Ризики та шкідливі наслідки використання наноматеріалів

     Медико-біологічний напрям в різних галузях нанотехнологій все більше набуває своєрідний відтінок, що бентежить не тільки науковців, але і політиків та простих людей. Сьогодні склалася ситуація, яку проходило людство. Мається на увазі суспільна думка щодо генетично модифікованих продуктів. Її противників стає все більше, незважаючі на значні успіхи та безпечні результати, що мали місце при впроваджені модифікованого інсуліну, гормону роста людини та вакцини від гепатиту В.
     Один із світових експертів в нанотоксикології Понтер Обердостер сказав «У більшості випадків обіцяння наномедицини є не чим іншим як окозамилюванням». І дійсно, деякі речі мають приваблений вигляд, але їх принцип роботи виявлено тільки в організмі експериментальних тварин. Він вірить, що процеси регулювання, які добре розвинуті у різних країнах світу, стануть на заваді небезпечності нових матеріалів. Більш того, якщо дослідження токсичності наносполук проводити тільки на здорових організмах (доклінічні або клінічні дослідження) небезпечна їх дія може мати місце у людей з деякими вадами здоров’я (чутливими) і перевірка цього вимагає окремих випробувань.





     Окрім очевидних потенціальних ризиків для пацієнтів мають і інші. Це перш за все утилізація відходів та забруднення довкілля при виготовленні наномедичних приладів та матеріалів.
     Найбільш інформативні відомості про негативний вплив на здоров’я людини хімічних речовин можуть дати експерименти на тваринах та спостереження проведені на людях, що виникають у деяких випадках. Використання фізіологічних, біохімічних, гематологічних, патоморфологічних та деяких інших методів в дослідах на тваринах дозволяє оцінити токсичні властивості сполук і з вірогідною певністю прогнозувати ступінь безпеки на виробництві або в клінічній практиці.
     Наноматеріали, що вивчаються на токсичність можуть бути умовно розділені на чотири групи: 1) ті, що знаходяться в довкіллі (продукти виробництва); 2) окремі представники, що плануються використовуватися в медичних цілях (наприклад, субстанції); 3) наноматеріали в складі лікарських форм; 4) суміш наноматеріалів.
     Взагалі, люди зазнавали впливу наночасток на протязі всієї еволюції (викиди вулканів, пожежні тощо). Однако такий вплив має особливе поширення на протязі індустріальної революції. Епідеміологічні дослідження показали, що в містах наночастинки являють собою твердими частинами, що утворюються з таких джерел, як спалювання, автомобільні та промислові викиди. Типові атмосферні наночастинки мають складну будову із середнім діаметром від 100 нм. Доведено, що тільки ті частинки, що мають діаметр 2,5 нм або менше спроможні проникати глибоко у легені. В типовій атмосфері міста вміщується приблизно 107 частинок у см3 повітря, що мають діаметр 300 нм та менше. Вуглець в елементарній формі є основним компонентом цих частинок і їх розмір визначає наслідки дії на серцево-судину систему. Складається замкнуте коло. Спочатку частинки розмірами 0,1-2,5 нм отримують легкий доступ до легень, а потім до кровеносної системи і, накінець, викликають дисфункцію серцево-судиної системи.
     Найбільш точні та валідовані результати були отримані в експериментальній нанотоксикології. Визначено, що з фізико-хімічних властивостей в реалізації токсичної дії наноматеріалів мають значення два показника – розмір (діаметр) частинки та загальна поверхня. Так кількість накопиченої сполуки в біологічних мішенях (клітина лінія Сасо-2) зменшується в 2,5 та 6 разів при використані наночастинок одного і того ж матеріалу відповідно в розмірах 1 μm та 10 μm на відміну від контролю (100 нм).
     Фулерени (С60) в концентраціях від 1 до 15 ррm викликає гибель тваринних клітин різного походження в умовах активації процесу світлом. Дія його дещо зменшувалась коли молекула була модифікована карбоксильними групами, що робило її водорозчинною. У випадку внутрішньоочеревиного введення щурам похідного поліалкілсульфоната С60, його LD50 становило 600 мг/кг. В інтервалі доз 100-600мг/кг зареєстрована нефротоксична дія матеріалу. Токсикокінетика розчиної форми фулерену вивчена на прикладі похідного n,n1-біс(2-аміноетил)-біфеніл-С60. Після внутрішньовеного введення сполуки в дозі 15 мг/кг її концентрація у плазмі крові щурів була 2-3-х експоненціальна. В термінальній фазі період напіввиведення становив 6,8±1,1 год. Біля 99% сполуки було зв’язано з білками плазми. Об’єм розподілу становив 2,1±0,8 л/кг, а кліренс – 0,19±0,06 л/год/кг. Сеча тварин, що отримували речовину (24 год), не вміщувала її. Дози 200-500 мг/кг тіла миші не викликало їх гибелі, але робили тварин дещо млявими.
     Вуглецеві наночастинки та нанотрубки (MWCNT, SWCNT) викликають агрегацію тромбоцитів та безпосередньо стимулюють морфологічні зміни ендотеліальних клітин сосудів та пониження синтезу в них оксида азоту. Різноманітні типи SWCNT накопичуються в значній мірі в тканинах легень, що сприяє виникненню запалення та гранульом. При використанні суміші наночастинок спостерігається як синергізм їх токсичної дії так і зменшення. Прикладом такої залежності є токсичні властивості квантових точок (кадмієвих або цинкових) у суміші з меркаптопропіоновою кислотою або поліетиленгліколем на ізольованих клітинах та in vivo. Що стосується токсичності відомих препаратів, в яких при створенні відповідної форми були використані наноматеріали то вона дещо зменшувалася. Так індометацин покритий наносферами метоксиполіетиленгліколь-полі-ε-копролактоном на 15-20% зменшувало значення LD50 в дослідах на мишах.
     Найбільш непередбаченими і небезпечними можуть бути нанороботи так як вони поєднують в собі нові матеріали, що володіють значною токсичністю, а також їх механічну дію. Так один із головних ентузіастів нанотехнологій – директор інституту прогнозування Е. Дрекслер попереджує, що в цій галузі можна зіткнутися з дуже серьйозними проблемами, так як ніхто не може гарантувати виходу нанороботів з під контролю, що може призвести людство до фатальних наслідків. Замість лікування хворих клітин та синтезу їжі вони використають здорові організми, а можливо і все неживе для своєї потреби тобто реплікації (самовиробництва). Тоді все довкілля перетвориться в те, що Дрекслер назвав похмуро-поетично «великою сірою прірвою», тобто сірою масою некерованних нанороботів.