответственно около 37 млн фунтов и 26 млн фунтов), что составляет всего лишь 1–3 % научного бюджета развитых стран [3].

В настоящее время необходимо заниматься не только выявлением возможных вредных воздействий нанообъектов на человеческий организм, но и целенаправленной модификации свойств частиц с целью предотвращения этого вреда при сохранении их полезных свойств.

Список использованных источников:

Абаева, Л.Ф. Наночастицы и нанотехнологии в медицине сегодня и завтра / Л.Ф. Абаева, В.И. Шумский, Е.Н. Петрицкая, Д.А. Рогаткин, П.Н. Любченко // Альманах клинической медицины. – 2010. – № 22. – С. 10-16.

Брайнина, Х.З. К вопросу о безопасности использования нанотехнологий в медицине / Х.З. Брайнина // Управленец. – 2010. – № 5-6 (9-10). – С. 70-71.

Данилов, А.А. Безопасность наноматериалов для медицины / А.А. Данилов // Российские нанотехнологии. – 2009. – №7–8. – С. 20-22.

Занина, К.А. Влияние нанотехнологий и наноматериалов на человека и остальной живой мир / К.А. Занина, А.П Цуркин // Технические науки: традиции и инновации: материалы II Междунар. науч. конф. — Челябинск, 2013. – С. 21-24.

Зейналов, О.А. О влиянии наночастиц серебра на физиологию живых организмов / О.А. Зейналов [и др.] // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2016. - № 4. – С.42-51.

Кричевский, Г.Е. Опасности и риски нанотехнологий и наноматериалов / Г.Е. Кричевский // Нанотехнологии и охрана здоровья. – 2010. – № 3. – С. 10-24.

Проданчук, Н.Г. Наночастицы диоксида титана и их потенциальный риск для здоровья и окружающей среды / Н.Г. Проданчук // Сучасні проблеми токсикології. – 2011. - № 4. – С.11-27.

Сыч В.Ф., Дрождина Е.П., Санжапова А.Ф. Введение в нанобиологию и нанобиотехнологии. – СПб: Образовательный центр «Участие», Образовательные проекты, 2012 – 256 с.

Фатхутдинова, Л.М. Токсичность искусственных наночастиц / Л.М. Фатхутдинова, Т.О. Халиуллин, Р.Р. Залялов // Казанский медицинский журнал. – 2009. – № 4. – С. 578-584.

Код для цитирования: Скопировать